PLC模拟量说明关于模拟量分辨率和精度的问题.pptx

PLC采集模拟量，模块分辨率是什么意思？12位和16位精度差多少？【导读】国内外对伺服系统惯量匹配的理解有较大不同，本文提出工程应用中惯量匹配的涵义。

在装备制造业实际应用中，绝大部分是不按惯量匹配来设计的。

同时分析了惯量不匹配较严重时，对伺服系统有何影响。

重点指出，在伺服系统中，需要研究的不是实现负载惯量匹配，而是实现负载惯量与电机惯量的比率在合理的范围，确保系统的快速响应而且能稳定运行。

最后给出了在负载惯量与电动机惯量高度不匹配的应用中可采取的应对措施。

引言转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性）的量度，用字母I或J表示。

转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，可形象地理解为一个物体对于旋转运动的惯性。

转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有不小影响，伺服系统应用中，折算到电机轴的负载惯量与电机的惯量之比不能过大，必须合理取值，否则，系统一般会出现振荡甚至失控。

但为何需要合适的惯量比，而且这个推荐的惯量比，在实践中如何取值比较合理，这些都是工程师常感到困惑的问题。

伺服电机负载惯量比的适宜性分析1、惯量匹配- -最佳的功率传输和最大加速度所有的机械系统都存在一定程度的弹性（也即刚性是无法无穷大的），而有部分机械系统则存在背隙。

这两种的任何一种达到了一定程度时，都会导致系统响应性能极差。

因此所谓的惯量不匹配可能导致的问题，其实是由于机械刚性不足，可能存在着较大的弹性或背隙而可能产生的运动不稳定问题。

伺服系统中我们需要控制的运动量是负载端的位置或转速，但实际上却是以安装在电机上的反馈装置检测到的位置或转速信号来代替目标负载控制量，而由于刚性的有限性，这种控制方式在一定条件下，特别是惯量比太大时，较大概率会出现不稳定问题。

要提高系统的快速响应性，首先必须提高机械传动部件的谐振频率，即提高机械传动部件的刚性和减小机械传动部件的惯量。

关于模拟量分辨率和精度的问题各种plc模拟量处理：欧姆龙PLC 模拟量CP1H-XA40DR-A 模拟量输入4-20mA对应PLC内部读到的数值是多少？输出4-20mA对应PLC内部读到的数值又是多少？AD转换：硬件连接好后，用编程软件设定输入方式，设定分辨率，然后，在特殊功能寄存器里读取转换数值这个数值的对应关系是：分辨率6000 4-20mA 0-1770 HEX，十进制为0-6000.分辨率12000 0-2EE0 HEX，十进制为0-12000DA转换：也是同样的道理分辨率设定在6000时，4-20mA对应值为0-1770 HEX，转换为十进制为0-6000. 分辨率设定在12000时，对应值为0-2EE0 HEX，转换为十进制为0-120001、欧姆龙CP1H分辨率0-6000对应最小到最大/////////////////////////////////2、S7200是0-20对应0-120003、GE是4-20对应0-32000分辩率只代表了最小量化的梯度，和精度无直接联系，12位是4096位，如取中点为零则为正负2048位，即数字的最小变化是量程的4096分之一。

但一般情况下，考虑到非线性、重复性、温度变化、电源变化等的影响，全范围精度能做到千分之一就不错了，计算的方法可查手册，对照你的环境计算一下就可以了。

如果是双极性，却用于只有正或负的信号输入时是量程的1/2048。

所以，有些精度的标注是精度值再加减一个字。

这一个字就是量化误差。

不过，AD的制造商是考虑到条件因素，如果稳定性差，分辨率再高也没用，只是用于调节时平滑些。

所以，较好条件下的测量系统精度取分辨率的1/3较适宜。

用于控制取1/10左右。

首先解释一下标度变换：标度变换用于模拟量处理，PLC作为计算机，只能处理数字量，而我们生活中经常遇到的物理量，像压力，温度，流量，位移等先通过传感器，变送器，转换为便于处理的标准模拟量（0~10v 4-20mma -10v-10v ）模拟量进入PLC 的AD转换模块后转换成数字量16进制的比如0-1770h 也就是十进制的0-6000（举例来说，不同AD模块，分辨率不一样，输入类型可以设置成别的方式）可是这些与我们要的比如温度等物理量数值上是不一样的，不过成线性关系。

模拟量产品量化精度与分辨率说明1.1问题来源相较于数字量（485）产品，读数直接由数字信号标示，因此在数据的传输上没有误差和分辨率的区别。

但是对于模拟量（电压输出、电流输出）的产品，产品内部的主控和传感器组件均为数字信号，在输出时编码为模拟信号，在编码的过程中使用的是DAC编码的方式，DAC编码量化有分辨率，因此产品的量化精度和分辨率显得尤为重要。

