线性误差定义线性表示指定的测量范围内实际 A/D 或 D/A转换与理想线间的偏差。因此，线性误差可以表示实际传输函数与理想直线之间的偏差。在技术数据中，误差将显示为模拟量模块额定范围的百分比值。下图显示了 ADC 的线性误差，为方便查看进行了放大。示例输入范围为 ±10V 且线性误差为 ±% 时，误差为 ±1 mV。误差的计算公式如下所示： 10 V · % = 1mV在计算操作限值时，需考虑技术规范中列出的线性误差信息。有关操作限值得详细信息，请参见“操作和基本误差限值 (页23)重复精度定义对于创建或输出其它值之后的同一个输入信号或输出值，重复精度是测量/输出值中的Zui大偏差。其它参数（例如，温度参数）保持不变。重复精度是指模块的额定范围，并适用稳定的温度状态。测量值方差重复精度将提供了有关各种测量方差的信息。方差越小，重复精度越高。因此，重复精度是测量设备的一个Zui重要的属性。 在技术数据中，重复精度为25°C稳态下输入或输出范围的百分比值。示例以测量范围结束值的百分比形式为模拟量输入模块指定的重复精度为 ±0.02 %。对于测量范围±10 V 内的任意值，它对应于重复精度 2 mV。例如，如果要将测量值从10 V 更改为 -10 V，那么可以使用 10 V重新测量，测量值的偏差不会超过 ±2mV。运行和基本误差限制简介以下部分介绍了如何通过技术规范确定运行或基本误差限制，以及测量或输出误差。在Zui坏的情况下，这些组态可确保模块不会超出有效运行范围内的指定值。模拟量输入或输出模块的精度只是整个测量段的精度的一部分。测量段通常包含变送器、变送器、传输线路以及输入/输出模块。操作限值运行限制表示模拟量模块在准许的温度范围内的整个测量或输出误差率，以温度稳态下的额定范围为基准。基本误差限值基本误差限制表示在环境温度值为25°C 时的整个测量或输出误差率，以温度稳态下的额定范围为基准。模块的基本误差限制多少只是一个理论值，这是因为很难将设备维持在 25°C的恒定环境温度。为此，在实际选择和评估模块时，应首先考虑操作限值。说明技术规范中列出的运行和基本误差限制百分比始终与模块额定范围中的Zui大可能 I/O值（测量范围结束值）相关。应了解模拟技术的哪些方面2.7 运行和基本误差限制模拟值处理24 功能手册, 06/2014,A5E03461444-AC下图显示了与理想曲线相比的操作和基本误差限制示例。图 2-13运行和基本误差限制计算输出误差的示例模拟量输出模块可用于 0 - 10 V 的电压输出。模块可在 30 °C的环境温度下运行，这意味着应用了操作限值。 模块的技术规范：● 电压输出的操作限值： ±0.1 %在模块额定范围内，输出误差约为±10 mV（10 V 的 ±0.1 %）。例如，在实际电压为 2.50 V 时，输出值范围可能为 2.49 V 到 2.51V。说明双极性测量范围该计算公式也适用于双极性测量范围。输入范围为 ±10 V 且线性误差为 ±0.1% 时，误差为 ±10mV。应了解模拟技术的哪些方面2.8 温度误差模拟值处理功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC 252.8温度误差简介模拟量模块所处的运行条件对于其准确性和返回的测量结果具有影响。如果模块的运行温度与环境温度 25 °C有偏差，就会产生温度误差。允许温度范围内的温度误差将计入运行误差限制。定义温度误差标识由模拟量模块的环境温度波动引起的测量/输出值的Zui大偏离。在任何环境温度下都可能出现Zui大偏差。根据使用的模块，将以每摄氏度百分比和/或每开氏温度百分比（例如±0.005%/K）的形式指定温度误差，温度误差与模拟量模块的测量范围结束值有关。补偿的操作限制仅在测量热电偶时，才会使用基准结温度的温度误差补偿功能。