应用场景：模拟量输入模块在工业自动化中的应用

1.模拟量输入模块的接线

FX2N-4AD模块有4个通道，可以同时接收并处理4个模拟量输入信号，最大分辨率为12位，转换后的数字量范围为-2048～2047。输入信号有三种可选量程：-10～+10V、4～20mA和-20～20mA，转换后的数字量分别为-2000～2000、0～1000和-1000～1000。

DC 24V电源接在模块的“24+”和“24-”端（见图6-2），用双绞线屏蔽电缆接收模拟量输入信号，电缆应远离电力线和其他可能产生电磁感应噪声的导线。

直流信号接在“V+”和“VI-”端，电流输入时将V+和I+端短接。应将模块的接地端子和PLC基本单元的接地端子连接到一起后接地。如果有较强的干扰信号，则应将“FG”端接地。如果外部输入线路上有电压纹波或电磁感应噪声，则可以在电压输入端接一个0.1～0.47μF/25V的小电容。

图6-2 FX2N-4AD接线图

2.平均值滤波

模拟量输入模块可能采集到缓慢变化的模拟量信号中的干扰噪声，这些噪声往往以窄脉冲的方式出现。为了减轻噪声信号的影响，可以在程序中使用模块提供的连续若干次采样值的平均值，还可以设置求平均值的采样周期数。

取平均值会降低PLC对外部输入信号的响应速度。例如FX_2N-4AD在高速转换方式时，每一通道的转换时间为6ms，4通道为24ms。设平均值滤波的周期数为8，从模块中读取的平均值实际上是前8次（即前192ms内）输出值的平均值。在使用PID指令对模拟量进行闭环控制时，如果平均值的次数设置得过大，则将使模块的反应迟缓，会影响到闭环控制系统的动态稳定性，可能给闭环控制带来困难。

3.模拟量输入模块输出数据的读出

FX_2N-4AD模拟量输入模块有4个输入通道，其缓冲存储器功能如下：

BFM#0中的4位十六进制数用来设置通道1～通道4的量程，最低位对应于通道1。每一位十六进制数分别为0～2时，对应通道的量程分别为DC-10～+10V、4～20mA和-20～+20mA，为3时关闭通道。

BFM#1～4分别是通道1～4求转换数据平均值时的采样周期数（1～4096），默认值为8。如果取1为高速运行（未取平均值）。

BFM#5～8分别是通道1～4的转换数据的平均值。

BFM#9～12分别是通道1～4的转换数据的当前值。

BFM#15为0时为正常速度转换（15ms/通道），为1时为高速转换（6ms/通道）。

BFM#29为错误状态信息。当b0=1时有错误；b1=1时有偏置或增益错误；b2=1时有电源故障；b3=1时有硬件错误；b10=1时数字输出值超出范围；b11=1时平均值滤波的周期数超出允许范围（1～4096）；以上各位为0时表示正常，其余各位没有定义。

在下例中，通道1和通道2被设置为-10～+10V的电压输入，通道3、4被禁止。模拟量输入模块安装在紧靠基本单元的地方，其模块编号为0号。平均值滤波的周期数为4，数据寄存器D0和D1用来存放通道1和通道2的数字量输出的平均值。

读、写特殊功能模块指令FROM和TO见4.6.3节，下面的指令TOP中的P表示脉冲执行，即仅在输入信号由OFF变为ON的上升沿时执行一次TO指令。

LD M8002 //首次扫描时

TOP K0 K0 H3300 K1 //H3300→BFM#0，设置通道1、2的量程(www.xing528.com)

TOP K0 K1 K4 K2 //设置通道1、2平均值滤波的周期数为4

LDP X1

FROM K0 K29 K4M10 K1 //将模块运行状态从BFM#29读入M10～M25

LDI M10 //如果模块运行没有错误

ANI M20 //且数字量输出未超出允许范围

FROM K0 K5 D0 K2 //则将通道1、2的平均采样值存入D0和D1

4.将模拟量输入值转换为物理量

将模拟量输入模块输出的数字转换为实际的物理量时，应综合考虑变送器的输入/输出量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A-D转换后的数据之间的比例关系。

【例6-1】 量程为0～3.5MPa的压力传感器的输出信号为4～20mA，设置FX_2N-4AD的量程为4～20mA，转换后的数字量为0～1000，设转换后得到的数字为N，求以kPa为单位的压力值。

解：因为0～3500 kPa对应于数字量0～1000，转换公式为

P=3500×N/1000 （kPa）

上式的运算可以采用整数运算，注意在乘除运算时应先乘后除，否则会损失原始数据的精度。

图6-3 温度与转换值的关系

【例6-2】 某温度变送器的输入信号范围为−100～500℃，输出信号为4～20mA，FX_2N-2AD将4～20mA的电流转换为0～4000的数字量，设转换后得到的数字为N，求以0.1℃为单位的温度值。

温度值−1000～5000（单位为0.1℃）对应于数字量0～4000，根据图6-3中有关线段的比例关系，可列出下面的比例关系式

经整理后得到温度T的计算公式为