1.2产品的编码精度与信号分辨率产品的初始量化精度为12Bit，也就是4096阶，经过放大和数据转换后不同的信号种类的量化精度不尽相同，因此分别描述：4-20mA电流输出：产品占用60%以上的的分辨率，也就是2457阶，因此产品最小分辨率为0.008mA。

0-5V输出产品：产品占用40%以上的分辨率，也就是1638阶，因此产生的最小分辨率为0.003V。

0-10V输出产品：产品占用80%以上的分辨率，也就是3276阶，因此产生的最小分辨率为0.003V1.3测量设备的量化精度模拟量类型产品一般在后端与单片机或者PLC的DI模块等相连接，因此除了要计算产品的编码精度和分辨率之外，还需要计算单片机或者PLC的量化精度，在编码精度和量化精度之间取较大的精度为准。

对于PLC我们以三菱的FX2N-4AD型号为例，此型号的转换模块根据技术手册可以得知，可以支持-10V到﹢10V电压信号采集，分辨率为5mV，支持4-20mA或者-20mA到20mA采集，分辨率为20uA。

根据上文1.2章节介绍的，我司的电流输出最小分辨率为0.008mA，FX2N-4AD的分辨率为0.020mA，因此整体的最小分辨率为0.020mA；我司最小的电压分辨率为0.003V，FX2N-4AD 的最小分辨率为0.005V，因此整体的最小分辨率为0.005V。

可以看出，我司传感器的输出分辨率是非常高的分辨率，但是PLC的转换模块的分辨率要低，因此受限于PLC的低分辨率，这里丢失了一部分的精度。

关于模拟量分辨率和精度的问题各种plc模拟量处理：欧姆龙PLC 模拟量CP1H-XA40DR-A 模拟量输入4-20mA对应PLC内部读到的数值是多少？输出4-20mA对应PLC内部读到的数值又是多少？AD转换：硬件连接好后，用编程软件设定输入方式，设定分辨率，然后，在特殊功能寄存器里读取转换数值这个数值的对应关系是：分辨率6000 4-20mA 0-1770 HEX，十进制为0-6000.分辨率12000 0-2EE0 HEX，十进制为0-12000DA转换：也是同样的道理分辨率设定在6000时，4-20mA对应值为0-1770 HEX，转换为十进制为0-6000. 分辨率设定在12000时，对应值为0-2EE0 HEX，转换为十进制为0-120001、欧姆龙CP1H分辨率0-6000对应最小到最大/////////////////////////////////2、S7200是0-20对应0-120003、GE是4-20对应0-32000分辩率只代表了最小量化的梯度，和精度无直接联系，12位是4096位，如取中点为零则为正负2048位，即数字的最小变化是量程的4096分之一。

但一般情况下，考虑到非线性、重复性、温度变化、电源变化等的影响，全范围精度能做到千分之一就不错了，计算的方法可查手册，对照你的环境计算一下就可以了。

如果是双极性，却用于只有正或负的信号输入时是量程的1/2048。

所以，有些精度的标注是精度值再加减一个字。

这一个字就是量化误差。

不过，AD的制造商是考虑到条件因素，如果稳定性差，分辨率再高也没用，只是用于调节时平滑些。

所以，较好条件下的测量系统精度取分辨率的1/3较适宜。

用于控制取1/10左右。

首先解释一下标度变换：标度变换用于模拟量处理，PLC作为计算机，只能处理数字量，而我们生活中经常遇到的物理量，像压力，温度，流量，位移等先通过传感器，变送器，转换为便于处理的标准模拟量（0~10v 4-20mma -10v-10v ）模拟量进入PLC 的AD转换模块后转换成数字量16进制的比如0-1770h 也就是十进制的0-6000（举例来说，不同AD模块，分辨率不一样，输入类型可以设置成别的方式）可是这些与我们要的比如温度等物理量数值上是不一样的，不过成线性关系。

关于模拟量分辨率和精度的问题各种plc模拟量处理：欧姆龙PLC 模拟量CP1H-XA40DR-A 模拟量输入4-20mA对应PLC内部读到的数值是多少？输出4-20mA对应PLC内部读到的数值又是多少？AD转换：硬件连接好后，用编程软件设定输入方式，设定分辨率，然后，在特殊功能寄存器里读取转换数值这个数值的对应关系是：分辨率6000 4-20mA 0-1770 HEX，十进制为0-6000.分辨率12000 0-2EE0 HEX，十进制为0-12000DA转换：也是同样的道理分辨率设定在6000时，4-20mA对应值为0-1770 HEX，转换为十进制为0-6000. 分辨率设定在12000时，对应值为0-2EE0 HEX，转换为十进制为0-120001、欧姆龙CP1H分辨率0-6000对应最小到最大/////////////////////////////////2、S7200是0-20对应0-120003、GE是4-20对应0-32000分辩率只代表了最小量化的梯度，和精度无直接联系，12位是4096位，如取中点为零则为正负2048位，即数字的最小变化是量程的4096分之一。

