模拟量输入输出讲解

对输入、输出模拟量的PLC 编程的探讨及编程实例解析对于初学PLC 编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进 行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转 换公式推导与使用的问题。

不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块 进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定 是错误的。

比如有3个温度传感变送器：(1) 、测温范围为0~200 ，变送器输出信号为4〜20ma (2) 、测温范围为0~200 ，变送器输出信号为0〜5V(3) 、测温范围为 —100 ~500 ，变送器输出信号为4〜20ma (1)和(2) 二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，( 1) 和(3)传感变送器输出信号一样，但测温范围不同，这 3个传感变送器既使选用 相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。

一、转换公式的推导下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235勺参数为依据对上述的3个 温度传感器进行转换公式的推导：对于(1)和(3)传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为 0〜20ma 电流 信号,20ma 对应数子量=32000, 4 ma 对应数字量=6400;对于(2)传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为 0〜5V 电压信号，5V 对应数字量=32000, 0V 对应数字量=0;这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助， 请见下图：时，输出电流ITma,模块转AIW=C400H T 与AlWffi 关系曲线如上左图所示，恨 据三角形相粽定理可5lb LABM屮按可引h — = ..... (1-1)由團外h 屮CT DM AB=200 CI>=h BM=32000—6400 DM=AI^—6400 带入(1*1)式，可得；十“咤边….(…(32000-6400)|(2；传感藩测温T=20€°时，输出电压V=5V,模块转换数字話f 『」UAIWTAlWx⑴传感鉄诜珞跆T戋糸图 (3満惑越7AIW 戋齐因(1)偉感器测淳7-200°时，输出电療1-2Dim,模块转换数宇量AIW-3200Dj 测温T-D 0*T 』时，输出电压TW 模块转换数宇S AIW-O. T 与MW 的关系曲统如上中图所示,視据三阳形相说走理可知=KABO-ACDO 心⑶传感器测温"5时时*输出电流TUg ・模块转换鐵宁篁阳WT 如叫测温丁・加卩时，输出电流1-4换，模块特换数宇SAIW-640O fl F 与AIW 的关系曲绞如 上右图乐示，根据三角册^畑理可知：AABM-ACDM 』故可列=空=空£.. (1_对由图知；*CD DMAB=500+100=600 CD=7；+10&32000-6400 M=AIW K '64OO 带入 <1~3> 式:可得：亠上面推导出的(2-1 )、(2-2 )、(2-3 )三式就是对应(1)、(2)、(3) 三种温度传感变送器经过模块转换成数字量后再换算为被测量的转换公式。

编程者依据正确的转换公式进行编程，就会获得满意的效果。

二、变送器与模块的连接通常输出4〜20ma 电流信号的传感变送器，对外输出只有 +、-二根连线， 它需要外接24V 电源电压才能工作，如将它的+、-二根连线分别与24V 电源的 正负极相连，在被测量正常变化范围内，此回路将产生4〜20ma 电流，见下左图。

下右图粉色虚线框内为EM235模块第一路模拟输入的框图，它有 3个输入端， 其A+与 A-为A/D 转换器的+ -输入端，RA 与A-之间并接250Q 标准电阻。

A/D 转换器是正逻辑电路，它的输入是 0〜5V 电压信号，A-为公共端，与PLC 的24V 电源的负极相连。

AB BODOAE=200 CD=T K BM=3200CI5喙..... (1-R由图知：4BJrAIWz 带入(1-2)式，可最..... <2-2)屮&沁⑷齡-液Q(32000^6400)-100CD和ng那么24V电源、传感变送器、模块的输入口三者应如何连接才是正确的？正确的连线是这样的：将左图电源负极与传感器输出的负极连线断开，将电源的负极接模块的A-端，将传感器输出负极接RA端，RA端与A+端并接一起，这样由传感器负极输出的4〜20ma电流由RA流入250Q标准电阻产生0〜5V电压并加在A+与A-输入端。

切记：不可从左图的24V正极处断开，去接模块的信号输入端，如这样连接，模块是不会正常工作的。

对第(2)种电压输出的传感変送器，模块的输入应设置为0〜5V电压模式，连线时，变送器输出只连A+、A-，RA端空悬即可。

三、按转换公式编程：根据转换后变量的精度要求，对转换公式编程有二种形式：1、整数运算，2、实数运算。

请见下面梯形图：(A)、整数运算的梯形图：耐第1空鑿运宦|A+ 手一RA 4*—gC输入*AD转换器输入-[I；厂九SMdO MGV,WEN EHO 1 1---------------A1W他OUTLPi------------- E H EN0+\AOO-円5JT -VD2O0该梯形图是第（1）种温度传感变送器（测温：0〜200，输出：4〜20ma 按公式（2-1 ）以整数运算编写的转换程序，它可作为一个子程序进行调用。

（B）实数运算的梯形图：该梯形图是对一个真空压力变送器（量程：0〜O.IMpa,输出：4〜20ma按公式（2-1 ）以实数运算编写的转换程序，可作为一个子程序进行调用。

