PLC开关量和模拟量讲解

开关量和模拟量是大家学习plc初期使用最多的两种输入输出方式。什么是开关量？什么是模拟量？
plc的实质是工业计算机，因此它只能处理数字量，也就是0和1，但是，在工业控制中有很多量，比如温度，压力，湿度，浓度等等它是连续变化的模拟量，plc是不能直接处理的，这就是开关量和模拟量的转换，但一般都称之为数字量和模拟量的变化，开关量一般是指开关按钮等的输入。
数字量和模拟量之间是线性变化关系，一般是把0~10v或是4~20ma 接入plc的ad模块，然后在plc内部转换成对应的一个范围，0~a，这个a就是对应的数字量，比如西门子plc，这个数值是固定的，为27648。而有些plc，比如施耐德plc，这个值是可以自己定义的。一般都是设置一个容易计算的数值，比如10000。可以用一个表格来表示
红色箭头表示模拟量到数字量的变化，绿色箭头是数字量到模拟量的变化。
其中开关量和模拟量是我们在初期学习plc的过程中，使用最多的两种输入输出方式。那到底什么是开关量什么是模拟量呢？对于有些基础的朋友来说不算问题了，但对于刚接触plc的小白来说，这是个必须弄清楚的问题。因为它是plc学习的基础中的基础，也是电气控制领域的基础。所以对于基础的东西还是有必要多啰嗦几句的，下面的内容适用于刚入门的plc小白，如果你已经是高手可以略过了。先来说一下最简单的开关量，如图1。
图1，其实只要看到图1不用我说你也能看明白什么是开关量了，图中画的的是一个电接点压力表，这种压力表在许多设备上也经常见到，它就是一个典型的能输出开关量信号的器件。原理就是压力高时c和b两个触点闭合接通，输出压力高信号，压力低时c和a两个触点闭合接通输出压力低信号。有了这样的信号就实现把就地的压力信号，远传到远处的电气控制柜去参与自动远程控制了，其中c和b是一个开关量，c和a也是一个开关量。所以一个开关触点就是一个开关量，它的特性是同一时刻要么接通要么断开。接通就是1，代表有有信号，断开就是0，代表没有信号。这就是所谓的开关量信号。细心的读者这时会发现，这样的电接点压力表虽然能把就地的压力信号远传到远处，但它传输的只是有压力和没压力这样的有和无的信号，那如果我们想知道就地的实时压力值到底是多少该怎么办呢？接下来看完下面模拟量的介绍你就会有办法了。
看图2，在图2中最左边的器件叫压力变送器，如果我们想要在远方知道就地的压力数值就全靠它了。它是怎么做到的呢？看图2的中间，其实压力变送器它里面就是一块电路板，电路板连接着一个压力传感器f。它的工作原理就是压力传感器f实时检测管道压力，把检测到的压力再传到电路板的c，检测信号进入电路板后，通过电路板的转换与计算，把这个压力信号转换成一个电流信号由a和b这两个点输出。图2最右边就是这个转换的示意图，我们看到它可以把一个0-10kpa的压力信号转换成一个4-20ma的电流信号，由a和b这两个点输出。这时我们就说a和b这两个点输出的就是一个模拟量信号。这个模拟量电信号可以是4-20ma的电流信号，也可以是0-10v的电压信号。模拟量信号的特点是它的值是在一个数值范围内连续可变的。这就是所说的模拟量信号。下面看一下模拟量信号是怎么把压力信号远传输出的。
图3，假设我们管道上安装的是一块量程为0-10kpa的压力变送器，我们让一个电源的正极接压力变送器的b点，负极串联一块万用表到压力变送器的a点，并将万用表打到电流档。然后我们先看图3的左面，当压力变送器c点的压力是5kpa时，万用表的的电流读数是12ma。正好是4-20ma的电流信号的中间值，而5kpa也正好是0-10kpa压力值的中间值。再看图3右边，当压力变送器c点的压力是10kpa时，万用表的的电流读数正好是20ma。这样0-10kpa压力值就对应了4-20ma的电流信号值，我们只要在远方通过一个接收设备把这个4-20ma的电流信号值提取出来，再通过一定的计算，就能知道就地的压力值是多少了。这个接收设备可以是plc也可以是数显仪表等。
这里再说一下，为什么要把压力信号转换成4-20ma的电流信号，而不是0-20ma的电流信号或0-10v的电压信号。因为1，0-10v的电压信号容易受到外界的电磁干扰，特别是电缆长度很长时干扰更明显。2，用0-20ma的电流信号的话，就无法判断在电流信号是0ma时，到底是电缆断线引起的故障0ma，还是压力本身就是0kpa而输出的正常的0ma。所以现在市场中的压力变送器绝大多数都是使用4-20ma的模拟量电流信号。
图4，就是一个通过西门子s7-200 plc读取压力变送器压力值的接线图例，这是一种最基本的使用方法，左边是开关量的，右边是模拟量的，不同的信号类型要接到plc不同输入端。