但一般情况下，考虑到非线性、重复性、温度变化、电源变化等的影响，全范围精度能做到千分之一就不错了，计算的方法可查手册，对照你的环境计算一下就可以了。

如果是双极性，却用于只有正或负的信号输入时是量程的1/2048。

所以，有些精度的标注是精度值再加减一个字。

这一个字就是量化误差。

不过，AD的制造商是考虑到条件因素，如果稳定性差，分辨率再高也没用，只是用于调节时平滑些。

所以，较好条件下的测量系统精度取分辨率的1/3较适宜。

用于控制取1/10左右。

首先解释一下标度变换：标度变换用于模拟量处理，PLC作为计算机，只能处理数字量，而我们生活中经常遇到的物理量，像压力，温度，流量，位移等先通过传感器，变送器，转换为便于处理的标准模拟量（0~10v 4-20mma -10v-10v ）模拟量进入PLC 的AD转换模块后转换成数字量16进制的比如0-1770h 也就是十进制的0-6000（举例来说，不同AD模块，分辨率不一样，输入类型可以设置成别的方式）可是这些与我们要的比如温度等物理量数值上是不一样的，不过成线性关系。

模拟量分辨率的理解以及和模拟量转换精度的被包含关系
模拟量的分辨率分辨率是A/D模拟量转换芯⽚的转换精度。

即⽤多少位的数值来表⽰模拟量。

也就是说分辨率越⾼，模拟量的值的范围分得越细，转化为的数字值越精确。

假如模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最⼩单位是满量程的1/4096（2的12次⽅），16位的最⼩单位是满量程的1/65536（2的16次⽅）。

以下列举⼀例，说明如果要在多种多样的模拟输⼊输出设备中，选择具有适合⾃⼰要求的分辨率的设备，应如何考虑。

例如，假设“测量 0℃～ 100℃的温度”。

1：希望以1℃为单位测量需要1/100的精度。

分辨率为8位(分成2的8次⽅=256份)的设备就⾜够了。

2：希望以0.1℃为单位测量需要1/1000的精度。

分辨率为12位(分成2的12次⽅=4096份)的设备就⾜够了。

3：希望以0.01℃为单位测量需要1/10000的精度。

分辨率为16位(分成2的8次⽅=65536份)的设备就⾜够了。

与分辨率容易搞混的⼀个概念是模拟量转换的精度。

模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯⽚的外围电路的影响。

在实际应⽤中，输⼊的模拟量信号会有波动、噪声和⼲扰，内部模拟电路也会产⽣噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。

这些因素造成的误差要⼤于A/D芯⽚的转换误差。

模拟量精度详解
1、模拟量概念
∙在工业控制现场有很多连续变化的量，例如温度、压力、水位等等，那么这些连续变化的量就是模拟量。

∙在控制过程中我们的PLC是无法直接识别这些模拟量的，我们PLC对这些模拟量的识别主要通过以下几个步骤。

1、)将温度、压力、水位等这些模拟量，通过变送器转换成为4~20mA 电流信号、0~5V或者0~10V电压信号。

2、)将这些信号通过两线制、三线制或者四线制的方式接到PLC的模拟量模块。

3、)PLC接收到这些电流或者电压信号后通过模数转换，将模拟量转换成16位2进制的数字量，进行识别。

2、模拟量的存储
∙PLC对外部模拟信号是通过16位，也就是1个字的空间进行存储的。

3、模拟量模块精度
我们在硬件组态的过程中经常会看见SM 331 AI8 X 14Bit、SM 331 AI8 X 12 Bit这样的型号，那么同样是8路的AI模块，为什么会有14Bit和12Bit的区别呢？
下面我们来引导大家理解模拟量模块精度的概念。

∙14Bit和12Bit代表的是模块的精度。

∙12Bit精度的含义
1、)单极性：
12Bit在单极性的时候有三位无效位，因此它是以23也就是8为单位进行变化的。

2、)双极性
12Bit在双极性的时候有四位无效位，因此它是以24也就是16为单位进行变化的。

通过上面的分析我们可以得出如下结论1、)表示精度的数值越大精度越高。

2、)相同精度下单极性精度高于双极性精度。