基于S7-200PLC 模擬量擴(kuò)展模塊使用問(wèn)題的研究

孫 建

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

1 S7-200 PLC模擬量擴(kuò)展模塊說(shuō)明

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

1.1 EM 231模擬量輸入擴(kuò)展模塊，4輸入；

1.2 EM 231模擬量輸入擴(kuò)展模塊，8輸入；

1.3 EM 232模擬量輸出擴(kuò)展模塊，2輸出；

1.4 EM 232模擬量輸出擴(kuò)展模塊，4輸出；

1.5 EM 235模擬量組合擴(kuò)展模塊，4輸入/1輸出。

2 S7-200 PLC模擬量擴(kuò)展模塊在使用中的問(wèn)題分析

2.1 S7-200 PLC模擬量模塊尋址

每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊，按擴(kuò)展模塊的先后順序進(jìn)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(gè)字長(zhǎng)，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開(kāi)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(gè)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(gè)模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個(gè)通道，即使第一個(gè)模塊只有一個(gè)輸出AQW0(如EM235只有一個(gè)模擬量輸出)，第二個(gè)模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開(kāi)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(xiàng)

模擬量輸入模塊可以通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置為不同的測(cè)量方式（電流電壓）。模塊開(kāi)關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模塊，一個(gè)模塊只能設(shè)置為一種測(cè)量范圍；而且開(kāi)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(shí)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(kāi)關(guān)來(lái)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(kāi)關(guān)表

EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)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(kuò)展模塊的接線方法如圖1所示，對(duì)于電壓信號(hào)，按正、負(fù)極直接接入X＋和X－；對(duì)于電流信號(hào)，將RX和X＋短接后接入電流輸入信號(hào)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(hào)負(fù)端連接，未連接傳感器的通道要短接。當(dāng)模擬量輸入PLC接收到一個(gè)變動(dòng)很大的不穩(wěn)定的值時(shí)，原因之一可能是使用了一個(gè)自供電或隔離的傳感器電源，兩個(gè)電源沒(méi)有彼此連接，所以由此產(chǎn)生了一個(gè)很高的上下振動(dòng)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(zhǎng)或絕緣不好。解決方法是：連接傳感器輸入的負(fù)端與模塊上的公共M端以補(bǔ)償此種波動(dòng)。（注意:事前要確定這是兩個(gè)電源間的唯一連接。如果另外一個(gè)連接已經(jīng)存在了，當(dāng)再添加公共連接時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)多余的補(bǔ)償電流。）

圖1 EM235模擬量擴(kuò)展模塊端子圖

當(dāng)出現(xiàn)模擬量輸入PLC接收到信號(hào)變化很慢，這可能是你使用了濾波器，可以通過(guò)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(zhǔn)問(wèn)題

模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其實(shí)出廠前已經(jīng)進(jìn)行了輸入校準(zhǔn)，如果OFFSET和GAIN電位器已被重新調(diào)整，需要重新進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。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(gè)變送器，一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。

3.4 讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測(cè)量值。

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

3.6 將一個(gè)滿刻度值信號(hào)接到輸入端子中的一個(gè)，讀出送到CPU的值。

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

3.8 必要時(shí)，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過(guò)程。

4 模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換問(wèn)題

假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)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(jì)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(gè)實(shí)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(duì)應(yīng)，則當(dāng)AIW0的值為12800時(shí)，相應(yīng)的模擬電信號(hào)是 6400×16／25600＋4＝8mA。

又如，某溫度傳感器，檢測(cè)范圍是－10—60℃，與4—20mA相對(duì)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(lái)比較困難，但結(jié)合所舉例子，理解就會(huì)容易得多了。為了說(shuō)清這個(gè)問(wèn)題，再舉一個(gè)例子：

某壓力變送器，當(dāng)壓力達(dá)到滿量程5MPa時(shí)，壓力變送器的輸出電流是20mA，AIW0的數(shù)值是32000。可見(jiàn)，每毫安對(duì)應(yīng)的A/D值為32000/20，測(cè)得當(dāng)壓力為0.1MPa時(shí)，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(shí)際壓力值 （單位為KPa）的計(jì)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(jī)床電氣控制與PLC.國(guó)防工業(yè)出版社.

［2］西門子公司.s7-200硬件手冊(cè).

［3］西門子公司.s7-200中文選型手冊(cè).