一文解析PLC模拟量的原理

模拟量在PLC系统中有着非常广泛的应用，特别是在过程控制系统中。模拟量是一种连续变化的量，因此，它的使用对象也是各种连续变化的量，比如温度，压力，湿度，流量，转速，电流，电压，扭矩等。  

图1 温度表

如图1的温度表，它测量的温度是连续的，对应温度表上的刻度。比如从40度升到50度，它不是直接跳跃的，而是连续上去的，也就是41、42、43这样连续地变化。那么PLC是如何识别并控制这些变化，它和模拟量又是如何转换的呢？本文将为初学者解惑。

PLC系统中使用的模拟量有两种，一种是模拟电压，一种是模拟电流，模拟电压最常见，用的也最多。

模拟电压 一般是0~10V，并联相等，长距离传输时容易受干扰，一般用在OEM设备中。

模拟电流一般是4~20mA，串联相等，抗干扰能力强，dcs系统中一般都使用模拟电流。

首先，我们先要用传感器测量我们所需要的参数，通过变送器将此参数变换成0~10V 或者4~20mA ，现在很多传感器都是自带变送器的，直接就输出模拟量，建议大家在项目中选用此种类型的传感器

图2 某压力传感器手册

如图2所示，是某压力开关的选型手册，红色圆圈部分是它的量程 0~250公斤，再看黄色荧光部分，此型号的传感器是模拟电流输出，也就是此款传感器将0~250公斤的压力线性转换成了4~20mA的电流，当我们检测到12mA的电流时，就表示压力是125公斤，依此类推。

当我们读取到模拟量之后，就要交给PLC去处理了，由于PLC的实质是电子计算机，而计算机只能识别数字量，因此要进行转换，也就是模拟量到数字量的转换，模拟电子技术中称之为A/D转换，作为PLC的使用者，而A/D转换的是一个线性变化，也就是把0~10V 或者4~20mA 转换成一个数字N，再在PLC中去处理这个转换后的数字。也就是把0~10V 或者4~20mA 转换成了0~N。

这个数值N 在不同的PLC中是不一样的。比如在西门子博途中，它是固定的为27648。有的PLC是4000，还有4096，还有32767，这个就要参考PLC 的编程手册了。多数PLC都是可以修改的，建议修改成整数，便于我们计算。

图3 施耐德PLC 模拟量设置

如图3所示，是施耐德CODESYS平台的PLC，红色圆圈是默认的设置为-32768到32768，很显然，这样的数字是不便于我们计算的，因此改成了4000到20000。顺便说一句，欧美系PLC对模拟量的处理是很简单的，只需简单的设置，而日系PLC特别是三菱，对模拟量的处理是很隆重的，它是通过梯形图写程序的方式来设置。而左上角的蓝色圆圈内的%IW0，就是读取的模拟量的数值，如果压力是125公斤，那么此时，%IW0的值应为12000。

图4 模拟量转换过程

如图4所示，这是整个的模拟量的转换过程，看箭头指向，传感器检测实际物理量，然后变送输出模拟量到PLC，由PLC转换成数字量，而plc编程，就是对数字量的处理。

图5 模拟量的PID处理

如图五所示，左侧红色圆圈就是我们读取的实际压力，通过PID功能块进行处理，处理后的数值赋值给%QW0，而%QW0是模拟量的输出，也就是模拟量输入的逆运算。

模拟电流相对于模拟电压来说，有着无可比拟的优势，抗干扰能力强，有断线检测功能，而且模拟电流的传感器一般都是两线制，配线简单方便，而且模拟电流信号可以方便的转换成模拟电压信号，反之则不能，因此推荐大家尽量使用模拟电流。

模拟电流的缺点就是概念比较抽象，测量比较麻烦，初学者可能会不好理解，更重要的是，电流是串联相等，很多初次使用模拟电流的朋友经常想当然的把模拟电流信号并联，这是不对的，希望注意。

这就是PLC对模拟量的处理，它其实是一个线性转换的过程，任何连续的物理量都可以变送成0~10V 或者4~20mA供我们处理，而我们又可以把要控制的物理量转换成0~10V 或者4~20mA，这就是模拟量控制的本质。

编辑：黄飞