模拟量测量范围和精度提升分析及干扰抑制方法

1.准确性/精度

需要明确两个模拟量输入模块参数：

•模拟量转换的分辨率；

•模拟量转换的精度（误差）。

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。S7-1200PLC模拟量模块提供的转换分辨率有13（12位+符号位）和16位（15位+符号位）两种。

当分辨率小于16位时，模拟值以左侧对齐的方式存储，未使用的最低位补“0”。13位分辨率的模板则是从第四位bit3开始变化，其最小变化单位2³=8，bit0～bit2则补“0”，见表2-8。

表2-8 数字化模拟值的表示方法及示例

模块分辨率为13位（12位+符号位）时，单极性测量值有2¹²=4096个增量。测量范围为0～10V时，能够达到的上溢值为11.852V，0～10V的测量范围见表2-9。最小增量值为上溢值11.852V/4096，即2.89mV。精度每增加1位，增量数将增加1倍。如果精度从13位增加到16位（15位+符号位），那么增量数将增加8倍，从4096增加到32768，模块最小增量为11.852/32768，即0.36mV。

注意：

分辨率不适用于温度值。

表2-9 0～10V的测量范围

模拟量转换的精度表现了测量值采集的整体误差，除了取决于A-D转换的分辨率，还受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。高分辨率不代表高精度，但为达到高精度必须具备一定的分辨率。(www.xing528.com)

根据EN61131标准，要求注明模板在25℃时的基本误差，以及整个工作温度范围内的工作极限。模拟量输入模块的转换精度见表2-10。

表2-10 模拟量输入模块的转换精度

2.干扰频率抑制

模拟量输入模块使用干扰频率抑制功能，抑制由AC电压电源频率产生的噪声。AC电压电源频率可能会对测量值产生不利影响。尤其是在低电压测量范围以及使用热电偶的时候。转换时间根据干扰频率抑制的设定不同发生变化，设置的频率越高，转换时间越短。始终根据所用线路频率，选择干扰频率。

3.滤波

模拟量输入值的滤波过程会产生稳定的模拟信号，通常滤波对于在处理变化缓慢的信号时非常有用，例如温度测量。可以为滤波分配4个级别（无、弱、中、强）。

1）无：模拟量输入模块通常会保持4个输入采样值（抑制频率设置为400Hz时的8输入模拟量模块采样数量为2个），当模拟量输入模块采样到一个新值时，模拟量输入模块将丢弃最早的采样值，并将新值加上剩下的3个采样值然后计算平均值，得到的结果就是模拟量输入值。

2）弱：当模拟量输入模块采样到一个新值时，模拟量输入模块将当前采样值的总和减去当前4个采样值的平均值，然后加上新值，之后计算新的平均值作为模拟量输入模块输入值。

举例：当前的4个采样值为0、10、10、10，第五个采样值为10。滤波级别为无时，模拟量输入模块将丢弃最早的采样值0，之后加上新值10，再取平均值，那么模拟量输入值将由7.5变为10；滤波级别为弱时，将减去之前4个采样值的平均值7.5，然后加上新值10后再取平均值，得到的模拟量输入新值为8.125。

3）中、强：与选择滤波级别为弱时的算法类似，区别为选择滤波级别为中时，采样个数为16；选择滤波级别为强时，采样个数为32。

滤波级别越高，经滤波处理的模拟值就越稳定，但无法反应快速变化的实际信号。