S7-200模拟量模块系列详解

1、窗体顶端S7-200模拟量模块系列详解 模拟信号是指在一定范围内连续的信号（如电压、电流），这个“一定范围”可以理解为模拟量的有效量程。在使用S7-200模拟量时，需要注意信号量程范围，拨码开关设置，模块规范接线，指示灯状态等信息。本文中，我们按照S7-200模拟量模块类型进行分类介绍：AI 模拟量输入模块 1. 2. AO模拟量输出模块 3. AI/AO模拟量输入输出模块 4. 常见问题分析 首先，请参见“S7-200模拟量全系列总览表”，初步了解S7-200模拟量系列的基本信息，具体内容请参见下文详细说明： AI 模拟量输入模块 A. 普通模拟量输入模块： 如果，传感器输出的模拟量是电压或

2、电流信号（如10V或020mA），可以选用普通的模拟量输入模块，通过拨码开关设置来选择输入信号量程。注意：按照规范接线，尽量依据模块上的通道顺序使用（A-D），且未接信号的通道应短接。具体请参看S7-200可编程控制器系统手册的附录A-模拟量模块介绍。4AI EM231模块： 首先，模拟量输入模块可以通过设置拨码开关来选择信号量程。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，且开关设置只有在重新上电后才能生效。也就是说，拨码设置一经确定后，这4个通道的量程也就确定了。如下表所示：注：表中05V和020mA（420mA）的拨码开关设置是一样的，也就是说，当拨码开关设置为这种时，输入

3、通道的信号量程，可以是05V，也可以是020mA。 8AI EM231模块： 8AI的EM231模块，第0-5通道只能用做电压输入，只有第6、7两通道可以用做电流输入，使用拨码开关1、2对其进行设置：当sw1=ON，通道6用做电流输入；sw2=ON时，通道7用做电流输入。反之，若选择为OFF，对应通道则为电压输入。注：当第6、7道选择为电流输入时，第0-5通道只能输入0-5V的电压。 B. 测温模拟量输入模块（热电偶TC；热电阻RTD）： 如果，传感器是热电阻或热电偶，直接输出信号接模拟量输入，需要选择特殊的测温模块。测温模块分为热电阻模块EM231RTD和热电偶模块EM231TC。注意：不同

4、的信号应该连接至相对应的模块，如：热电阻信号应该使用EM231RTD，而不能使用EM231TC。且同一模块的输入类型应该一致，如：Pt1000和Pt100不能同时应用在一个热电阻模块上。 热电偶模块TC： EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型热电偶，不支持B型热电偶。通过拨码设置，模块可以实现冷端补偿，但仍然需要补偿导线进行热电偶的自由端补偿。另外，该模块具有断线检测功能，未用通道应当短接，或者并联到旁边的实际接线通道上。 热电阻模块RTD： 热电阻的阻值能够随着温度的变化而变化，且阻值与温度具有一定的数学关系，这种关系是电阻变化率。RTD模块的拨码开关设置与有关，如下图所示，就算

5、同是Pt100，值不同时拨码开关的设置也不同。在选择热电阻时，请尽量弄清楚参数，按照对应的拨码去设置。具体请参看S7-200可编程控制器系统手册的附录A-热电偶和热电阻扩展模块介绍。 EM231 RTD模块具有断线检测功能，未用通道不能悬空，接法方式如下：（1）请将一个电阻按照与已用通道相同的接线方式连接到空的通道，注意：电阻的阻值必须和RTD的标称值相同； （2）将已经接好的那一路热电阻的所有引线，一一对应连接到空的通道上。 因为热电阻分2线制、3线制、4线制，所以RTD模块与热电阻的接线有3种方式，如图所示。其中，精度最高的是4线连接，精度最低的是2线连接。提示： （1）. 在STEP7

6、Micor/WIN软件中（S7-200的编程软件），对于模拟量输入通道设有软件滤波功能，如图所示，具体请参见S7-200 LOGO SITOP 参考-系统块-模拟量滤波。但是，在系统块中设置模拟量通道滤波时，RTD和TC模块占用的模拟量通道，应禁止滤波功能。 （2） EM231 TC和RTD模块上，均有24V电源指示灯和SF故障指示灯。如图所示：（a）若24V电源指示灯=OFF，则说明该模块没有24V工作电源；（b）若SF红灯闪烁，原因可能是：模块内部软件检测出外接断线，或者输入超出范围。 注：具体请参见：S7-200 LOGO SITOP 参考-EM231 RTD/EM231 TC。AO模拟

7、量输出模块 S7-200的扩展模块里，分别有2路、4路的模拟量输出模块EM232。根据接线方式（M-V或M-I）选择输出信号类型，电压：10V，电流：020mA（420mA）。AI/AO模拟量输入输出模块 (A) CPU模块本体集成的2路AI和1路AO S7-200只有CPU 224XP和CPU224XPsi，本体集成有模拟量通道。其中，2路AI是：电压信号10V，1路AO是：电压信号010V；或者电流信号020mA(420mA)，输出信号类型可以通过硬件接线来选择。 (B) EM235模拟量输入输出模块 EM235模块有4路AI和1路AO。通过拨码开关设置来选择4路AI通道的输入信号量程，如

