CN109240198A - 一种基于可编程控制器的模拟量转换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可编程控制器的模拟量转换方法及系统，该控制方法是建立在西门子S7‑200Smart可编程控制器上，包括西门子S7‑200Smart可编程控制器全系列CPU、西门子S7‑200Smart可编程控制器和任意4～20mA传感器即可。本发明对现有传统的4～20mA模拟量转换的缺点进行改善，通过现有硬件和条件，在可编程控制器内，完成程序模块化，实现4～20mA模拟量程序可以在可编程控制器内重复调用编写，不需要因为模拟量转化过多，导致可编程控制器的全局变量(标志存储器(M)和变量存储器(V))过多使用，整个程序逻辑框架也比较简单，易于问题排查，降低人工和时间成本。

Description

一种基于可编程控制器的模拟量转换方法及系统

技术领域

本发明涉及可编程控制器(PLC)控制技术领域，尤其涉及一种基于可编程控制器的模拟量转换方法及系统。

背景技术

目前PLC模拟量转换中，主要是应用可变程控制器中的标志位(M)或者寄存器(V)。以上两种数据属于全局变量，数据命令或者存放数据不能重复。而且数据量本身使用有限的(例如：标志位(M)只有16个字节MW0～MW32)。因此造成了每一个模拟量转换处理就得专用一段程序，多段模拟量转换，就需相似结构逻辑的程序重复书写，但是每次使用程序的变量不同，导致数据使用较多，且程序结构段冗余复杂，不易排查辨识。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于可编程控制器的模拟量转换方法，该方法是建立在使用西门子S7-200Smart可编程控制器的基础上，并且传感器元件使用4～20mA采集使用数据。本发明使用局部变量转换数据，结合模拟量转换公式，使得模拟量转换程序可以重复使用，并且使用的全局变量极少(标志位(M)或者寄存器(V))，整个程序逻辑框架也比较简单。

本发明提供的一种基于可编程控制器的模拟量转换方法，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，包括：获取传感器输出的4-20mA信号数据；调用模拟量转换子程序，在模拟量转换子程序匡中，分别填入模拟量输入地址、传感器量程上限和下限、模拟量数据实际值存放位置，模拟量转换子程序执行的步骤包括：

将可编程控制器采集的模拟量输入地址放在模拟量转换子程序的输入IN上；

利用模拟量转换公式进行数据处理，其转化和处理数据均使用局部变量即中间变量TEMP，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限，最后处理完成的数据即模拟量实际值，然后将其放置在模拟量转换子程序的输出OUT。

本发明另一方面提供的一种基于可编程控制器的模拟量转换系统，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，包括西门子S7-200Smart可编程控制器全系列CPU、西门子S7-200Smart可编程控制器和任意4～20mA传感器，可编程控制器基于如上所述的模拟量转换方法进行模拟量转换。

本发明另一方面提供的一种可编程控制器，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，该可编程控制器上存储有供主程序调用的进行模拟量转换的子程序，模拟量转换子程序执行的步骤包括：

将可编程控制器采集的4-20mA模拟量输入地址放在模拟量转换子程序的输入IN上；

利用模拟量转换公式进行数据处理，其转化和处理数据均使用局部变量即中间变量TEMP，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限，最后处理完成的数据即模拟量实际值，然后将其放置在模拟量转换子程序的输出OUT。

本发明另一方面提供的一种基于可编程控制器的模拟量转换实施方法，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，包括：

在西门子S7-200Smart可编程控制器的编程软件STEP 7-MicroWIN SMART中建立子程序，该子程序中所有数据均使用局部变量；建立子程序的具体方法包括：在子程序输入端IN中设置：“模拟量输入端口”数据类型选择“WORD”，“传感器量程上限”数据类型选择“REAL”，“传感器量程下限”数据类型选择“REAL”；在子程序输出端OUT中设置：“模拟量数据实际值”数据类型选择“REAL”；根据模拟量转换公式编写数据处理程序，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限；

