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西門子SCL編程——通過模拟量控制氣缸升起和下降

對于PLC的輸入輸出，分數字量和模拟量兩種。數字量很好理解，就是在時間和數量上都離散的物理量，比如啟/停按鈕，行程開關，電磁閥通/斷，這些都是數字量。數字量對應PLC存儲就是1位，即1比特（binary digit，縮寫bit），作為信息的最小單位，隻有兩種狀态：0（低電平）和1（高電平），也表示為FALSE和TRUE。模拟量是在時間或數值上都連續的物理量，常見的如溫度、氧含量、壓力等。

模拟量使用起來不太方便，不是有多難，而是在程序上需要做必要的處理，本文通過實例，講一講如何通過模拟量控制氣缸升起和下降。

通過模拟量輸出控制運動對象動作，要先确定運動對象的信号類型和量程等參數。信号類型常見的有電流4~20mA和電壓0~5V/10V等；量程是設備自身的參量，比如氣缸控制閥流量開度為0~100%，K型熱電偶測溫範圍0~1300℃等。

本文選用的氣缸控制閥控制特性如圖1所示，可以看出信号類型4~20mA，4~12mA對應的1通2，流量開度q對應100~0（%）；12~20mA對應的1通4，流量開度q對應0~100（%）；

圖1 氣缸控制閥控制特性

處理模拟量信号需要兩個指令，NORM_X：标準化和SCALE_X：縮放指令。

NORM_X：标準化

使用“标準化”指令（參照圖2所示），通過将輸入 VALUE 中變量的值映射到線性标尺對其進行标準化。可以使用參數 MIN 和 MAX 定義（應用于該标尺的）值範圍的限值。輸出OUT( RET_VAL) 中的結果經過計算并存儲為浮點數，這取決于要标準化的值在該值範圍中的位置。

如果要标準化的值等于輸入 MIN 中的值，則輸出 OUT 将返回值“0.0”。如果要标準化的值等于輸入 MAX 的值，則輸出 OUT 需返回值“1.0”。

其中MIN 、 MAX和VALUE既可以是整數，也可以是浮點數。OUT( RET_VAL) 為浮點數。

圖2 NORM_X

SCALE_X：縮放指令

使用“縮放”指令（參照圖3所示），通過将輸入 VALUE 的值映射到指定的值範圍内以縮放該值。當執行“縮放”指令時，輸入 VALUE 的浮點值會縮放到由參數 MIN 和 MAX 定義的值範圍。縮放結果為整數，存儲在 RET_VAL 輸出中。

其中MIN 、 MAX和OUT( RET_VAL) 既可以是整數，也可以是浮點數。VALUE為浮點數。

圖3 SCALE_X

接下來在FB中定義各變量，如圖4所示。變量有升起和降落的指令rise_command、fall_command，數據類型均為Bool型；升起和降落的開度百分比rise_rate、fall_rate，此處數據類型均定義為Int型；以及标準化和縮放的變量，NORM_rise_rate（Real型）、NORM_fall_rate_1（Real型）、NORM_fall_rate_2（Real型）、SCALE_rise_rate（Int型）、SCALE_fall_rate（Int型）。

圖4 定義變量

輸出量AQ1（Int型）需要在PLC變量中定義，同時模拟量輸出的地址要與實際的接線端子地址一緻。

用SCL語言編程，如圖5所示。

圖5 SCL程序

  • 第1行程序是将“rise_rate”标準化為0.0~1.0範圍内的值；

  • 第2行程序是将“NORM_rise_rate”縮放到PLC能夠執行的整數範圍，這裡需要了解PLC自身模拟量模塊電流測量模拟值的範圍，需要查找該模拟量模塊的手冊，本文使用的模拟量模塊4~20mA電流測量範圍為0~27648，中間值12mA對應的值為13824（該值需自己計算）。

  • 第3行程序是将“fall_rate”标準化為0.0~1.0範圍内的值；

  • 第4行程序是一次轉換，由于控制閥4~12m對應的是100~0，不太符合常規的表達邏輯。

  • 第5行程序是将“NORM_fall_rate_2”縮放為PLC能夠執行的整數方位，解釋同第2行。

  • 第6~8行程序是進行指令的判斷，如果升起指令“rise_command”為真，則将縮放過的值“SCALE_rise_rate”賦值給輸出變量AQ1，實現氣缸升起；

  • 第9~10行程序是進行指令的判斷，如果下降指令為真，則将縮放過的值“SCALE_fall_rate”賦值給輸出變量AQ1，實現氣缸下降；

  • 注意：這裡為了簡化程序，程序裡沒有進行“rise_rate”和“fall_rate”進行相互複位操作

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