西门子S7-200模拟量编程
西门子S7-200模拟量编程
本文以EM235为例讲解S7-200模拟量编程,主要包括以下内容:
1、模拟量扩展模块接线图及模块设置
2、模拟量扩展模块的寻址
3、模拟量值和A/D转换值的转换
4、编程实例
模拟量扩展模块接线图及模块设置
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。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图,如图1。
图1
图1演示了模拟量扩展模块的接线方法,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。
对于某一模块,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。(后面将详细介绍)
EM235的常用技术参数:
模拟量输入特性 |
|
模拟量输入点数 |
4 |
输入范围 |
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 ±25mV |
|
电流0~20mA |
|
数据字格式 |
双极性 全量程范围-32000~+32000 |
分辨率 |
12位A/D转换器 |
模拟量输出特性 |
|
模拟量输出点数 |
1 |
信号范围 |
电压输出 ±10V |
数据字格式 |
电压-32000~+32000 |
分辨率电流 |
电压12位 |
下表说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块,开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。
EM235开关 |
单/双极性选择 |
增益选择 |
衰减选择 |
|||||
SW1 |
SW2 |
SW3 |
SW4 |
SW5 |
SW6 |
|||
ON |
单极性 |
|||||||
OFF |
双极性 |
|||||||
OFF |
OFF |
X1 |
||||||
OFF |
ON |
X10 |
||||||
ON |
OFF |
X100 |
||||||
ON |
ON |
无效 |
||||||
ON |
OFF |
OFF |
0.8 |
|||||
OFF |
ON |
OFF |
0.4 |
|||||
OFF |
OFF |
ON |
0.2 |
由上表可知,DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性,当SW6为ON时,模拟量输入为单极性输入,SW6为OFF时,模拟量输入为双极性输入。
SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择,而SW1,SW2,SW3共同决定了模拟量的衰减选择。
根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合,所有的输入设置如下表:
单极性 |
满量程输入 |
分辨率 |
|||||
SW1 |
SW2 |
SW3 |
SW4 |
SW5 |
SW6 |
||
ON |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
0到50mV |
12.5μV |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
0到100mV |
25μV |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
ON |
ON |
0到500mV |
125uA |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
ON |
ON |
0到1V |
250μV |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
ON |
0到5V |
1.25mV |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
ON |
0到20mA |
5μA |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
ON |
0到10V |
2.5mV |
双极性 |
满量程输入 |
分辨率 |
|||||
SW1 |
SW2 |
SW3 |
SW4 |
SW5 |
SW6 |
||
ON |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
±25mV |
12.5μV |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
±50mV |
25μV |
OFF |
OFF |
ON |
ON |
OFF |
OFF |
±100mV |
50μV |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
±250mV |
125μV |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
±500 |
250μV |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
±1V |
500μV |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
±2.5V |
1.25mV |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
±5V |
2.5mV |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
OFF |
±10V |
5mV |
6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块,开关设置也只有在重新上电后才能生效。
输入校准
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:
A、 切断模块电源,选择需要的输入范围。
B、 接通CPU和模块电源,使模块稳定15分钟。
C、 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。
D、 读取适当的输入通道在CPU中的测量值。
E、 调节OFFSET(偏置)电位计,直到读数为零,或所需要的数字数据值。
F、 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。
G、 调节GAIN(增益)电位计,直到读数为32000或所需要的数字数据值。
H、 必要时,重复偏置和增益校准过程。
EM235输入数据字格式
下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置
图2
可见,模拟量到数字量转换器(ADC)的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位,0表示正值。在单极性格式中,3个连续的0使得模拟量到数字量转换器(ADC)每变化1个单位,数据字则以8个单位变化。在双极性格式中,4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位,数据字则以16为单位变化。
EM235输出数据字格式
图3给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置:
图3
数字量到模拟量转换器(DAC)的12位读数在其输出格式中是左端对齐的,最高有效位是符号位,0表示正值。
模拟量扩展模块的寻址
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。例如:AIW0,AIW2,AIW4……、AQW0,AQW2……。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,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址,以此类推。
图4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块,一个8输入数字量模块,一个4模拟输入/1模拟输出模块,一个8输出数字量模块,一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况,其中,灰色通道不能使用。
图4
模拟量值和A/D转换值的转换
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,-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,该段多读几遍,结合所举例子,就会理解。为了让您方便地理解,我们再举一个例子:
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)
编程实例
您可以组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的的CPU是CPU222,仅带一个模拟量扩展模块EM235,该模块的第一个通道连接一块带4—20mA变送输出的温度显示仪表,该仪表的量程设置为0—100度,即0度时输出4mA,100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器,简单编程如下:
温度显示值=(AIW0-6400)/256
编译并运行程序,观察程序状态,VW30即为显示的温度值,对照仪表显示值是否一致。
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