可编程序控制器原理及应用 吉顺平第08章

1、第8章 西门子PLC模拟量控制,2,2019/5/18,本章的主要内容,8.1 模拟量输入/输出概述 8.2 S7-200 PLC的模拟量控制指令及编程 8.3 S7-300 PLC的模拟量控制指令及编程,3,2019/5/18,8.1.1 PLC模拟量控制的原理,在自动化生产现场，存在着大量的模拟量，如压力、温度、流量、转速和浓度等，这些物理量是连续变化的数值，而PLC作为数字控制器不能直接处理物理量。因此，必须对这些物理量进行处理，将其转化为标准的电流或电压信号，并将它们转化成PLC的CPU能够处理的数据，这就是模/数（A/D）转换。 另外，很多执行器需要接收模拟量作为执行器的输入信号，所以，PLC处理过的数据有时还需要进行数/模（D/A）转换，用模拟信号（如电压、电流）来驱动执行器动作，从而达到控制物理量的目的。,4,2019/5/18,8.1.1 PLC模拟量控制的原理,PLC对模拟量的处理，是通过模拟量模块或模拟量接口完成。PLC对模拟量的处理不需要考虑电路的设计等底层问题，而是对装置的正确使用。模拟量模块实现了标准的电信号（010V或020mA等）与PLC中的整数的映射。这

2、种映射关系在经过组态和设置后就会一直存在。这是一种线性映射，是由模拟量模块的制造者来保证的。,5,2019/5/18,8.1.1 PLC模拟量控制的原理,例如，一路模拟量输入信号，范围为010V，用户经设置后将它与数字量的027 648相映射，若需要知道当前的模拟量的大小，用户直接读PLC的特定存储器空间（S7-200为AIW，而S7-300/400为PIW），若读的数据是13 824（27 648的一半），则表示电压为5V（10V的一半）。A/D转换无须用户去干预。 再如，一路模拟量输出信号需要控制，范围为010V，用户经设置后将它与数字量的027 648相映射。用户直接将数据写到PLC的特定存储器空间（S7-200为AQW，而S7-300/400为PQW），若写的数据是13 824（27 648的一半），则表示输出的电压为5V（10V的一半）。D/A转换也无须用户去干预。,6,2019/5/18,8.1.1 PLC模拟量控制的原理,图8-1 模拟量与数字量的对应关系,7,2019/5/18,8.1.2 西门子模拟量控制概述,西门子 S7-200系列的模拟量模块主要有EM231模拟量

3、输入模块、EM232模拟量输出模块、EM235模拟量混合模块、EM231热电偶模块和EM231热电阻模块。可以根据实际情况来选择合适的转换模块。 S7-200 PLC的模拟量模块可以处理各种标准模拟量信号，当信号不同时通过模块上的设置开关进行设置。对应的数字量的数据范围也可以由用户自己设定。,8,2019/5/18,8.1.2 西门子模拟量控制概述,西门子S7-300系列的模拟量模块主要有SM331、SM332和SM334。其中，SM331是仅具有模拟量输入通道的模块，该模块可以连接电压/电流传感器、热电偶、热电阻和电阻式温度计。SM332仅带有模拟量输出通道，可以与执行器直接相连。而SM334既有模拟量输入通道，又有模拟量输出通道，该模块使用起来比较简单。 S7-300 PLC的模拟量模块也可以处理各种标准模拟量信号，当信号不同时，通过硬件组态进行设置。对应的数字量的数据范围只能是027 648（单极性）或-27 64827 648（双极性），“27 648”只是一个稍小于32 767的数据，西门子已经确定使用它作为最大的数字量，这是已经规定好的。,9,2019/5/18,本章的主要

4、内容,8.1 模拟量输入/输出概述 8.2 S7-200 PLC的模拟量控制指令及编程 8.3 S7-300 PLC的模拟量控制指令及编程,10,2019/5/18,8.2.1 模块简介,根据不同的输入信号，EM231、EM232和EM235模拟量模块可以细分成电压电流型、热电偶型和热电阻型，这些可以从其订货号上加以区分。模拟量模块的订货号如表8-1所示。,表8-1 模拟量模块的订货号,11,2019/5/18,8.2.1 模块简介,1. EM231和EM235模拟量输入模块,图8-2 EM231和EM235模拟量输入模块的外形图,12,2019/5/18,8.2.1 模块简介,从图8-2中可以看出，模块的上面部分是输入接线端子，下面部分有输出接线端子、增益旋钮和配置开关。模块的面板右边还标注了该模块的型号、通道数、分辨率以及订货号 等。 EM231和EM235模拟量输入模块的一些重要参数和说明如表8-2所示，其中包括用户在选型时最关心的量程、输入/输出电压范围和A/D转换时间等参数。,13,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-2 模拟量输入扩展模块的重要参数及说明,14,

5、2019/5/18,8.2.1 模块简介,2. EM232和EM235模拟量输出模块,表8-3 模拟量输入扩展模块的重要参数及说明,15,2019/5/18,8.2.1 模块简介,3 EM231热电偶和热电阻（RTD）模块,EM231热电偶模块为S7-200系列产品提供了7种连接和使用方便且带隔离的接口，接口类型有J、K、E、N、S、T和R。它可以使S7-200能连接低电平模拟信号，测量范围为80mV。所有连接到该模块的热电偶都必须是同一类型的。,EM231热电阻模块为S7-200连接各种型号的热电阻提供了方便的接口，它允许S7-200测量不同的电阻范围，连接到模块的热电阻必须是相同的类型。,16,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-4中所列出的技术规范为选型提供了依据。根据该表，在选型时应该注意使用时的隔离事项、输入类型、分辨率、导线长度的设定、数据格式、冷端补偿等。只有严格地遵守这些规范，才能在使用中尽量排除干扰所造成的不必要的麻烦，加快设计周期。,表8-4 EM231热电偶和热电阻（RTD）模块的技术规范,17,2019/5/18,8.2.1 模块简介,图8-3 EM

