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PLC 類比原始值換算壓力溫度與液位

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用四個端點把 PLC 類比原始值換算為壓力、溫度與液位,附 4–20 mA 算例、整數運算注意事項與多點驗收。

先把三種數值分開

看到 PLC 監看值是 2000,先別急著判斷壓力是多少。你要先知道這個 2000 是模組轉換後的計數值、已縮放的工程值,還是通訊回傳值。本篇帶你用上下限換算,並用低點、中點、高點檢查結果。

所在位置 範例 你要確認的事
訊號線上的電流 12 mA 感測器輸出範圍是否為 4–20 mA
類比模組原始值 2000 counts 目前通道設定的數位輸出上下限
程式或 HMI 的工程值 5.0 bar 感測器量程、顯示單位與小數位

先抄下這四個端點

R低、R高代表輸入低點與高點對應的原始值;E低、E高代表相同兩個端點的工程值。這四個數字必須成對,不能拿 0 mA 對應的原始值去配 4 mA 的工程低點。

範例條件 低點 高點
電流 4 mA 20 mA
假設模組已設為 4–20 mA 對應 0–4000 R低=0 R高=4000
壓力傳送器量程 E低=0 bar E高=10 bar

0–4000 是本篇計算假設。實機請查類比模組型號、通道輸入範圍與數位輸出設定。Q06UDVCPU 的型號本身不會決定類比計數值;QJ71C24N 是序列通訊模組,也不提供這個類比量程。

用同一個公式處理不同量程

比例=(R − R低) ÷ (R高 − R低)
工程值 E=E低+比例 × (E高 − E低)

先算目前位置占整段量程的比例,再把這個比例放回工程範圍。分母為零表示上下限設定錯誤,此時不要繼續計算。

用途 原始值條件 工程範圍 本次計算
壓力 0–4000;R=2000 0–10 bar 0+2000÷4000×10=5 bar
溫度 0–4000;R=1000 −50–150 °C −50+1000÷4000×200=0 °C
液位 0–4000;R=3000 0–6 m 0+3000÷4000×6=4.5 m

直接從電流換算

工程值 E=E低+(I − 4) ÷ 16 × (E高 − E低)

I 的單位是 mA。12 mA 位在 4–20 mA 的正中間,所以 0–10 bar 得到 5 bar,−50–150 °C 得到 50 °C。4 mA 對應的是量程低點,量程低點可以是負溫度。

模組若使用另一組原始值

假設設定是 0–20 mA 對應 0–4000,而現場傳送器仍輸出 4–20 mA。此時 4 mA 對應 800,20 mA 對應 4000;換算時要使用 R低=800、R高=4000。12 mA 的 R=2400,算得 (2400−800)÷3200×10=5 bar。

同一個 12 mA,在不同模組設定下可以得到 2000 或 2400。先核對設定,再比較原始值。

把計算落實到工具與 PLC

在原始值縮放工具輸入這一組

輸入欄位 練習數值
原始低點/原始高點 0/4000
工程低點/工程高點 0/10
目前原始值 1000
預期工程值與單位 2.5 bar
  1. 先核對工具每個欄位的單位,再輸入四個端點。工具若只提供 mA 輸入,就使用電流公式,不要把 counts 填進 mA 欄。

  2. 把目前原始值依序改為 0、2000、4000,確認結果是 0、5、10 bar。

  3. 再輸入 1000,確認得到 2.5 bar。若顯示 2,檢查運算型態與顯示小數位。

程式運算要保住小數與中間結果

概念順序是:讀取原始值 → 檢查通道有效狀態 → 轉成適合運算的型態 → 縮放 → 更新工程值。以 1000÷4000 為例,若先做整數除法,可能先得到 0,後面再乘 10 也無法補回小數。

使用浮點運算時,在除法前完成型態轉換。若選擇整數定點法,先定義單位,例如 1 個計數代表 0.1 bar,並計算乘法中間值是否超出型態範圍。16 位元有號整數只有 −32768 至 32767,不能只看最終結果很小就認為不會溢位。

保留原始值、工程值與品質狀態三個欄位。超出量程、通道斷線或資料失效時要能辨認;單純把結果限制在 0–10 bar,可能把異常藏成正常端點。

用測試點驗收並完成練習

電流 假設原始值 預期壓力 實測填寫
4 mA 0 0 bar ____
8 mA 1000 2.5 bar ____
12 mA 2000 5 bar ____
16 mA 3000 7.5 bar ____
20 mA 4000 10 bar ____

這張表適用於本篇 4–20 mA 對應 0–4000、壓力 0–10 bar 的假設。先用已知輸入確認模組原始值,再看工程值。若原始值已經不符,先查通道設定、配線與量測,不要直接修改縮放公式補償。

練習與答案

練習一:0–4000 對應 0–16 bar,R=1500。答案為 6 bar。練習二:800–4000 對應 0–5 m,R=2400。答案為 2.5 m。練習三:0–4000 對應 −20–80 °C,R=0。答案為 −20 °C。

出現偏差時先看哪裡

所有點都多一樣的值,檢查工程低點與偏移;低點正確但越高越偏,檢查工程跨度與原始跨度;只有中間點偏差,檢查線性、濾波與輸入是否穩定。接著使用4 至 20 mA 零點偏移與倍率錯誤判讀做分段測試。

延伸依據

參考:Fluke 電流迴路量測方式與量測位置

參考:Fluke 迴路校驗與多點線性檢查

參考:Rockwell 線性縮放公式 以訊號與工程端點建立對應

數值表與練習為教學算例。現場允收差值須依感測器、模組、校驗器規格及製程需求訂定。

操作完成後的確認與適用範圍

完成後應看到什麼結果

依本篇假設,4、12、20 mA 應分別對應原始值 0、2000、4000,工程值為 0、5、10 bar。輸入 1000 時應得到 2.5 bar;改成溫度或液位量程後,低點、中點、高點也應與計算表一致。

現場測試時,已知輸入、PLC 原始值與 HMI 工程值要能逐段對上,誤差在事先訂定的允收範圍內。訊號失效時應出現品質異常或失效標示,不能只顯示一個看似正常的端點值。

失敗時先查哪裡

  1. 原始值就不符:先查類比通道是否選對、4–20 mA 與 0–20 mA 是否混用,再查接線與輸入訊號。

  2. 原始值正確但工程值不符:核對四個端點及公式。所有點固定多一個值,先看偏移;越高越偏,先看跨度。

  3. 只有小數不見或數值突然跳變:查整數除法、乘法中間值溢位,以及 PLC 與 HMI 是否重複縮放。

適用型號與限制

適用於有線性輸入與明確原始值上下限的 PLC 類比資料,也適用於設備明確提供線性計數值的情況。Q06UDVCPU 可作為處理端,但必須另有類比輸入模組或資料來源;本篇沒有指定類比模組型號。

QJ71C24N 是通訊模組,不可把本篇 0–4000 當成它的類比規格。熱電偶、RTD、平方根輸出、非線性槽體容積與分段校正,不能直接套用單一線性公式;若模組已輸出工程值,也不要再次縮放。

搭配使用的工具

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