5.1 模拟量基础知识
本节将介绍模拟量的基本概念，这是实现温度、压力、流量等连续物理量控制的基础
学习目标
- 理解模拟量与数字量的区别
- 掌握模拟量信号的类型和特点
- 了解A/D和D/A转换原理
- 掌握分辨率与精度的概念
- 能够根据应用选择合适的模拟量信号
1. 模拟量与数字量的区别
1.1 基本概念
数字量（Digital）：
- 只有两种状态：0和1（OFF和ON）
- 如：按钮、开关、继电器、指示灯
模拟量（Analog）：
- 连续变化的物理量
- 在一定范围内可以取任意值
- 如：温度、压力、流量、液位、速度
数字量与模拟量对比：
数字量信号：
│
1 ├────┐ ┌────┐ ┌────
│ │ │ │ │
0 ┼────┴────┴────┴────┴────→ 时间
│
只有0和1两种状态
模拟量信号：
│ ╭─╮
│ ╱ ╲ ╭──╮
│ ╱ ╲ ╱ ╲
│ ╱ ╲──╱ ╲
├─────────────────────→ 时间
│
连续变化，可取任意值1.2 工业中的模拟量应用
| 物理量 | 典型范围 | 传感器类型 | 输出信号 |
|---|---|---|---|
| 温度 | -50~500°C | 热电偶、PT100 | mV、电阻 |
| 压力 | 0~10MPa | 压力变送器 | 4-20mA |
| 流量 | 0~100m³/h | 流量计 | 4-20mA |
| 液位 | 0~10m | 液位变送器 | 4-20mA |
| 速度 | 0~3000rpm | 编码器 | 脉冲/电压 |
| 位移 | 0~100mm | 电位器 | 0-10V |
1.3 模拟量控制系统架构
模拟量控制系统基本架构：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌────────┐│
│ │ 传感器 │───→│ 模拟量输入│───→│ PLC │───→│模拟量 ││
│ │(温度/压力)│ │ 模块AI │ │ CPU │ │输出AO ││
│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └───┬────┘│
│ ↑ │ │
│ │ ↓ │
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │ 被控对象 │←────────────────────────────────│ 执行机构 │ │
│ │(炉温/管道)│ │(变频器等) │ │
│ └──────────┘ └──────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘2. 常见模拟量信号类型
2.1 信号分类总览
模拟量信号类型：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 模拟量信号 │
├───────────────┬───────────────┬───────────────┬────────────┤
│ 电压信号 │ 电流信号 │ 电阻信号 │ 热电偶 │
├───────────────┼───────────────┼───────────────┼────────────┤
│ • 0~10V │ • 4~20mA │ • PT100 │ • K型 │
│ • -10~+10V │ • 0~20mA │ • PT1000 │ • J型 │
│ • 0~5V │ • 0~10mA │ • Cu50 │ • T型 │
│ • 1~5V │ │ • Ni100 │ • E型 │
└───────────────┴───────────────┴───────────────┴────────────┘2.2 信号选择原则
| 考虑因素 | 电压信号 | 电流信号 |
|---|---|---|
| 传输距离 | 短距离（<50m） | 长距离（<1000m） |
| 抗干扰能力 | 较弱 | 较强 |
| 断线检测 | 困难 | 容易（电流=0） |
| 接线方式 | 并联 | 串联 |
| 常用场景 | 本地控制 | 现场仪表 |
3. 电压信号
3.1 0-10V信号
特点：
- 单极性电压信号
- 0V对应测量下限，10V对应测量上限
- 常用于本地模拟量传输
0-10V信号对应关系：
电压(V)
10 ├────────────────────────● 满量程(100%)
│ ╱
8 ├────────────────────●
│ ╱
6 ├────────────────●
│ ╱
4 ├────────────●
│ ╱
2 ├────────●
│ ╱
0 ├────●──────────────────→ 测量值
│ 0% 100%
示例：0-10V对应0-100°C
5V = 50°C
7.5V = 75°C接线方式：
0-10V传感器接线：
┌────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 传感器 PLC模拟输入 │
│ ┌─────┐ ┌─────────┐ │
│ │ │ V+ ─────────────→ CH+ │ │ │
│ │ 0-10V│ │ AI │ │
│ │ │ GND ────────────→ COM │ │ │
│ └─────┘ └─────────┘ │
│ │
│ 注意：信号线和电源地应分开接线 │
│ │
└────────────────────────────────────────┘3.2 ±10V信号
特点：
- 双极性电压信号
- 可表示正负方向
