模拟量输入模块

　　模拟量输入模块 是PLC、DCS、数据采集系统或智能仪表中的一种专用模块。它的核心功能是：将来自现场传感器的、连续变化的模拟量信号，转换为控制器(如CPU)可以识别和处理的数字量值。

　　输入：来自传感器的连续、平滑变化的电压、电流或电阻信号。

　　输出：供CPU使用的离散的数字值(例如，一个16位的整数：0 ~ 32767 或 0 ~ 27648)。

　　本质：它是一个 “翻译官” ，将物理世界“多大/多高/多重”的模拟语言，翻译成计算机世界“数值是多少”的数字语言。

　　核心应用

　　AI模块连接所有需要测量连续变化量的传感器。在搅拌站及各类工业场景中：

　　温度测量：

　　热电偶(K型， J型， S型等)：测量高温，如熔炉、发动机排气温度。输出微小毫伏(mV)信号。

　　热电阻(Pt100， Pt1000， Cu50等)：测量中低温，如水温、油温、环境温度、轴承温度。输出电阻变化。

　　温度变送器：将热电偶或热电阻信号就地转换为标准的4-20mA信号再送给AI模块。

　　压力/称重测量：

　　压力变送器：测量气体或液体压力(空压机压力、管道压力、液压)。输出4-20mA或0-10V信号。

　　称重传感器/拉力传感器：测量料仓重量、皮带秤重量。输出mV/V级桥压信号(需接专用称重模块或高精度AI模块)。

　　流量测量：

　　电磁流量计、涡街流量计、质量流量计：通常输出4-20mA信号，代表瞬时流量。

　　物位测量：

　　雷达/超声波物位计：输出4-20mA信号，代表料仓的液位或料位高度百分比。

　　差压变送器：通过测量静压差来换算液位。

　　过程分析：

　　pH计、电导率仪、溶解氧分析仪等：输出4-20mA信号，代表化学成分浓度。

　　设备状态：

　　电流/电压变送器：将主电机的大电流、高电压转换为隔离的、安全的4-20mA信号，用于能耗监测和故障预警。

　　工作原理

　　AI模块内部完成一个复杂而精密的信号处理链：

　　阶段一：信号调理

　　这是保证信号“纯净可用”的关键预处理步骤。

　　滤波：使用硬件滤波器(RC电路等)去除高频电磁干扰(噪声)。

　　放大/衰减：将传感器输出的微弱信号(如热电偶的几mV)线性放大到适合A/D转换的电压范围(如0-5V)。对于大信号则进行衰减。

　　保护与隔离：通过光耦或磁隔离技术，将敏感的控制器内部电路与可能存在高压、浪涌的现场侧完全电气隔离，保护系统安全。

　　对于特殊传感器：

　　热电阻：提供恒流源激励，测量其电阻两端的压降。

　　热电偶：提供冷端补偿电路，以补偿接线端子处的环境温度影响。

　　阶段二：模数转换

　　这是模块的核心，由A/D转换器完成。

　　采样：以固定的时间间隔(采样率)对调理后的连续模拟电压信号进行“抓拍”，获取瞬时值。

　　量化：将采样到的电压值，按照模块的分辨率，映射到一个离散的数字码上。

　　关键指标：分辨率 由A/D转换器的位数决定。例如：

　　12位分辨率：将输入量程分为 2^12 = 4096 份。数字量范围 0~4095。

　　16位分辨率：分为 2^16 = 65536 份。数字量范围通常为 0~32767(单极性)或 -27648~+27648(双极性)。

　　分辨率越高，能分辨的信号最小变化就越细微，测量越“细腻”。

　　阶段三：内部处理与标定

　　数字滤波：在数字域进一步进行软件滤波(如平均值滤波、中值滤波)，平滑数据。

　　工程值标定(在模块或CPU中完成)：将原始数字量按照预设的量程上下限，线性地转换为具有物理意义的工程值(如 0.0 ~ 100.0 °C， 0.0 ~ 1.0 MPa)。这是编程和组态时必须完成的步骤。

　　技术参数

　　总结

　　模拟量输入模块是现代过程自动化和智能制造的基石。 它使得控制系统不再“盲目”，而是能够精确地感知温度、压力、流量、重量等关键的物理世界信息。

　　从定性到定量：它将控制从简单的“启停”升级为对过程变量的精确监视和闭环控制。

　　数据之源：它是生产数据(如能耗、产量、质量参数)的源头，为MES、SCADA系统提供基础数据。

　　安全与效率的保障：通过对关键参数的连续监控，能够实现预警、联锁和保护，提升生产安全性和设备利用率。