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的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：

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250Ω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。

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250Ω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：

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：0～0.1Mpa,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：0～0.1Mpa；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、S7-200PLC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