- 常用于速度、位置控制
±10V信号应用示例（速度控制）：
电压(V)
+10 ├────────────────────● 正向满速
│ ╱
+5 ├────────────────●
│ ╱
0 ├────────────●──────── 停止
│ ╱
-5 ├────────●
│ ╱
-10 ├────●────────────────→ 速度
反向满速 正向满速
应用：伺服驱动器速度指令
+10V = +3000rpm（正转）
-10V = -3000rpm（反转）
0V = 停止3.3 电压信号优缺点
优点：
- 接线简单
- 成本低
- 响应速度快
缺点：
- 传输距离短
- 易受干扰
- 压降影响精度
【阶段总结1】 到目前为止，已介绍：
- 模拟量与数字量的基本区别
- 工业中模拟量的典型应用场景
- 模拟量信号的分类（电压/电流/电阻/热电偶）
- 电压信号（0-10V和±10V）的特点和接线方式
继续填充电流信号和A/D转换部分：
4. 电流信号
4.1 4-20mA信号
为什么是4-20mA而不是0-20mA？
4-20mA vs 0-20mA：
4-20mA信号优势：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 1. 断线检测 │
│ 正常工作：4mA ≤ I ≤ 20mA │
│ 断线故障：I = 0mA（可检测！） │
│ 短路故障：I > 20mA（可检测！） │
│ │
│ 2. 活零点 │
│ 4mA代表0%，而非真正的0 │
│ 即使测量值为0，线路中仍有电流 │
│ 便于区分"正常零点"和"故障" │
│ │
│ 3. 供电能力 │
│ 4mA可为两线制变送器供电 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘4-20mA信号对应关系：
电流(mA)
20 ├────────────────────────● 满量程(100%)
│ ╱
16 ├────────────────────●
│ ╱
12 ├────────────────●
│ ╱
8 ├────────────●
│ ╱
4 ├────────●──────────────→ 测量值(0%)
│
0 ├ - - - - - - - - - - - →（断线检测区）
│
换算公式：
测量值 = (电流 - 4) / 16 × 量程 + 下限
示例：4-20mA对应0-100°C
4mA → 0°C
12mA → 50°C
20mA → 100°C4.2 两线制与四线制变送器
两线制变送器（常用）：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 24V DC电源 │
│ │ │
│ ↓ │
│ ┌──┴──┐ ┌──────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ │ + ────→│ 变送器 │────────→│ PLC │ │
│ │ 电源 │ │ (两线制) │ 4-20mA │ AI │ │
│ │ │ - ←────│ │←────────│ │ │
│ └─────┘ └──────────┘ └─────────┘ │
│ │
│ 特点：信号线同时传输电源和信号，节省布线 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
四线制变送器：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 24V DC电源 ──→ ┌──────────┐ │
│ │ 变送器 │ │
│ 电源地 ──→ │ (四线制) │ │
│ └────┬─────┘ │
│ │ 4-20mA信号 │
│ ↓ │
│ ┌─────────┐ │
│ │ PLC AI │ │
│ └─────────┘ │
│ │
│ 特点：电源和信号分开，功率大，精度高 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘4.3 电流信号接线方式
4-20mA信号接线（PLC端）：
方式1：内部供电（PLC提供24V）
┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ PLC模拟量输入模块 变送器 │
│ ┌─────────────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ 24V ──────────────────────────→ + │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ AI+ ←────────────────────────── - │ │
│ │ │ └─────────┘ │
│ │ COM ─┐ │ │
│ └───────┼─────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ 接地 │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────────┘
方式2：外部供电
┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 外部24V 变送器 PLC模拟量输入 │
│ ┌─────┐ ┌─────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ +24V│───→│ + │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ AI+ │←───┐ │