如果选择了“内部基准结”操作模式，那么将在实际温度误差上加上温度误差补偿。在技术规格中，温度误差补偿定义为模拟量模块实际额定范围的百分比或单位以°C的juedui值。说明计算热电偶测量中的误差通过在测量误差补偿中增加热电偶测量误差，可确定热电偶测量的总误差。在相关手册中对这些误差进行了定义。示例在本示例中，使用K 型热电偶测量温度测量的总误差。K 型热电偶的温度测量范围为 -270 °C - +1372 °C。在技术规范中 K型热电偶的操作限值为大于 -200 °C ±2.4 K。温度误差补偿约 ±6 °C。温度大于 -200 °C时，测量到的总温度误差如下所示：操作误差 (±2.4 K) + 温度误差补偿 (±6 °C) = ±8.4°C。应了解模拟技术的哪些方面2.9 干扰频率抑制模拟值处理26 功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC2.9干扰频率抑制定义模拟量输入模块使用干扰频率抑制功能，抑制由 AC 电压电源频率产生的噪声。AC电压电源频率可能会对测量值产生不利影响，尤其是在低电压范围内使用热电偶进行测量时返回的值。参数赋值可通过模块参数在 STEP 7中设置系统操作时的线路频率。图 2-14干扰频率抑制转换时间的变更取决于设定的干扰频率抑制。在各模块的数据手册中，对这种相互关系进行了定义。在选择干扰频率抑制时，请注意以下事项：设置的频率越高，转换时间越短。说明线路频率始终根据所用线路频率选择干扰频率。如果设置了偏离线路频率的频率，则期望存在不匹配误差来减少转换时间。此时，指定的技术数据，尤其是准确性可能会超出指定范围。滤波通过对模拟值滤波，可以进一步改善干扰频率抑制。有关模拟值滤波的更多信息，请参见滤波(页 54)一节。应了解模拟技术的哪些方面2.9 干扰频率抑制模拟值处理功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC27使用的线路频率线路频率是交流电源电网中使用的频率。线路频率的单位为赫兹，表示周期信号中每秒钟的振荡次数。 例如，线路频率为 50Hz 时，表示每秒钟振荡 50 次。在欧洲、澳大利亚以及亚洲和非洲的大多数国家/地区，均使用 50 Hz的线路频率。而在北美和中美以及南美洲的大多数国家/地区，电网的线路频率为 60 Hz。400 Hz的频率则常用于航空领域和军事应用中飞机的机载网络。 主要是因为线路频率为400 Hz的发动机通常都比较小比较轻。但这么高的频率在长距离传输时并不经济实用，400 Hz的应用通常会受到显著空间限制的影响。德国、奥地利和瑞士将 16 2/3 Hz 的频率用于牵引电源。SIMATIC S7产品系列的部分模块也支持此线路频率的干扰频率抑制。此时，可将干扰频率抑制组态为 16.6 Hz。应了解模拟技术的哪些方面2.10共模干扰 (UCM)模拟值处理28 功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC2.10 共模干扰(UCM)定义共模干扰是指连接电气设备和系统组件的线路中的干扰电压和电流。这些干扰会影响相同相角和振幅的正线和负线。s干扰信号需要通过其它电流路径来影响有用信号。通常由有用信号和干扰源的公共参考电位确定这种电流路径，如接地连接。模拟量模块中的共模干扰如果模拟量输入和输出模块的参考电位与所连传感器或执行器的参考电位不同，那么这些模块中将出现共模干扰。模拟量模块与接地传感器一起时，Zui有可能会发生共模干扰。整套系统较大时，意味着带有接地传感器的设备组件与模拟量模块参考电位之间可能存在电压差。这些电压差会对正负信号路径产生相同的影响，这是为什么称之为共模干扰的原因。