在主程序中调用该子程序，在子程序匡中，分别填入模拟量输入地址、传感器量程上限和下限、模拟量数据实际值存放位置。

本发明对现有常规的模拟量转换进行改善，使用本发明的转换方法，可以实现模拟量程序段可以重复使用以及可移植性。并且使用的全局变量极少(标志位(M)或者寄存器(V))，整个程序逻辑框架也比较简单，易于问题排查，降低人工和时间成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明实施例的模拟量转换原理图；

图2为本发明实施例的子程序变量设置示意图；

图3-图4为本发明实施例的子程序中模拟量转换1示意图；

图5-图6为本发明实施例的子程序中模拟量转换2示意图；

图7为本发明实施例的模拟量转换程序块的使用示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明提出了一种基于西门子S7-200Smart可编程控制器的4～20mA模拟量的转换方法。该方法是建立在使用西门子S7-200Smart可编程控制器的基础上，包括：西门子S7-200Smart可编程控制器全系列CPU、西门子S7-200Smart可编程控制器、任意4～20mA传感器即可。

传感器将信号(4～20mA)输送给可编程控制器，可编程控制器将信(4～20mA)号转换为与之成比例变化的数字量(工程量0～27648)。

调用子程序，将可编程控制器采集的4-20mA模拟量输入地址放在子程序的输入IN上(可编程控制器会将4～20mA信号自动转换成对应的数字量)，在子程序内利用模拟量转换公式进行数据处理，最后处理完成的数据即模拟量数据实际值放置在子程序的输出OUT，其他转化和处理数据均使用局部变量即中间变量TEMP。通过比例转换即可得出传感器检测的实际数据值，具体转换描述如下：

可编程控制器采集的信号是0～20mA，数字量为0～27648。即：每1mA对应数字量为：27648÷20＝1382.4，故当传感器输出4～20mA电流信号给可编程控制器的模拟量输入端时，可编程控制器得到的数字量为5530～27648(1382.4*4，数据取整)。即传感器的检测下限值，输出电流信号为4mA，在可编程控制器检测得到的数值为5530；传感器的检测上限值，输出电流信号为20mA，在可编程控制器检测得到的数值为27648。

以某压力传感变送器为例，其测量压力范围为0～10Mpa，对应输出电流信号为4～20mA，即0Mpa对应输出电流为4mA，对应可编程控制器检测到的数字量为5530。10Mpa对应输出电流为20mA，对应可编程控制器检测到的数字量为27648。

如图1所示，AX代表检测的模拟量传感器，在竖轴上的投影代表检测到的实际数值，在横轴代表的是PLC检测到的数字量。

因为△ABC与△AXY相似特性，存在BC/XY＝AC/AY。图1中B点为传感器检测到实际数值即模拟量数据实际值，C点为对应的可编程控制器检测到的数字量。根据公式BC/XY＝AC/AY，可得到：

(B-传感器量程下限)/(传感器量程上限-传感器量程下限)＝(C-5530)/(27648-5530)，

简化公式可得到传感器模拟量转换公式为：

B＝[(C-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限，即：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限。

以测量范围是0～10Mpa的压力传感器(即压力传感器的下限值是0Mpa，即压力传感器的上限值是10Mpa)为例：

B＝[(C-5530)/22118](10-0)+0

简化可知该压力传感器模拟量转换公式是：

压力传感器实际值＝10*(可编程控制器检测到的压力传感器工程量值-5530)/22118。

具体的实施方法如下：

在西门子S7-200Smart可编程控制器的编程软件STEP 7-MicroWIN SMART中建立子程序，该子程序中所有数据均使用局部变量，建立子程序的具体方法包括：

在子程序输入端IN中设置：

“模拟量输入端口”数据类型选择“WORD”，该端口为可编程控制器采集的4-20mA模拟量输入地址(可编程控制器会将采集的4～20mA信号自动转换成对应的数字量)，即模拟量转换公式中的“C”值；