│ │ 0V │ │ - │──────│ COM │ │ │
│ └─────┘ └─────────┘ └─────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └───────────────────────────────┘ │
│ 4-20mA回路 │
└────────────────────────────────────────────────────────────┘4.4 电流信号抗干扰原理
电流信号抗干扰能力分析：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 电压信号受干扰： │
│ │
│ 信号源 ──[5V]──┬──[电磁干扰+0.5V]──┬──→ PLC读取5.5V │
│ │ │ │
│ 电压叠加，无法区分 │
│ │
│ 电流信号抗干扰： │
│ │
│ 信号源 ──[12mA]──┬──[电磁干扰]──┬──→ PLC读取12mA │
│ │ │ │
│ 电流回路，干扰难以改变电流值 │
│ （除非干扰足以改变电路阻抗） │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘5. 电阻信号与热电偶
5.1 热电阻（RTD）
常用热电阻类型：
| 类型 | 0°C电阻 | 测温范围 | 特点 |
|---|---|---|---|
| PT100 | 100Ω | -200~850°C | 精度高，最常用 |
| PT1000 | 1000Ω | -200~850°C | 长距离传输 |
| Cu50 | 50Ω | -50~150°C | 线性好，低温用 |
| Ni100 | 100Ω | -60~180°C | 灵敏度高 |
PT100温度-电阻对应关系：
PT100特性曲线：
电阻(Ω)
400 ├
│ ●
300 ├ ●
│ ●
200 ├ ●
│ ●
100 ├──────●───────────────────→ 温度(°C)
│ 0°C=100Ω
0 ├
-200 0 100 200 300 400 500
常用温度点：
-200°C → 18.52Ω
0°C → 100Ω
100°C → 138.51Ω
200°C → 175.86Ω
300°C → 212.05Ω5.2 热电阻接线方式
PT100三种接线方式：
二线制（精度低，不推荐）：
┌────────────────────────────────────────┐
│ PT100 PLC RTD模块 │
│ ┌─────┐ ┌──────────┐ │
│ │ R │────────│ RTD+ │ │
│ │ │────────│ RTD- │ │
│ └─────┘ └──────────┘ │
│ 问题：导线电阻影响测量精度 │
└────────────────────────────────────────┘
三线制（常用，推荐）：
┌────────────────────────────────────────┐
│ PT100 PLC RTD模块 │
│ ┌─────┐ ┌──────────┐ │
│ │ │────A───│ RTD A │ │
│ │ R │ │ │ │
│ │ │────B───│ RTD B │ │
│ │ │────B───│ RTD B │ │
│ └─────┘ └──────────┘ │
│ 原理：两根B线补偿导线电阻 │
└────────────────────────────────────────┘
四线制（高精度应用）：
┌────────────────────────────────────────┐
│ PT100 PLC RTD模块 │
│ ┌─────┐ ┌──────────┐ │
│ │ │────I+──│ 电流+ │ │
│ │ R │────I-──│ 电流- │ │
│ │ │────V+──│ 电压+ │ │
│ │ │────V-──│ 电压- │ │
│ └─────┘ └──────────┘ │
│ 原理：恒流源激励，电压测量，完全消除导线电阻│
└────────────────────────────────────────┘5.3 热电偶（TC）
常用热电偶类型：
| 类型 | 分度号 | 测温范围 | 特点 |
|---|---|---|---|
| K型 | 镍铬-镍硅 | -200~1300°C | 最常用，性价比高 |
| J型 | 铁-康铜 | -40~750°C | 还原性气氛 |
| T型 | 铜-康铜 | -200~350°C | 低温测量 |
| E型 | 镍铬-康铜 | -200~900°C | 灵敏度最高 |
| S型 | 铂铑10-铂 | 0~1600°C | 高温精密测量 |
热电偶工作原理：
热电偶测温原理：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 热端（测量端） │
│ ╱╲ │
│ ╱ ╲ T1（被测温度） │
│ ╱ ╲ │
│ 金属A│ │金属B │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ ────┴──────┴──── T0（冷端/参考端） │
│ │ │ │
│ │ mV │ ← 热电势（与温差成正比） │
│ │ │ │
│ ┌────┴────┴────┐ │
│ │ PLC TC模块 │ │