在操作非接地传感器时，出现的共模干扰没有操作接地设备时那么明显。不过，在这种情况下电容或电感耦合也会出现电压差，同样会对共模干扰产生影响。根据接地和非接地操作中的实际情况，共模电压可以为直流电压也可以为交流电压。应了解模拟技术的哪些方面2.10共模干扰 (UCM)模拟值处理功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC 29示例下图通过带有两个输入(Ch1/Ch2) 的模拟量模块，显示了输入 (UCM1/UCM2)处耦合的干扰电压以及这些输入 (UCM3)之间的耦合干扰电压。共模抑制表示这些干扰信号的可抑制程度。 可通过以下方式进行计算：CMR [dB] = 20 · log (UCM/ Ua)图 2-15 两个输入之间耦合的共模电压如果共模电压为 UCM，则可通过求解 Ua 计算测量错误 (Ua)：说明有关共模抑制(CMR) 的详细信息，请参见模拟量模块设备手册中的技术数据“共模干扰”串模干扰(USM)定义串模干扰是反向影响连接线路的干扰电压和电流。只是它们具有与正负方向相反的极性。串模干扰电流会导致在输入阻抗上产生压降从而影响干扰电压。原因串模干扰由电容或电感耦合引起。电感耦合会在临近的载流导体间产生辐射的磁通，从而在导体间引入干扰电压。不同电路由于公共导体部分（例如，公共地连接）而相互影响时会产生电耦合。下图显示了串模干扰作为电压源(USM)，与实际测量信号 (UM) 进行串联。索引“SM”表示“串联模式”。串模抑制表示这些干扰信号的抑制程度。可通过以下方式进行计算： SMR [dB] = 20 · log (USM /Ua) 说明有关串模抑制 (SMR)的详细信息，请参见模拟量模块设备手册中的技术数据“串模干扰”技术数据中，还指定了输入电阻 (Rein)等级。干扰电压抑制定义干扰电压抑制是测量值采集中抑制干扰信号的一个因素。抑制值较高时，会降低测量信号上的干扰程度。“共模干扰”与“串模干扰”间技术数据的不同之处。干扰电压抑制的单位为分贝。示例下图显示了以伏特为单位的干扰电压测量误差和0 - 120 dB 的干扰电压抑制。如果干扰频率组态为 50 Hz，那么为共模干扰指定的干扰电压抑制将仅适用于频率50 Hz ±1%、100 Hz ±1 %、150 Hz ±1%，以此类推。所有其它频率的抗干扰性将会更低。因线路电压引起的干扰会导致测量到的有用信号按 100,000 : 1的比例改变。例如，干扰电压振幅为 1 V 时，有用信号的影响为 10 μV。共模电压 (UCM)定义了两个通道以及一个通道和模拟量接地间电位所允许的Zui大偏差。不得超过技术规范中规定的干扰电压抑制。如果超过了指定的Zui大共模电压（例如10V），模拟量信号的处理将不正确。根据所用模块的不同，可以诊断该错误并输出错误消息。输入变化或线路过长，可能导致超出Zui大共模电压。如果干扰频率组态为 50Hz，那么为串模干扰指定的干扰电压抑制将仅适用于频率50 Hz ±1 %、100 Hz ±1 %、150 Hz ±1%，以此类推。所有其它频率的抗干扰性将会更低。通常，因线路电压引起的干扰会导致测量到的有用信号按 1000 : 1的比例改变。例如，干扰电压振幅为 1 V 时，使有用信号的影响为 1mV。通道间的串扰此术语的由来术语串扰/XTZui初用于电信领域，表示两根不同用户电缆导线之间发生语音信号意外耦合。定义信号通道间的串扰表示两个独立通道由于泄漏电流和电容或电感耦合产生的交互影响。通道间的串扰会改变信号，改变量为串扰信号的幅值。原因在工艺上，不能将模块通道与环境条件完全隔离。也就是说，始终会有泄漏电流或干扰耦合产生交互影响。图2-18 两个通道间的串扰下图显示了串扰对模拟量模块上两个通道 (Ch1/Ch2) 产生的影响。 