摘要
工业自动化控制领域涉及大量的测量、控制和处理工作，其中开关量、数字量、模拟量、离散量、脉冲量等概念是基础知识。本文将对这些概念进行详细解释，并探讨它们之间的区别和联系，以帮助读者更好地理解工业自动化控制系统的运作原理。
1. 概念定义
1.1 开关量
开关量描述的是触点的“开”与“关”状态，常见于计算机设备中，用“0”或“1”来表示这两种状态。开关量又进一步细分为有源开关量信号和无源开关量信号。
- 有源开关量信号: 在“开”与“关”状态下带有电源的信号，也被称为跃阶信号，它在某些情况下与脉冲量相似，常见的信号电压有220VAC、110VAC、24VDC、12VDC等。
- 无源开关量信号: 在“开”和“关”状态时则不带电源，常被称为干接点。通过电阻测试法，无源开关量信号会呈现为电阻值为0或无穷大的状态。
1.2 数字量
数字量是在时间和数量上均呈现离散特性的物理量，其表达形式为数字信号。数字量是由0和1构成的，通过编码可以形成具有规律性的信号。实际上，量化后的模拟量就是数字量，它们之间的转换使得数字量在工业控制中扮演着至关重要的角色。
1.3 模拟量
与数字量相对，模拟量在时间和数量上均表现为连续的物理量，其表达形式为模拟信号。模拟量在连续的变化过程中，每一个取值都具有具体的物理意义，如温度、电压、电流等。虽然模拟量本身具有连续性，但在实际应用中，我们常常需要对其进行量化处理，从而转化为数字量以便于计算机处理。
1.4 离散量
离散量是通过对模拟量进行离散化处理而得到的物理量。由于任何仪器设备在表示模拟量时都会存在一定的误差，因此无法完全精确地表示模拟量的实际值。这些设备通常具有一个采样周期，在该周期内，其物理量的数值保持不变，而实际的模拟量则在不断变化。这种将模拟量离散化的过程就形成了离散量，使得我们能够更方便地对其进行处理和分析。
1.5 脉冲量
脉冲量描述的是瞬间电压或电流从某一值快速跃变到另一值的信号量。在量化过程中，如果脉冲量的变化呈现出有规律的序列，则可以被视为数字量。而当脉冲量从0跃变到某一固定值并保持不变时，它就等同于开关量。
2. 概念之间的区别和联系
2.1 模拟量与数字量
模拟量与数字量是工业自动化控制领域中两种最常见的数据类型。模拟量代表了连续变化的物理量，而数字量则代表了离散的、可计数的物理量。
模拟量与数字量的区别:
- 连续性: 模拟量是连续的，而数字量是离散的。
- 精度: 模拟量具有无限的精度，而数字量具有有限的精度。
- 处理方式: 模拟量需要经过量化处理才能被计算机识别和处理，而数字量可以直接被计算机识别和处理。
模拟量与数字量的联系:
- 模拟量可以通过量化转换为数字量。
- 数字量可以通过模拟量转换器转换为模拟量。
2.2 开关量、数字量与脉冲量
开关量、数字量和脉冲量都是数字信号，它们之间存在着一定的联系和区别。
开关量、数字量与脉冲量的联系:
- 三者都是数字信号，可以用“0”和“1”来表示。
- 三者都可以通过编码形成具有规律性的信号。
开关量、数字量与脉冲量的区别:
- 开关量只有两种状态，即“开”和“关”。
- 数字量可以有无限多种状态，但实际应用中通常只使用有限种状态。
- 脉冲量是一种特殊的数字量，它具有脉冲宽度、脉冲周期等特性。
3. 实际应用
在工业自动化控制系统中，开关量、数字量、模拟量、离散量和脉冲量等概念被广泛应用于各种测量、控制和处理环节。
- 开关量应用于检测对象的运动状态、位置状态、工作状态等，例如行程开关、限位开关、液位开关、压力开关等。
- 数字量应用于计数、排序、测速、定位等，例如光电编码器、脉冲传感器、霍尔传感器等。
- 模拟量应用于测量温度、压力、流量、液位等，例如温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。
- 离散量应用于控制对象的运动速度、位置精度、温度精度等，例如PID控制器、变频器、伺服电机等。
- 脉冲量应用于测速、计数、定位等，例如脉冲发生器、脉冲计数器等。
4. 总结
开关量、数字量、模拟量、离散量和脉冲量等概念是工业自动化控制领域的基础知识，理解这些概念对于理解和设计工业自动化控制系统至关重要。
附录
- 术语表
- 开关量: 描述触点的“开”与“关”状态的物理量。
- 数字量: 在时间和数量上均呈现离散特性的物理量。
- 模拟量: 在时间和数量上均表现为连续的物理量。
- 离散量: 通过对模拟量进行离散化处理而得到的物理量。
- 脉冲量: 描述的是瞬间电压或电流从某一值快速跃变到另一值的信号量。
- 常见问题解答
- 问: 模拟量和数字量有什么区别？
- 问: 开关量、数字量和脉冲量有什么区别？
- 问: 这些概念在实际应用中有什么例子？