四、编程实例及解析某设备装有4种传感器：1、真空压力传感器，量程为：0〜O.IMpa ;输出给PLC的信号为4〜20ma。

2、蒸汽压力传感器，量程为：0〜1.0Mpa ;输出给PLC的信号为4〜20ma。

3、温度传感器，量程为：0〜200度；输出给PLC的信号为4〜20ma。

4、电机转速，量程为：0〜50转/秒；输出给PLC的信号为4〜20ma。

该设备用蒸汽对其罐体加热，并对温度要求按设定的温度值进行温度控制。

控制方式采用自动调整电动阀开门角度的大小来改变加热管道的蒸汽的流量。

电动阀的控制信号为4〜20ma,即输入4ma时，电动阀关门，输入20ma时，电动阀门全开。

为此选用了含有4路模拟输入和一路模拟输出的模块EM235其4路模拟量输入信号皆设定为0〜20ma电流输入模式，一路模拟量输出信号设定为4〜20ma 电流输出模式要求用触摸屏显示这4种信号的时时状态值，并在触摸屏上设置控制的温度参数，传给PLC使PLC按此值进行温度控制。

由于本文重点是讲述有关模拟量的输入与输出的编程设计，对触摸屏的编程设计不予讲述，只提供触摸屏与PLC 的通讯变量：VD0 :为真空压力显示区，由PLC传送给触摸屏。

VD4 :为蒸汽压力值显示区，由PLC 传送给触摸屏。

VW8 :为蒸汽温度值显示区，由PLC 传送给触摸屏。

VW10 :为电机转速值显示区，由PLC 传送给触摸屏。

VW12 :设定温度值区，由触摸屏传送给 PLC.一、硬件电路的配置：（一）、硬件设置 除上述4种传感器外，选用：1、 S 7-200PLC 一台，型号为：CPU222 CN 。

2、 选用EM235模拟量输入模块一块（输入设置：0~20 ma 工作模式；输 出设置：4 〜20ma 。

3、 变频器一台，型号为PI8100，由PLC 控制启停，手动调速。

4、 西门子触摸屏一块。

型号：Smart 700硬件电路图（二）、对传感器输出的4~20ma 转换为显示量程的公式推导：EM235模拟量输入输出模块，当输入信号为20ma 时,对应的数字量=32000， 故：输入=4ma 时，对应的数字量=6400，对应显示量程值=0。

输入20ma 时，对 应的数字量=32000，对应显示量程值最大值=Hm ，其输出量与模块的数字量的变化关系曲 线如图一所F42 -nrwMi 53卜植详二説汰ongCPU 222 CN EM235 CNSTI ■嗾犀功ife ： k 墨示遁董 匝办 克空压办tsMRl这4个转换公式，前二种为实数运算，后二种为整数运算，为简化程序，自定义二个功 能块分别用于实数与整数运算，而每个功能块在程序运行中又都调用二次，分别计算不同的物理量。

为此功能块设有二个数字输入与一个计算结果输出三个口， 以适用于多次调用去计算不同物理量的值。

请见下面编程：（三）、实数运算功能块（SBR_O ）：示:sjongkont雌三角羽相似逸沁亠"备磊整理得：DE = SC 'ADABDE = H ⑷磯-ZOO ) _ *(32000-6400)这是一个通式，将4个大值带入式中,可得囚下4个公式I “K 真空压力转换公式，Fm ⑷恥丁4期（32000-6^100）单位.MPa.N 蒸汽压力转换公式;单位：MPa x缶蒸汽温度转换企式;单位;度4、冃机转谨转换公式亍心。

〈蠶益9Arw（四）、整数运算功能快（SBR_1 ）:葵矍英Sf|数覧英型|EN IK BOOLIWQ ZHEVin IM IMT崔入由IS段块转英的數事量広邑U)2ZME2_«IM DINT1Ihl|M_OUTLW6ZHE_d OUT IflT匾逻猎果（整戲形貳）晋出（五）、将模块的数字量，按对应公式转换为量程显示值的编程祠砌2 费：Tig亘IFWIDD ：皿眦VW1CM :量夭豎楼f也晶度200 ）YH2申禺运H計vwioe：求出酌矍程谄SMQD SUEJ DI1 |EH EHD¥1 1AVD200-I NI OUT-VD2121陀cjongkonggongxong焰络1开机便MV4b0 ,即便ME0«a M1・Q»O冃络2值）转袂力买数值计CHOO, 力授大值《01）->VP1Q4.运夏结果FVD讥具给V霊觀確豔犧魏勰实盼喻d际圧力E M运麒心顾冃絡4JOM3O2将AIM（药切度佰八八M00・将贡EM最大佰4W104.运豐结!!・・・〉％心煎汽M值豊示区）■运策结果送入VW8MBOgongkongAIW4・200-ZHE1> ZHE.ot丈数运JiCM1匕NATWO-SHI> SHLot01-$H2 SM1.0 _r 、M1 0M1.0Ts)Ts)M1.01□UTMJM8Q«0空压力显rVDO-VD4AIW2-10-5楣亀灵宓履］TVWItth 将电曲覇瘪量犬値“>VW1（M, 也誓擢一>丽航电机枫值旻磁5分析以上梯形图可知，该程序编写的特点：1选用自定义功能块编写转换公式的子程序，2对多个转换变量的调用采用每个扫描周期对 MB0加1的依次 循环调用的方式，这样的编程处理会使编写的程序，简短易读易懂。