6、231热电偶模块的接线图,18,2019/5/18,8.2.1 模块简介,为了达到最大的精度和重复性，西门子公司建议，S7-200 RTD和热电偶模块要安装在环境温度稳定的地方。 对没有使用的热电偶输入，则短接未使用的通道，或者将其并联到其他通道上，这样可以有效地抑制噪声。,在使用热电偶模块前，必须了解并能够正确地配置位于模块底部的DIP开关。通过一定设置可以选择热电偶模块的类型、断线检测、温度范围和冷端补偿。要使DIP开关设置起作用，需要循环地给PLC或用户的24V电源上电。,19,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-5 EM231热电偶模块DIP开关的设置,20,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-5 EM231热电偶模块DIP开关的设置,21,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-6 EM231 RTD类型选择 （1）,22,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-6 EM231 RTD类型选择（2）,23,2019/5/18,8.2.1 模块简介,表8-7 EM231 RTD模块其他DIP设置,24,2019/5/18,8.2.2 模块

7、的使用,本小节以EM231和EM235模块为例来具体说明S7-200系列模拟量的使用,1. EM231模拟量输入模块的使用,图 8-5 模拟量模块接线,25,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,说明： （1）可以单独接入电压信号或者电流信号，也可以同时接入电压和电流信号。,对于未用的输入通道应该用导线短接。图中的RA、RB、RC、RD分别与各通道的“-”端在模块内部接了一个250的电阻（不需另接）。,（2）通过表8-8设置DIP开关来配置EM231,26,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,表8-8 EM231模拟量输入模块配置,其中： SW1规定了输入信号的极性：ON配置模块按单极性转换；OFF配置模块按双极性转换。 SW2和SW3的设置分别配置了模块的不同量程和分辨率。,27,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,（3）输入信号校准，其步骤如下, 切断模块电源。选择需要的输入范围。 接通CPU和模块电源。使模块稳定15min。 送一个变送器、一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。 读取适当的输入通道在CPU中的测量值。 调节OFFSET（偏置）电位

8、器，直到读数为零，或所需的数字数据值。 将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，并在程序中读出该值。 调节GAIN（增益）电位器，直到读数为32000，或所需要的数字数据值。 必要时，重复偏置和增益校准过程。,28,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,2. EM235模拟量输入模块的使用举例,例8.1 有一水箱的容积是600L，当水量达到500L的时候，进水泵停止进水，当水位低于50L的时候，进水泵重新起动进水。水位的模拟信号通过压力传感器测量得到。试编写程序实现。,（1）硬件安装。将EM235安装到导轨上，通过总线接到CPU22X上，这里要特别注意的是不同型号的CPU带负载能力不同，应该将EM235安装到合适的位置。 （2）模块配置。EM235同样需要设置DIP开关来进行配置工作方式，如表8-9所示。 SW6为ON表示输入信号为单极性，OFF为双极性。SW4、SW5规定了增益，SW1、SW2、SW3规定了衰减。 这里选择单极性05V的满量程输入。通过查表8-9，正确配置DIP开关,实现步骤：,29,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,（3）按照图8-5b所示正确接线，

9、未用通道同样用导线短接。, 将05V电源的两个线接RA的A+和A-端，未用的通道短接。 准备一块万用表，用于测量输出端的电压变化情况。,（4）校准的方法和步骤可以参照EM231的输入校准。 （5）程序编写如图8-6所示。,（1）为了使参与计算的数据更有实际意义，在网络3中对模拟量数据进行了归一化，因为AI转换的数据范围是027 648（单极性）。在自动控制系统中（如PID控制），控制器一般都是对设定值和过程值的差值进行计算，设定值可以是实际的物理值，也可以是没有单位的比例值（如0100%），所以过程值必须归一化，使该值与设定值具有同等的意义。,注意：,30,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,表8-10 模拟量模块转换通道与CPU的接口,（2）为了能够准确地读取和输出模拟转换结果，设计者应该清楚每个转换通道与CPU内存的接口地址。模拟量模块转换通道与CPU的接口如表8-10所示。,31,2019/5/18,8.2.2 模块的使用,图8-6 水泵水位的控制程序,32,2019/5/18,本章的主要内容,8.1 模拟量输入/输出概述 8.2 S7-200 PLC的模拟量控制指令及编程 8.3 S7-300 PLC的模拟量控制指令及编程,33,2019/5/18,8.3.1 模块简介,SM331、SM332和SM334是S7-300 PLC处理模拟量信号的前向通道和后向通道。其中，SM331仅具有模拟量输入通道，该模块可以连接电压/电流传感器、热电偶、热电阻和电阻式温度计。SM332仅带有模拟量输出通道，可以与执行器直接相连。 SM332与SM331模块背面还有量程盒，用户在使用的时候应该根据实际情况选择传感器的类型、量程，以及能够正确地接线。而SM334既有模拟量输入通道，又有模拟量输出通道，不需要设置量程盒，该模块使用起来比较简单。,34,2019/5/18,8.3.1 模块简介,1. SM331模拟量模块,图8-7 SM331的量程盒设定,35,2019/5/18,8.3.1 模块简介,1号框内给出了4种测量信号的范围，分别如下。 A：+/-

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