│ │ (冷端补偿) │ │
│ └──────────────┘ │
│ │
│ E = f(T1) - f(T0) │
│ PLC模块内部进行冷端温度补偿 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘【阶段总结2】 已介绍：
- 4-20mA电流信号的优势（断线检测、活零点）
- 两线制与四线制变送器的区别和接线
- 电流信号的抗干扰原理
- 热电阻（PT100等）的类型和三种接线方式
- 热电偶的类型和工作原理
继续填充A/D转换和分辨率部分：
6. A/D转换原理
6.1 什么是A/D转换？
A/D转换（Analog to Digital Conversion） 是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
A/D转换过程示意：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 模拟信号 采样保持 量化编码 │
│ │ │ │ │
│ ↓ ↓ ↓ │
│ ╭──╮ ● ● 1011 │
│ ╱ ╲ ● ● ● 1001 │
│ ╱ ╲── ● ● 0111 │
│ ● ● 0101 │
│ ● ● 0011 │
│ ● 0001 │
│ │
│ 连续信号 → 离散采样 → 数字量输出 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘6.2 A/D转换的三个步骤
A/D转换三步骤：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 步骤1：采样（Sampling） │
│ ├─按固定时间间隔获取模拟信号瞬时值 │
│ └─采样频率应满足奈奎斯特定理：fs ≥ 2×fmax │
│ │
│ 步骤2：保持（Hold） │
│ ├─在A/D转换期间保持采样值不变 │
│ └─采样保持电路（S/H）实现 │
│ │
│ 步骤3：量化编码（Quantization & Encoding） │
│ ├─将保持的模拟值转换为最接近的数字值 │
│ └─编码为二进制数输出 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘6.3 PLC中的A/D转换
PLC模拟量输入处理流程：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 传感器 → 信号调理 → A/D转换 → 数字滤波 → 工程量换算 │
│ │ │ │ │ │ │
│ 4-20mA 放大/滤波 12/16位 平均值 温度/压力值 │
│ 0-10V 隔离保护 转换器 中值滤波 │
│ │
│ 示例（西门子S7-1200）： │
│ ┌─────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 4-20mA输入 │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ A/D转换（16位） │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ 原始值范围：0 ~ 27648 │ │
│ │ （4mA=0, 20mA=27648） │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ 用户程序换算为工程量 │ │
│ └─────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘6.4 常见A/D转换器参数
| 参数 | 说明 | 典型值 |
|---|---|---|
| 分辨率 | 输出数字量的位数 | 12位、14位、16位 |
| 转换时间 | 完成一次转换所需时间 | 1μs ~ 100ms |
| 输入范围 | 可接受的模拟量范围 | 0-10V、4-20mA |
| 精度 | 转换误差 | ±0.1% ~ ±1% |
| 通道数 | 模拟输入点数 | 4/8/16通道 |
7. D/A转换原理
7.1 什么是D/A转换？
D/A转换（Digital to Analog Conversion） 是将数字信号转换为模拟信号的过程，与A/D转换相反。
D/A转换过程示意：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 数字信号 D/A转换 模拟输出 │
│ │
│ 1011 ──┐ ┌────────┐ ╭── │
│ 1001 ──┼──────→│ D/A │───────╱ │
│ 0111 ──┤ │ 转换器 │──────╱ │
│ 0101 ──┤ └────────┘─────╱ │
│ 0011 ──┘ ────╱ │
│ ──╱ │
│ │
│ 离散数字量 → 转换 → 连续模拟量 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘7.2 PLC中的D/A转换
PLC模拟量输出处理流程：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 工程量 → 数字量换算 → D/A转换 → 信号调理 → 执行器 │
│ │ │ │ │ │ │
│ 设定值 0~27648 模拟电压 放大驱动 变频器 │
│ (50%) (13824) /电流 阀门 │
│ │
│ 应用示例： │
│ ┌─────────────────────────────────────────┐ │