串扰值是第二通道Ua2的有用信号受第一通道 Ue1 信号影响的系数。 可通过以下方程计算测量误差 (Ua1)：应了解模拟技术的哪些方面2.13通道间的串扰模拟值处理34 功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC串扰衰减的示例在技术规格中，一个 8通道模拟量输入模块上通道 1 在 -10 V - +10 V测量范围定于的“输入之间的串扰”值大于 -100 dB。 输入电压的振幅为10 V，通道 0（测量范围 ±10 V）和通道 2（测量范围 ±80 mV）上的串扰导致的误差值是多少？100 dB 等于系数100,000。因此，通道 0 和 2 到 7 的测量值受到的影响为10 V / 100,000 = 100μV。这一变化将加到待测量信号中或从中减去，具体取决于所选的测量范围。● 通道 0： 100 μV / 10 V = 0.001 %●通道 2： 100 μV / 80 mV = 0.125 %通道 1 设置的 10 V 电压使通道 0 的测量值改变了0.001%，使通道 2 的测量值改变了0.125%。 因此，本示例中因串扰导致的测量误差分别为 0.001 % 或 0.125%。基本误差限值中已经包括了因通道间串扰产生的误差。计算测量误差在本示例中，根据通道 2 中测量电压 10 V 的改变计算通道 1的测量误差。在所用模拟量模块手册的技术规格中定义了串扰 (XT [dB]) 的值。通道 2 处测量电压 10 V 发生改变会导致通道1 出现 0.001 V 的测量偏差。应了解模拟技术的哪些方面2.14 诊断模拟值处理功能手册, 06/2014,A5E03461444-AC 352.14 诊断模拟量模块的诊断SIMATIC 模拟量模块可以诊断错误。 在 STEP 7中，可以为模拟量模块设置各种不同的诊断类型。请注意，参数分配选项随使用的模拟量模块和产品系列而不同。有关诊断类型的详细信息，请参见模拟量输入或输出模块的设备手册。要选择所用模拟量模块的诊断类型，请按以下步骤操作：1.打开 STEP 7。2. 在设备视图中选择模拟量模块。3. 选择“属性”选项卡。4.在巡视窗口中，选择模拟量模块的输入或所需通道。在系统运行过程中，可根据当前输出变量（例如，电流或电压）来诊断模拟量模块。如果输出电流或输出电压不足，则模块将无法运行可靠诊断。在每个模块的技术数据中，指定了可进行的诊断限值。该模块会通过诊断错误中断向CPU 报告诊断状态。如果有多个诊断同时暂挂，那么会将具有Zui高优先级的诊断首先报告给 CPU。 诊断会输出在受影响模块上的LED显示屏、CPU 显示屏、Web 服务器或 HMI设备上。可组态的诊断类型取决于所选的测量类型或输出类型。下表显示了模拟量输入或输出模块的诊断类型、测量类型或输出类型之间的关系。测量范围请注意，可以进行参数设置的诊断类型取决于选定的测量/输出类型以及各自的测量范围。说明Zui小输出值低于指定电流或电压值时，无法诊断诸如断路和短路等错误。只有在输出高于Zui小值时，才可以重新进行诊断。电源电压L+ 缺失可以通过选中“电源电压 L+ 缺失”复选框，对模拟量模块的电源电压L+缺失或较低情况进行诊断。如果电源电压缺失或过低，则模拟量模块上的状态和错误指示灯将显示相关信息。诊断缓冲区中的条目还将此信息传递给 CPU。如果电源电压缺失，则也无法进行其它类型的诊断。应了解模拟技术的哪些方面2.14诊断模拟值处理42 功能手册, 06/2014,A5E03461444-AC断路断路表示由通常关闭的电路中断触发的故障状态。模拟量输入模块断路“断路”诊断功能便于检测系统运行期间的错误。在STEP 7 中可以通过设置不同参数来定义模块属性。例如，根据所用模块，设置报告断路的电流限值参数。