模拟量处理和PID控制

0~50mv 0~100mv 0~500mv 0~1v 0~5v 0~20mA 0~10v 1.25uv 25uv 125uv 250uv 1.2mv 5uA 2.5mv 满量程输入 分辨率
OFF OFF OFF ON OFF ON ON ON ON OFF ON OFF ON
OFF ON OFF ON ON ON
模拟量处理
任务情景



在工业控制中常常需要定值控制或随动控制。这种情况需要 传感器对输出量进行采样，然后根据采样结果对输出量进行 自动调节。 一般传感器输出的是模拟电信号，需要将其转化为数字量后 PLC才能进行处理。而处理后输出的结果是数字量，也需要 将其还原成模拟量输出。 一般传感器或者变送器输出0~10V或者4~20mA的电信号。 西门子-200系列PLC常用模拟量扩展模块有：EM231（4路 模拟量输入模块），EM232（2路模拟量输出模块）EM235 （4路输入1路输出）。均为12位转换器。
OFF OFF OFF ON OFF OFF ON
OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON
OFF ON
EM235输入模拟量分辨率设置（双极性）
双极性
SW1 SW2
ON OFF OFF ON
满量程输入 分辨率
SW5
OFF OFF
SW3 SW4
项目：将采集到的模拟量进行处理， 得到相应的工程量


使用一个0~20mA的模拟量输入信号，在S7内部对 应的数字量0~32000；对于4~20mA的信号对应的 数字量6400~32000。如果对于两个传感器，量程 都是0~16MPa，一个是0~20mA，一个4~20mA。 则相同的压力下转换成的数值不同。 演示箱中有一个Pt100温度传感器，通过500Ω电阻 将4~20mA电流信号转换成为2~10V电压信号送到 PLC的模拟量输入端，对应的温度范围0~100°C， 则转换公式为：T=(100-0)(AIW0-6400)/(320006400)+0
125uv 250uv 500uv
ON
OFF OFF
OFF
ON OFF
OFF
OFF ON
OFF
OFF OFF
OFF
OFF OFF
OFF
OFF OFF
±2.5v
±5v ±10v
1.25mv
2.5mv 5mv
EM235模块的输入校准Fra bibliotek


模拟量输入模块在使用前应该校准，在出厂之前已经校准过， 但是如果OFFSET和GAIN电位器被调整之后，需要重新进 行校准。 校准的具体方法是： 切断模块电源选择输入范围。 接通模块电源使其稳定15分钟。 用一个变送器、一个电压源或者一个电流源，将零值信号加 到一个输入端。 读取输入通道在CPU模块中的测量值。 调节OFFSET偏置电位器使得读出数值为零，或者为所需的 数据。 将一个满度值信号加到输入端上，调节GAIN增益电位器， 直到读出值为32000或者所需的数据值。 必要时需要反复多次调试。
EM231模拟量模块DIP开关状态组 合表
SW1 ON 单极性输入 SW2 SW3 OFF ON ON OFF 满量程 输入 0~10V 0~5V 0~20mA 分辨率
SW1 OFF
双极性输入 SW2 SW3 OFF ON ON OFF
2.5mV 1.25mV 5uV 满量程输 分辨率 入
±5V ±2.5V 2.5mV 1.25mV
一、项目目的
掌握扩展模块的接线及设置。 掌握模拟量模块的选择及编制方法。
EM235扩展模块接线



模块上方为4路模拟信 号输入端。三个端子为 一组。 对于电压信号接在x+、 X-之间。 对于电流信号，将RX 和X+短接后接电流输入 信号+端，不实用的输 入端短接。
EM235的技术参数
模拟量输入特性
模拟量输出：输出点数1 模拟量输出点数 1
数据格式：
信号范围：电压±10V,电流输出0~20mA
电压-32000~+32000，电流0~32000. 电压12位，电流11位 。
EM235的DIP设置

用DIP开关1~6设置模拟量记性，增益和衰减。 EM235DIP开关
SW1 SW2 SW3
单/双极性 选择 SW4 SW5 SW6
ON 单极性
增益选择
衰减选择
OFF
OFF OFF ON OFF ON OFF
双极性
※1 ※10 ※100
ON
ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON
ON
无效
0.8 0.4 0.2
EM235输入模拟量分辨率设置（单极性）
单极性
SW 1 SW 2 SW 3 SW 4 SW 5 SW 6
OFF OFF ON ON
SW6
OFF OFF ±25mv ±50mv 1.25uv 25uv
OFF
ON OFF OFF
OFF
OFF ON OFF
ON
OFF OFF ON
ON
OFF OFF OFF
OFF
ON ON ON
OFF
OFF OFF OFF
±100mv
±250mv ±500mv ±1v
50uv
EM235输入/输出数据字格式
输出映像寄存器AQWXX和输入映像寄存器 AIWXX的低4为零。 双极性时最高位为符号位，数据位为12位。 单极性时为最高位。

模拟量处理

假设模拟量的标准信号A0~Am（如：4~20mA),经过AD转换后的数值为 D0~Dm(如6400~32000），设模拟量信号为A，经过AD转换后数值为D， 则其关系为线性关系：
D D0 A ( Am - A0 ） A0 Dm - D0 A A0 D ( Dm - D0 ) D0 Am - A0

举例：以4~20mA为例：Dm=32000,Am=20mA,D0=0,A0=0,因此4mA模 拟量对应的数字量为：32000/5=6400。其它模拟量为X1600。假如模拟 量的转换后的值为12800，其模拟量的值为12800/1600=8mA。
转换程序
使用EM231热电偶（热电阻）模块
常用加热器控制有双位控制和定值控制两种 类型。 双位控制可以直接使用温控仪配合交流接触 器实现，电路简单但是控制精度低。 定制控制常用PID调节的方法使得温度定格在 给定值上，波动很小。定制控制需要使用模 拟量模块与感温元件构成。

输入点数 4
电压单极性：0~10V,0~5V，0~1V, 0~500mV, 0~100mV, 0~50mV
电压双极性： ± 10V，±5V, ±2.5V， ±1V, ±500mV, ±250mV, ±100mv, ±50mv.
输入范围 数据格式
电流：0~20mA. 双极性，全量程范围-32000~32000，单极性 0~32000.
例5.1

某温度变送器-10°~60°与4~20mA对应， T°时转换的数值为：T×70/16-10,例如 T=0°转换后的数值为4+10×16/70=6.3mA。
EM231模拟量输入扩展模块



EM231是将输入的模拟量转化成数字量的模块，具 有四路模拟量输入（每三个端子一路），电压输入 时接A+、A-，电流输入时接RC、C+、C-(RC与C+ 短接，未用的输入通道短接）,需要24V电源接到模 块的M和L+。 可选输入信号类型有：电压型、电流型、热电阻性、 热电偶型四种。 DIP开关的三种组合状态用于设定输入信号的量程， 增益电位器GAIN用于调整增益，使得输入信号为满 量程时对应的数字量为32000。