│ │ PLC输出50%控制量 │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ 程序计算：50% × 27648 = 13824 │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ D/A转换：13824 → 12mA │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ 变频器接收12mA → 输出25Hz │ │
│ └─────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘7.3 D/A转换输出类型
| 输出类型 | 范围 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 电压输出 | 0-10V、±10V | 伺服驱动、本地控制 |
| 电流输出 | 4-20mA、0-20mA | 远程控制、阀门 |
| PWM输出 | 占空比0-100% | 加热控制、调光 |
8. 分辨率与精度
8.1 分辨率（Resolution）
分辨率 是指A/D或D/A转换器能够分辨的最小信号变化量。
分辨率计算：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 分辨率 = 满量程 / 2^n │
│ │
│ n = 转换位数 │
│ │
│ 示例计算（0-10V输入）： │
│ ┌──────────┬────────────┬────────────────┐ │
│ │ 位数 │ 级数 │ 分辨率 │ │
│ ├──────────┼────────────┼────────────────┤ │
│ │ 8位 │ 256 │ 39.06mV │ │
│ │ 10位 │ 1024 │ 9.77mV │ │
│ │ 12位 │ 4096 │ 2.44mV │ │
│ │ 14位 │ 16384 │ 0.61mV │ │
│ │ 16位 │ 65536 │ 0.15mV │ │
│ └──────────┴────────────┴────────────────┘ │
│ │
│ 结论：位数越高，分辨率越高，能分辨更小的变化 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘8.2 精度（Accuracy）
精度 是指转换结果与真实值之间的偏差。
分辨率与精度的区别：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 高分辨率 ≠ 高精度 │
│ │
│ 分辨率：能够区分多细的差别（刻度密度） │
│ 精度：测量结果与真实值的接近程度 │
│ │
│ 类比： │
│ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 分辨率高、精度高： 分辨率高、精度低： │ │
│ │ ● ●●● │ │
│ │ ●●● 靶心 ●●● 靶心 │ │
│ │ ● ● │ │
│ │ （准确命中） （精密但偏离） │ │
│ └────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ 影响精度的因素： │
│ • 转换器固有误差 │
│ • 温度漂移 │
│ • 电源波动 │
│ • 接线及接地 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘8.3 工程量换算公式
标准换算公式：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 模拟量输入（A/D）换算： │
│ │
│ (原始值 - 原始下限) │
│ 工程值 = ─────────────────────── × (工程上限 - 工程下限) + 工程下限
│ (原始上限 - 原始下限) │
│ │
│ 示例：西门子S7-1200，4-20mA输入，测量0-100°C │
│ 原始值范围：0 ~ 27648 │
│ 当前原始值：13824 │
│ │
│ (13824 - 0) │
│ 温度 = ──────────────── × (100 - 0) + 0 = 50°C │
│ (27648 - 0) │
│ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 模拟量输出（D/A）换算： │
│ │
│ (工程值 - 工程下限) │
│ 原始值 = ─────────────────────── × (原始上限 - 原始下限) + 原始下限
│ (工程上限 - 工程下限) │
│ │
│ 示例：输出50%控制量（0-100%对应0-27648） │
│ │
│ (50 - 0) │
│ 原始值 = ────────────── × (27648 - 0) + 0 = 13824 │
│ (100 - 0) │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘【阶段总结3】 已介绍：
- A/D转换的概念和三个步骤（采样、保持、量化编码）
- PLC中A/D转换的处理流程
- D/A转换的原理和输出类型
- 分辨率的计算方法（满量程/2^n）
- 精度与分辨率的区别
- 工程量换算的标准公式
继续完成本节剩余内容：
9. 各品牌PLC模拟量模块
9.1 西门子S7-1200/1500模拟量模块
| 模块型号 | 类型 | 通道数 | 分辨率 | 信号类型 |
