每周一个编程小例子：线性插值法线性化传感器

By jzgkchina

August 1, 2026

引言

在工业自动化中，传感器的原始模拟信号往往需要转换为有意义的工程值，以便进行进一步的处理和分析。为了确保这些转换是准确的，我们使用线性插值方法来实现这一点。本文将深入探讨 PLC 功能块FB_AnalogLinearization，该功能块用于将原始 AD（模数转换）值线性化为工程值，确保测量结果的精确性和可靠性。

程序代码及介绍

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK FB_AnalogLinearization
VAR_INPUT    
    RawValue : INT;        // 原始AD值    
    Points : ARRAY[1..5] OF POINT; // 线性化点    
    PointCount : INT := 5; // 点数
END_VAR
VAR_OUTPUT    
    EngValue : REAL;       // 工程值    
    i : INT;    
    Ratio : INT;
END_VAR
// 线性插值
FOR i := 1 TO PointCount-1 DO    
    IF (RawValue >= Points[i].Raw) AND (RawValue <= Points[i+1].Raw) THEN        
        // 线性插值计算        
        Ratio := (RawValue - Points[i].Raw) / (Points[i+1].Raw - Points[i].Raw);        
        EngValue := Points[i].Eng + Ratio * (Points[i+1].Eng - Points[i].Eng);        
        EXIT;    
    END_IF
END_FOR
// 如果超出范围，使用最近的点
IF RawValue < Points[1].Raw THEN    
    EngValue := Points[1].Eng;
ELSIF RawValue > Points[PointCount].Raw THEN    
    EngValue := Points[PointCount].Eng;
END_IF

功能解析

输入变量：

RawValue：用于接收来自传感器的原始模拟值，类型为整数（INT）。
Points：一个包含线性化点的数组，每个点由原始值和对应的工程值组成，最多可包含 5 个点。
PointCount：指定有效的线性化点数量，默认为 5。

输出变量：

EngValue：经过线性化后的工程值，类型为实数（REAL）。
i：循环计数器，用于遍历线性化点。
Ratio：用于计算插值比率，类型为整数（INT）。

代码逻辑详解：

线性插值计算：

使用FOR循环遍历所有线性化点，从第一个点到倒数第二个点。

检查原始值RawValue是否在当前点和下一个点之间。如果在这个范围内，利用线性插值公式计算工程值：

一旦计算出工程值，使用EXIT退出循环，避免不必要的计算。

范围检查：

如果RawValue小于第一个线性化点的原始值，则将EngValue设置为第一个点的工程值。

如果RawValue大于最后一个线性化点的原始值，则将EngValue设置为最后一个点的工程值。

应用场景

功能块的应用场景非常广泛，包括但不限于：

温度传感器：对于热电偶和热敏电阻等设备，原始 AD 值需要通过线性化转换为实际温度值，以进行精确控制和监测。

压力传感器：在压力测量中，传感器输出的原始信号需线性化为压力单位（如巴、帕斯卡），以供系统实时反馈和调整。

流量计：在流体测量系统中，将流量传感器的 AD 值线性化为实际流量值，以帮助实现流量监控和控制。

液位传感器：在液位测量中，通过线性化原始信号，使得液位读数更为准确，确保安全和效率。

拓展思考

随着工业 4.0 和物联网技术的发展，数据采集和转换的需求日益增加。未来的线性化功能块可能会考虑以下几个方向：

动态点数：允许用户根据实际需求灵活定义线性化点的数量，而不仅限于固定数量，这样可以适应更复杂的非线性响应。

非线性插值算法：探索其他插值算法（如多项式插值或样条插值），提高信号转换的精度，尤其是在存在较大非线性特性的应用中。

自学习能力：结合机器学习算法，根据历史数据自动调整线性化点，提高系统的适应性和准确性。

总结

本文详细介绍了 PLC 功能块FB_AnalogLinearization的设计与实现，重点分析了其输入输出结构、线性插值过程及应用场景。通过有效地将原始 AD 值线性化为工程值，该功能块为工业自动化中的测量提供了可靠的解决方案。随着技术的进步，线性化技术将在更多领域发挥重要作用，推动自动化系统向更高的精度和智能化发展。

你来出题我来答

欢迎大家在评论区提一些标准功能块的需求，如果合适，我们会在以后的文章中与大家分享。

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