“传感器量程上限”数据类型选择“REAL”，该端口为传感器量程上限；

“传感器量程下限”数据类型选择“REAL”，该端口为传感器量程下限；

在子程序输出端OUT中设置：

“模拟量数据实际值”数据类型选择“REAL”，该端口为可编程控制器处理后的传感器实际数值，即模拟量转换公式中的“B”值，如图2所示。

根据模拟量转换公式编写数据处理程序，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限。

其中根据以上转换公式需要存放的数据值，使用局部变量即中间变量TEMP。如图2所示中，所有运算需要的存储器，均定义为局部变量。由于局部变量是分配给每个子程序的临时存贮区，当子程序被调用时，系统分配局部变量区给子程序；子程序执行完成后，该局部变量区被释放，局部变量区的数据不会带到下一扫描周期，即局部变量可以多次被赋值使用。基于以上局部变量的特性，因此用于存储程序运算中的中间值，实现模拟量程序的可重复性，以及可移植的特性。

子程序编译无误后，导出保存，该模拟量转换程序可移植其他项目使用。模拟量转换处理如图3-图6所示。

在主程序中调用该子程序，在子程序匡中，分别填入模拟量输入地址、传感器量程上限和下限、传感器转换实际值即模拟量数据实际值存放位置，如图7所示。具体解释如下：

当SM0.0导通的状态下，执行“二、模拟量转换”程序块；

AIW16是该可编程控制器采集到的压力传感器工程量存放的地址；

10.0代表该压力传感器量程的上限值；

0.0代表该压力传感器的下限值；

MD20代表该压力传感器检测到的实际测量数值存放地址。

若主程序端中，有多个模拟量转换处理需要，多次调用该模拟量转换子程序即可，仅需更改可编程控制器采集到的相关的传感器工程量数值、相关的传感器量程上下限、相关的传感器转换实际值的存放地址即可。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种基于可编程控制器的模拟量转换方法，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，其特征在于，包括：获取传感器输出的4-20mA信号数据；调用模拟量转换子程序，在子程序匡中，分别填入模拟量输入地址、传感器量程上限和下限、模拟量数据实际值存放位置，模拟量转换子程序执行的步骤包括：

将可编程控制器采集的模拟量输入地址放在模拟量转换子程序的输入IN上；

利用模拟量转换公式进行数据处理，其转化和处理数据均使用局部变量即中间变量TEMP，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限，最后处理完成的数据即模拟量实际值，然后将其放置在模拟量转换子程序的输出OUT。

2.一种基于可编程控制器的模拟量转换系统，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，包括西门子S7-200Smart可编程控制器全系列CPU、西门子S7-200Smart可编程控制器和任意4～20mA传感器，其特征在于，可编程控制器基于权利要求1所述的模拟量转换方法进行模拟量转换。

3.一种可编程控制器，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，其特征在于，该可编程控制器上存储有供主程序调用的进行模拟量转换的子程序，模拟量转换子程序执行的步骤包括：

将可编程控制器采集的4-20mA模拟量输入地址放在模拟量转换子程序的输入IN上；

利用模拟量转换公式进行数据处理，其转化和处理数据均使用局部变量即中间变量TEMP，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限，最后处理完成的数据即模拟量实际值，然后将其放置在模拟量转换子程序的输出OUT。

4.一种基于可编程控制器的模拟量转换实施方法，所述可编程控制器为西门子S7-200Smart可编程控制器，其特征在于，包括：

在西门子S7-200Smart可编程控制器的编程软件STEP 7-MicroWIN SMART中建立子程序，该子程序中所有数据均使用局部变量；建立子程序的具体方法包括：在子程序输入端IN中设置：“模拟量输入端口”数据类型选择“WORD”，“传感器量程上限”数据类型选择“REAL”，“传感器量程下限”数据类型选择“REAL”；在子程序输出端OUT中设置：“模拟量数据实际值”数据类型选择“REAL”；根据模拟量转换公式编写数据处理程序，所述模拟量转换公式为：模拟量数据实际值＝[(可编程控制器检测到的传感器工程量值-5530)/22118]*(传感器量程上限-传感器量程下限)+传感器量程下限；

在主程序中调用该子程序，在子程序匡中，分别填入模拟量输入地址、传感器量程上限和下限、模拟量数据实际值存放位置。