图 2-19 在 STEP 7中组态模拟量输入模块的断路电流限值通常，采用带电零点技术检测断路。 4 到 20 mA标准带电零点信号的测量范围的起始值为 4 mA信号值。因此，可根据电流缺失情况检测输入和传感器之间是否发生断路。除了当前信号之外，还可以使用电压信号 1 到 5 V进行断路检测。因此，“断路”诊断功能的范围只能组态为 4 到 20 mA 或 1 到 5V。在测量“电阻”、“热电阻”和“热电偶”时，电流将传输到线路中。如果发生断路，则电流流动中断，模拟量模块因此将检测到发生断路。模拟量输出模块断路模拟量信号输出可用于进行断路检测。如果电压过低，则无法进行可靠的断路诊断。在这种情况下，诊断功能被禁用，并且不触发诊断状态的更改。有关模块断路诊断的电流上限值，请参见模块的技术数据。应了解模拟技术的哪些方面2.14诊断模拟值处理功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC43上溢/下溢模拟量输入模块的测量范围的精度可分为额定范围、超出范围或低于范围，以及上溢或下溢。下表列出了将测量信号分为不同电压测量范围的增量数值。从十进制值 32512起，采集到的值超出范围上限，并且不再有效。发生这种情况时，将诊断错误状态“上溢”。 超出范围是达到上溢之前的容差范围。从十进制数-32513 开始，采集的值低于所组态的测量范围，不再有效。发生这种情况时，将诊断错误状态“下溢”。低于范围与超出范围相同，只是值为负值。例如，断路、测量范围错误或接线错误可能导致“上溢”或“下溢”诊断。说明jingque度只有在额定范围内，相关模块的技术数据中所指定的jingque度才能得以保障。共模错误激活“共模”复选框，可诊断是否超出Zui大电位差UCM。 超出了测量输入和模拟地 MANA参考点间的允许电位差 UCM。可能的原因：● 接线错误● 环境中存在 EMC 干扰●变送器错误接地● 线路长度过长● 未连接传感器● 2 线制变送器连接到 MANA说明使用 4线制变送器时，串联连接的电流表将导致电压降幅过大。电位差 UCM超出有效限值，可能产生测量误差和故障。如果要确保不超出Zui大值，则需使用等电位连接电缆将测量输入与模拟量接地 MANA进行互连。更多详细信息，请参见“连接变送器”。短路选中“短路”复选框，将激活模拟量通道的短路诊断。并通过通道过载触发该诊断功能。可能的原因：● 接线错误（如，连接处或电缆间导线短路）●使用了故障或错误的执行器（如，因执行器故障导致内部短路或输入电阻过低）模拟量信号输出可用于进行短路检测。如果电压过低，将无法进行可靠的短路诊断。在这种情况下，诊断功能被禁用，并且不触发诊断状态的更改。有关模块短路诊断的电压上限值，请参见模块的技术数据。SIMATIC模块有一个特殊的保护电路，可防止发生短路。模块内部对短路电流进行限制。并在模拟量模块的技术数据中指定了短路电流的级别。说明过载请注意，模块超载会导致其热负载更高。这会影响以下输出通道。因此，应避免让模拟量输出模块持续运行在过载状态下。应了解模拟技术的哪些方面2.14 诊断模拟值处理功能手册,06/2014, A5E03461444-AC45基准结模拟量输入模块进行“热电偶”测量时，只能选择这种诊断方式。选择“基准结”复选框，诊断参考通道上的基准结温度的补偿错误。使用外部热敏电阻(RTD)在模块的参考通道中测量热电偶的基准结温度。如果出错（如，断路导致的错误），那么将不再补偿热电偶基准结处测得的温度。参考温度可能超出有效范围。有关连接热电偶和热敏电阻及其操作原理的更多信息，请参见“热电偶”和“接线变送器”。过载选中“过载”复选框激活输出级别的热监视诊断。当通道逐个检测到输出模块超过Zui高温度时，将会触发“过载”诊断。由于以下原因，可能导致超过Zui高温度：●环境温度过高● 输出模块的运行温度超出规范。