基于S7-200PLC 模拟量扩展模块使用问题的研究

孙 建

（重庆工程职业技术学院 中国 重庆 400037）

1 S7-200 PLC模拟量扩展模块说明

西门子S7-200 PLC模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能，解决了自动控制系统中模拟量的处理问题。现有产品类型有以下几种：

1.1 EM 231模拟量输入扩展模块，4输入；

1.2 EM 231模拟量输入扩展模块，8输入；

1.3 EM 232模拟量输出扩展模块，2输出；

1.4 EM 232模拟量输出扩展模块，4输出；

1.5 EM 235模拟量组合扩展模块，4输入/1输出。

2 S7-200 PLC模拟量扩展模块在使用中的问题分析

2.1 S7-200 PLC模拟量模块寻址

每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始，精度为12位；模拟量值为0-32000的数值。 输入格式:AIW[起始字节地址]，如 AIW0，输出格式:AQW[起始字节地址]，如AQW0。每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序地址为固定的，顺序向后排。 例:AIW0、AIW2、AIW4……，AQW0、AQW2、AQW4……

每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0(如EM235只有一个模拟量输出)，第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。

2.2 传感器连接到S7-200模拟量输入模块的注意事项

模拟量输入模块可以通过拨码开关设置为不同的测量方式（电流电压）。模块开关的设置应用于整个模块，一个模块只能设置为一种测量范围；而且开关设置只有在重新上电后才能生效。只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。表1是使用拨码开关来配置模拟量模块EM235。

表1 用于选择模拟量量程和精度的EM235配置开关表

EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。EM235模拟量扩展模块的接线方法如图1所示，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。

注意:为避免共模电压，须将M端与所有信号负端连接，未连接传感器的通道要短接。当模拟量输入PLC接收到一个变动很大的不稳定的值时，原因之一可能是使用了一个自供电或隔离的传感器电源，两个电源没有彼此连接，所以由此产生了一个很高的上下振动的共模电压，影响模拟量输入值。原因之二可能是模拟量输入模块接线太长或绝缘不好。解决方法是：连接传感器输入的负端与模块上的公共M端以补偿此种波动。（注意:事前要确定这是两个电源间的唯一连接。如果另外一个连接已经存在了，当再添加公共连接时可能会产生一个多余的补偿电流。）

图1 EM235模拟量扩展模块端子图

当出现模拟量输入PLC接收到信号变化很慢，这可能是你使用了滤波器，可以通过降低滤波采样数，或取消模拟量滤波方式解决。

3 关于模拟量输入模块校准问题

模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下：

3.1 切断模块电源，选择需要的输入范围。

3.2 接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。

3.3 用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。

3.4 读取适当的输入通道在CPU中的测量值。

3.5 调节 OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。

3.6 将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。

3.7 调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。

3.8 必要时，重复偏置和增益校准过程。

4 模拟量值和A/D转换值的转换问题

假设模拟量的标准电信号是A0—Am（如：4—20mA），A/D转换后数值为D0—Dm（如：6400—32000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为数学方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

具体举一个实例，以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是 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

假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是 6400×16／25600＋4＝8mA。

又如，某温度传感器，检测范围是－10—60℃，与4—20mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：

T=70×（AIW0－6400）／25600－10

可以用T直接显示温度值。

模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，但结合所举例子，理解就会容易得多了。为了说清这个问题，再举一个例子：

某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为 4mA，A/D 值为（32000/20）×4＝6400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值 （单位为KPa）的计算公式为：

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

［1］刘芬,等,主编.机床电气控制与PLC.国防工业出版社.

［2］西门子公司.s7-200硬件手册.

［3］西门子公司.s7-200中文选型手册.