模拟量、数字量、开关量和脉冲量的区别以有各自使用场景

在工业自动化控制中,我们经常会遇到开关量,数字量,模拟量,脉冲量等各种概念,对于这些概念应该如何理解呢?

数字量

很多人会将数字量与开关量混淆,也将其与模拟量混淆。数字量在时间和数量上都是离散的物理量,其表示的信号则为数字信号。数字量是由0和1组成的信号,经过编码形成有规律的信号,量化后的模拟量就是数字量。各种传感器传输来的信号最终都要转换成数字量才能被PLC处理。

图1 数字信号

模拟量

模拟量的概念与数字量相对应,但是经过量化之后又可以转化为数字量。模拟量是在时间和数量上都是连续的物理量,其表示的信号则为模拟信号。模拟量在连续的变化过程中任何一个取值都是一个具体有意义的物理量,如温度,电压,电流等。经常使用的有温度传感器、液位传感器、压力传感器等。模拟量要经过模块转换成数字量供PLC处理。

图2 模拟信号

开关量

一般指的是触点的“开”与“关”的状态,一般在计算机设备中也会用“0”或“1”来表示开关量的状态。开关量分为有源开关量信号和无源开关量信号,有源开关量信号指的是“开”与“关”的状态是带电源的信号,专业叫法为跃阶信号,可以理解为脉冲量,一般的都有220VAC, 110VAC,24VDC,12VDC等信号,无源开关量信号指的是“开”和“关”的状态时不带电源的信号,一般又称之为干接点。电阻测试法为电阻0或无穷大。例如门磁开关可以用开门量输入来检测门打开状态,开关量输入又可以控制继电器实现电气开关,例如水泵、电灯等。也可以用来计数,一次开关累计一次,比如用接近开关测转速、转数,又或者有些流量计的脉冲输出可以通过开关量来实现计数,只是需要设置底数。

图3 开关量

脉冲量

脉冲量就是瞬间电压或电流由某一值跃变到另一值的信号量。在量化后,其变化持续有规律就是数字量,如果其由0变成某一固定值并保持不变,其就是开关量。现实中很多时候脉冲量和开关量是混在一起的,通俗一点来说变化频率高的叫脉冲,低的叫开关量,但其实这是不严谨的。脉冲量一般用来控制步进电机或者伺服电机等位移控制中,要求频率非常高。比如步进电机每圈细分是10000,如果要求电机在1秒内转动180度的话,就需要一秒内输出10000/(360/180)=5000次脉冲。

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