说明过载请注意，过载表示模块出现较高的热负载。这会影响以下输出通道。因此，应避免让模拟量输出模块持续运行在过载状态下。应了解模拟技术的哪些方面2.15 值状态模拟值处理46功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC2.15 值状态值状态如果模拟值错误，则模拟量模块将对受影响的通道输出错误值0x7FFF（上溢和其它所有错误状态的错误值）或0x8000（下溢的错误值）。这样，用户程序就可以对通道错误进行检测和评估。用户还可以选择通过诊断报警评估系统诊断是否为事件驱动型。除了错误值0x7FFF 或 0x8000 以及组态的诊断类型外，模拟量输入和输出模块还可通过过程映像输入 (PII)提供诊断信息。这些信息称之为值状态，并随用户数据同步传送。 值状态（质量信息 = QI）提供关于输入信号有效性的声明。质量等级级为“良好”（信号有效 = 1）和“不良”（信号无效 = 0）。说明对于模拟量输入模块，可以使用值状态代替错误值 0x7FFF或 0x8000 对通道进行评估。与错误值相比，在用户程序中值状态（0 或1）的二进制评估更为简单清晰。对于模拟量输出模块，值状态指示写入的值是否可由对应的通道输出。使用值状态，无需评估第一个模块的诊断就可以响应此信息。应了解模拟技术的哪些方面2.15值状态模拟值处理功能手册, 06/2014, A5E03461444-AC47示例启用模拟量输入模块的值状态要启用模拟量输入模块的值状态，请按以下步骤操作：● 在 STEP 7 中选择所需的模拟量模块。●在模拟量模块的“属性”选项卡中，选择“AI 组态”。● 单击“值状态”按钮。图 2-20 在 STEP 7中启用值状态应了解模拟技术的哪些方面2.15 值状态模拟值处理48 功能手册, 06/2014,A5E03461444-AC如果启用了值状态，则将占用各模块输入地址空间中的另外 1个字节。该字节中的每个位都将分配给一个通道并提供相应的信息。例如，用户程序所指定的输出值是否确实在模块终端队列中（0 表示值无效，1表示值有效）。出错如果模拟量输入模块发生断路，则将在过程映像中输入当前信号状态同时将信号的值状态设置为“无效”。如果要在出错时触发指示灯，则可评估用户程序中的值状态。诊断报警和值状态如果借助于 GSD文件在第三方产品中组态模拟量模块，并且诊断报警未评估为事件驱动型，那么zuihao使用值状态。说明值状态表示仅向用户提供“良好”或“不良”信息的组诊断。值状态不适用于提供较为具体的错误原因（例如，编码器电缆断路、短路或负载电压故障）。模拟量模块的转换时间基本转换时间和模拟量输入通道的转换时间基本转换时间是单通道转换模拟值所需的Zui短时间。实际转换时间则包括基本转换时间和所用模拟量输入模块的转换时间：●测量电阻的处理时间● 断路监视的处理时间● 上溢/下溢监视的处理时间● 检查共模误差的处理时间示例本示例显示了电阻的测量范围为6000 Ω、所组态的集成时间为 20 ms并激活了断路监视功能的模拟量输入模块的通道6。该通道的转换时间为下列测量变量总和：模拟量输出通道的转换时间输出通道的转换时间从模块内部存储器传输数字值开始，到进行数模转换时结束。转换时间不包括模块端子处模拟量信号的设置时间。有关稳定时间的详细信息，请参见“模拟量输出模块的稳定和响应时间(页52)”。说明诊断与转换时间的关系虽然部分诊断与转换并行运行并且不延长转换时间，但其它诊断类型会导致转换时间延长，如上例所示。高速模拟量模块的转换时间高速模拟量模块（HS模块）设计用于更快地进行信号处理。HS 模块提供的诊断和测量类型少于标准模块（ST 模块）。有关 HS模块的更多信息，请参见章节“高速模拟量模块 (页 113)”。