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模擬量模塊的分辨率

模擬量模塊的分辨率指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2的n次方的比值。通常以數字信號的位數來表示。

模擬量輸入模塊中的A/D轉換器將模擬量數字化，模擬量模塊的分辨率反映的是模塊測量的最小變化量，可從分辨率得到的增量值計算出測量信號的最小變化量。

如一個AI模塊測量0～10V的分辨率為13位，其中有一位是符號位，它的測量值有2¹²=4096個增量，那么：

測量范圍0～10V由分辨率產生的最小變化量就是10V/4096=0.0024V，即為2.4mV。

如一個AI模塊測量0～10V的分辨率為16位，其中有一位是符號位，它的測量值有2¹⁵=32768個增量，那么：

測量范圍0～10V由分辨率產生的最小變化量就是10V/32768=0.0003V，即為0.3mV。

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模擬量模塊的干擾頻率抑制與濾波

采用積分式測量原理的模擬量模塊，有一個參數是“干擾頻率抑制"，可選擇“干擾頻率（轉換時間）"，如“50Hz(60ms)"。干擾頻率的倒數就是通道測量的積分時間。如選擇“干擾抑制頻率為50Hz時，積分時間為20ms，設置如圖2所示。

圖2. 干擾抑制頻率設置

干擾頻率抑制功能的目的是為了抑制模擬電路中電源電壓頻率產生的噪聲，因此要達到良好的噪聲抑制效果，干擾頻率的選擇要與線路頻率一致，這個線路頻率就是交流電源電網中使用的頻率，如歐洲、亞洲及非洲的大部分國家/地區均使用的是50Hz的線路頻率，美洲的大部分國家/地區使用的是60Hz的線路頻率。

要注意的是，積分時間的大小將影響通道的轉換時間，設置的頻率越高，轉換時間越短。為了減少轉換時間而調整干擾頻率將可能產生額外的測量誤差。

模擬量輸入模塊還有一個參數“濾波"，可以選擇幾個濾波等級，是一種平均值濾波方式，例如無/弱/中/強，對應的計算平均值的測量值的個數與模塊有關，比如1/4/16/32個測量值的平均。

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熱電偶冷端補償方式

熱電偶是利用不同材料的金屬在如圖3所示的測量點⑦和連接點⑤之間的溫度差產生的電位勢來測量測量點的溫度，這就需要確定連接點的溫度。在實際應用中我們會通過與熱電偶相同材質的補償導線將熱電偶的冷端引到指*位置，即基準結③，便于測量這個冷端補償溫度。

圖3. 熱電偶說明

這里介紹幾種常用的PLC模擬量模塊熱電偶冷端補償方式。

使用模擬量模塊中集成的傳感器測量基準結溫度，如圖4所示。

要注意的是， ET200SP的熱電偶模塊采用內部基準結補償時要選擇A1類型的基座單元，如：6ES7193-6BP40-0DA1，這種基座單元可用于測量熱電偶連接端子的溫度。

圖4. 內部基準結示意

這種補償方式是使用模塊本體自帶的熱電偶補償通道，通過熱敏電阻測量外部的基準結溫度實現補償。如S7-1500的模擬量模塊6ES7 531-7KF00-0AB0有這個功能，如圖5所示。

這種補償方式比內部基準結的補償方式的補償精度高。

圖5. 模塊的參考通道示意

在ET200SP的機架中可將任何一個模擬量模塊的熱敏電阻測量通道設置為“組0..3的參考通道"，本模塊或機架中其它的熱電偶通道可設置“組0..3的參考通道"測量的溫度自動作為它的補償溫度，如圖6所示。

要注意的是，組態“組0..3的參考通道"的熱敏電阻通道時需要滿足下面條件：

• 測量類型：熱敏電阻（四線制）

• 測量范圍：氣候型范圍

圖6. 組0..3的參考通道示意

這種補償方式要將基準結放置在通道所組態的固定補償溫度環境中，如圖7所示。

圖7. 固定參考通道示意

圖8. 動態參考溫度示意

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什么是過采樣

當我們需要實現高時間分辨率的數據采集，但總線和/或程序循環的周期不能足夠短時，可采用模塊的過采樣功能。

過采樣的功能是基于高速型(HS)IO模塊可將一個發送時鐘細分為2 ~32時間相等的子循環，如果按S7-1500最短的發送時鐘250μs，ET200SP的DI模塊細分為最多32個子循環計算，子循環的時間能達到7.8125μs。每個子循環，輸入模塊采樣一次，輸出模塊則返回一個輸出值，而在每個發送時鐘內CPU和接口模塊(IM)交換一次數據，如圖9所示。

圖9. 過采樣示意

過采樣使用條件：

• 接口模塊支持等時同步

• IO模塊為HS型，支持過采樣

• 組態等時同步模式

組態界面以ET200SP DI 8x24VDC HS為例，如圖10所示：

圖 10. 過采樣組態

發送時鐘設置為1ms，采樣率設置為10，模塊實現了1ms內采樣10次，信號達到了100μs的高時間分辨率。

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源型和漏型

在晶體管型數字量模塊的選型和接線中，通常會接觸到源型和漏型的概念，會產生以下疑問：

• 如何區分源型和漏型

• 源型和漏型與晶體管的NPN和PNP有什么關系

• 模塊的源型和漏型與信號電平是什么關系

源型和漏型是通過相對于數字量模塊電流的流向來區分的，漏型是電流流入，源型是電流流出。下面分別通過表格來說明它們的區別和關系。

表1展示了數字量輸入模塊的源型和漏型。

表1. 數字量輸入模塊

表2展示了數字量輸出模塊的源型和漏型。

表2. 數字量輸出模塊