基于S7-200PLC 模擬量擴展模塊使用問題的研究

孫 建

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中國 重慶 400037）

1 S7-200 PLC模擬量擴展模塊說明

西門子S7-200 PLC模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，解決了自動控制系統(tǒng)中模擬量的處理問題?，F(xiàn)有產(chǎn)品類型有以下幾種：

1.1 EM 231模擬量輸入擴展模塊，4輸入；

1.2 EM 231模擬量輸入擴展模塊，8輸入；

1.3 EM 232模擬量輸出擴展模塊，2輸出；

1.4 EM 232模擬量輸出擴展模塊，4輸出；

1.5 EM 235模擬量組合擴展模塊，4輸入/1輸出。

2 S7-200 PLC模擬量擴展模塊在使用中的問題分析

2.1 S7-200 PLC模擬量模塊尋址

每個模擬量擴展模塊，按擴展模塊的先后順序進行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始，精度為12位；模擬量值為0-32000的數(shù)值。 輸入格式:AIW[起始字節(jié)地址]，如 AIW0，輸出格式:AQW[起始字節(jié)地址]，如AQW0。每個模擬量輸入模塊，按模塊的先后順序地址為固定的，順序向后排。 例:AIW0、AIW2、AIW4……，AQW0、AQW2、AQW4……

每個模擬量擴展模塊至少占兩個通道，即使第一個模塊只有一個輸出AQW0(如EM235只有一個模擬量輸出)，第二個模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開始尋址，以此類推。

2.2 傳感器連接到S7-200模擬量輸入模塊的注意事項

模擬量輸入模塊可以通過撥碼開關(guān)設(shè)置為不同的測量方式（電流電壓）。模塊開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個模塊，一個模塊只能設(shè)置為一種測量范圍；而且開關(guān)設(shè)置只有在重新上電后才能生效。只能將輸入端同時設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。表1是使用撥碼開關(guān)來配置模擬量模塊EM235。

表1 用于選擇模擬量量程和精度的EM235配置開關(guān)表

EM235是最常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235模擬量擴展模塊的接線方法如圖1所示，對于電壓信號，按正、負極直接接入X＋和X－；對于電流信號，將RX和X＋短接后接入電流輸入信號的“＋”端；未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。

注意:為避免共模電壓，須將M端與所有信號負端連接，未連接傳感器的通道要短接。當模擬量輸入PLC接收到一個變動很大的不穩(wěn)定的值時，原因之一可能是使用了一個自供電或隔離的傳感器電源，兩個電源沒有彼此連接，所以由此產(chǎn)生了一個很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值。原因之二可能是模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好。解決方法是：連接傳感器輸入的負端與模塊上的公共M端以補償此種波動。（注意:事前要確定這是兩個電源間的唯一連接。如果另外一個連接已經(jīng)存在了，當再添加公共連接時可能會產(chǎn)生一個多余的補償電流。）

圖1 EM235模擬量擴展模塊端子圖

當出現(xiàn)模擬量輸入PLC接收到信號變化很慢，這可能是你使用了濾波器，可以通過降低濾波采樣數(shù)，或取消模擬量濾波方式解決。

3 關(guān)于模擬量輸入模塊校準問題

模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進行輸入校準。其實出廠前已經(jīng)進行了輸入校準，如果OFFSET和GAIN電位器已被重新調(diào)整，需要重新進行輸入校準。其步驟如下：

3.1 切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。

3.2 接通CPU和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15分鐘。

3.3 用一個變送器，一個電壓源或一個電流源，將零值信號加到一個輸入端。

3.4 讀取適當?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測量值。

3.5 調(diào)節(jié) OFFSET（偏置）電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。

3.6 將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到CPU的值。

3.7 調(diào)節(jié)GAIN（增益）電位計，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。

3.8 必要時，重復(fù)偏置和增益校準過程。

4 模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換問題

假設(shè)模擬量的標準電信號是A0—Am（如：4—20mA），A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為D0—Dm（如：6400—32000），設(shè)模擬量的標準電信號是A，A/D轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系A(chǔ)＝f（D）可以表示為數(shù)學(xué)方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)D值計算出A值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系D＝f（A）可以表示為數(shù)學(xué)方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

具體舉一個實例，以S7-200和4—20mA為例，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，我們得到的數(shù)值是 6400—32000，即 A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：

A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4

假設(shè)該模擬量與AIW0對應(yīng)，則當AIW0的值為12800時，相應(yīng)的模擬電信號是 6400×16／25600＋4＝8mA。

又如，某溫度傳感器，檢測范圍是－10—60℃，與4—20mA相對應(yīng)，以T表示溫度值，AIW0為PLC模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出：

T=70×（AIW0－6400）／25600－10

可以用T直接顯示溫度值。

模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換理解起來比較困難，但結(jié)合所舉例子，理解就會容易得多了。為了說清這個問題，再舉一個例子：

某壓力變送器，當壓力達到滿量程5MPa時，壓力變送器的輸出電流是20mA，AIW0的數(shù)值是32000。可見，每毫安對應(yīng)的A/D值為32000/20，測得當壓力為0.1MPa時，壓力變送器的電流應(yīng)為 4mA，A/D 值為（32000/20）×4＝6400。由此得出，AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實際壓力值 （單位為KPa）的計算公式為：

VW0 的值＝(AIW0 的值－6400)(5000－100)/(32000－6400)＋100（單位：kPa）。

［1］劉芬,等,主編.機床電氣控制與PLC.國防工業(yè)出版社.

［2］西門子公司.s7-200硬件手冊.

［3］西門子公司.s7-200中文選型手冊.