|---|---|---|---|---|
| SM1231 AI | 输入 | 4/8 | 16位 | 电压/电流/RTD |
| SM1232 AO | 输出 | 2/4 | 16位 | 电压/电流 |
| SM1234 AI/AO | 混合 | 4AI+2AO | 16位 | 电压/电流 |
西门子模拟量数值范围：
西门子模拟量标准化数值：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 输入信号 数值范围 说明 │
│ ├─4-20mA 0 ~ 27648 标准量程 │
│ ├─0-20mA 0 ~ 27648 标准量程 │
│ ├─0-10V 0 ~ 27648 标准量程 │
│ ├─±10V -27648 ~ +27648 双极性 │
│ └─±5V -27648 ~ +27648 双极性 │
│ │
│ 超量程/欠量程： │
│ ├─正超量程 27649 ~ 32511 │
│ ├─正溢出 32512 ~ 32767 │
│ ├─负欠量程 -32513 ~ -1 │
│ └─负溢出 -32768 ~ -32513 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘9.2 三菱FX系列模拟量模块
| 模块型号 | 类型 | 通道数 | 分辨率 | 信号类型 |
|---|---|---|---|---|
| FX3U-4AD | 输入 | 4 | 12位 | 电压/电流 |
| FX3U-4DA | 输出 | 4 | 12位 | 电压/电流 |
| FX3U-4AD-PT | 输入 | 4 | 16位 | PT100 |
| FX3U-4AD-TC | 输入 | 4 | 16位 | 热电偶 |
三菱模拟量数值范围：
三菱FX3U模拟量数值：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ FX3U-4AD（12位分辨率）： │
│ ├─0-10V 输入 数字值：0 ~ 4000 │
│ ├─-10~+10V 输入 数字值：-4000 ~ +4000 │
│ ├─4-20mA 输入 数字值：0 ~ 4000 │
│ └─0-20mA 输入 数字值：0 ~ 4000 │
│ │
│ FX3U-4DA（12位分辨率）： │
│ ├─0-10V 输出 数字值：0 ~ 4000 │
│ ├─-10~+10V 输出 数字值：-4000 ~ +4000 │
│ └─4-20mA 输出 数字值：0 ~ 4000 │
│ │
│ 缓冲存储器（BFM）寻址： │
│ ├─BFM#0: 通道1数据 │
│ ├─BFM#1: 通道2数据 │
│ ├─BFM#2: 通道3数据 │
│ └─BFM#3: 通道4数据 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘9.3 欧姆龙CP1H内置模拟量
CP1H内置模拟量规格：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ CP1H-XA型号内置： │
│ ├─4路模拟输入（0-10V，分辨率6000） │
│ └─2路模拟输出（0-10V，分辨率6000） │
│ │
│ 数据存储区： │
│ ├─输入：D100（通道1）~ D103（通道4） │
│ └─输出：D110（通道1）~ D111（通道2） │
│ │
│ 换算示例（0-10V对应0-6000）： │
│ ├─5V输入 → D100 = 3000 │
│ └─输出3000 → 输出5V │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘本节小结
模拟量基础知识要点：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 模拟量概念 信号类型 A/D转换 │
│ ├─连续变化 ├─电压0-10V ├─采样 │
│ ├─物理量对应 ├─电压±10V ├─保持 │
│ └─需要转换 ├─电流4-20mA └─量化编码 │
│ ├─电阻PT100 │
│ └─热电偶K/J/T型 │
│ │
│ D/A转换 分辨率与精度 工程换算 │
│ ├─数字转模拟 ├─分辨率=2^n ├─线性比例 │
│ ├─控制输出 ├─精度≠分辨率 ├─上下限映射 │
│ └─驱动执行器 └─综合考虑 └─标准公式 │
│ │
│ 关键记忆点： │
│ • 4-20mA优于0-20mA（断线检测） │
│ • PT100用三线制接线 │
│ • 热电偶需要冷端补偿 │
│ • 分辨率越高，细分越精确 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘练习题
基础题
- 模拟量与数字量的主要区别是什么？
- 为什么工业上常用4-20mA而不是0-20mA信号？
- PT100热电阻在0°C时的电阻值是多少？
- 12位A/D转换器的分辨率是多少级？
计算题
- 某压力变送器量程0-1MPa，输出4-20mA。当输出电流为10mA时，对应压力是多少？
- 西门子S7-1200模拟量输入原始值为20000，量程为0-100°C，计算对应温度。
- 需要输出60%的控制量（0-100%对应0-27648），应输出的原始值是多少？
思考题
- 为什么电流信号比电压信号抗干扰能力强？
- 高分辨率就意味着高精度吗？为什么？
- 选择传感器时，应考虑哪些因素？
拓展阅读
- 西门子S7-1200系统手册：模拟量模块
- 三菱FX编程手册：特殊功能模块
- 工业仪表选型指南
- 信号传输与抗干扰技术
本节完