8、下表所示，这个模块可以测量毫伏级（mV）的信号；1路AO是：电压信号10V；或电流信号020mA（420mA），可以根据硬件接线方式（M-V或M-I）选择输出信号类型。注：模块上的电位计是用来调节输入信号和转换数值的放大关系，在模块出厂时已经设置好了，如无需要，请不要随意更改。 常见问题分析A模拟量输入与数字量的对应关系： 模拟量信号（010V，05V或020mA）在S7-200 CPU内部用032000的数值表示（注：420mA对应640032000），这两者之间有一定的数学关系，如图所示：B模拟量模块的硬件接线介绍（1）CPU 224 XP集成有2路电压输入，接线方法见a：分别为A+和M、

9、B+和M，此时只能输入10V 电压信号。 CPU 224XP还集成有1路模拟量输出信号。电流输出如图b，将负载接在I和M端子之间；电压输出如图c，将负载接在V和M端子之间。 （2）模拟量输入的接线方式 以4AI EM231模块为例，分别介绍电压、电流型输入信号的接线方式，如图所示。注意：此接线图是一个示意图，表述的是不同的接线方式，并不是指该模块只有A通道可以接入电压，B通道必须悬空，C和D通道只能接入电流。 当您的信号为电压输入时可以参考接线方法a，以此类推。 方式a. 电压输入方式：信号正接A+；信号负接A-； 方式b. 未用通道接法（不要悬空）：未用通道需短接，如B+和B-短接； 方式c

10、.电流输入方式（四线制）：信号正接C+，同时C+与RC短接； 信号负接C-，同时C-和模块的M端短接。 方式d. 电流输入方式（两线制）：信号线接D+，同时D+与RD短接； 电源M端接D-，同时和模块的M端短接。注：具体请参见：S7-200 LOGO SITOP 参考-模拟量模块接线。（3）电流型信号输入接线方式 电流型信号的接线方式，分为四线制、三线制、二线制接法。这里讨论的“几线制”，是以传感器或仪表变送器是否需要外供电源来区别的，而并不是指EM231模块需要几根信号线，或该变送器的信号线输出。 a. 四线制-电流型信号的接法： 四线制信号是指信号设备本身外接供电电源，同时有信号+、信号-

11、两根信号线输出。供电电源可有220VAC或24VDC，接线如图所示： b. 三线制-电流型信号的接法： 三线制信号是指信号设备本身外接供电电源，只有一根信号线输出，该信号线与电源线共用公共端，通常情况是共负端的。接线如图所示：注：若设备的24VDC供电电源与EM231模块的供电电源不是同一个电源，那么，需要将模块的M端与该通道的负端引脚短接（如，M和C-短接）。这是为了使模块与测量通道工作在同一的参考电压，也就是等电位。下面的二线制接法同理。 c. 二线制-电流型信号的接法： 二线制信号是指信号设备本身只有两根外接线，设备的工作电源由信号线提供，即其中一根线接电源，另一根线是信号输出。接线如图

12、所示：C224XP本体集成的AI，能否接电流信号020mA？ 首先，这两路模拟量输入通道可以接收10V的电压信号，不能直接接收电流信号。若使用该通道接收电流信号，会有一定的风险，可能导致测量的不准确或模块的损坏等等。具体说明请点击 查看D如何对 S7-200 的 CPU224XP 和扩展模块 EM 231, EM 232 及 EM 235 的模拟量值进行比例换算? S7-200模拟量输入通道所采集的信号，是以032000中的数值表示，存储在AIW中。也就是说，这个数值与实际的物理量之间，存在一定的比例换算关系。 具体说明请点击 查看本文中文档的链接：西门子 S7-200 LOGO! SITOP

13、 参考S7-200 可编程序控制器系统手册 对文中的内容有任何意见和建议，以本文标题为邮件主题栏，发送至以下邮箱：ad.cs3.slc2012/2/20|Author:Name窗体底端下面以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

14、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）010V 05V 01V 0500mV 0100mV 050mV 电压（双极性）10V 5V 2.5V 1V 500mV 250mV 100mV 50mV 25mV电流020mA数据字格式双极性 全量程范围-32000+32000单极性 全量程范围032000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电

15、流输出020mA数据字格式电压-32000+32000电流032000分辨率电流电压12位电流11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SW1SW2SW3SW4SW5SW6ON单极性OFF 双极性OFF OFF X1OFF ONX10 ONOFF X100ONON无效ONOFF OFF 0.8OFF ONOFF 0.4OFF OFF ON0.2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

16、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 SW2SW3 SW4 SW5 SW6 ONOFFOFFONOFFON0到50mV 12.5V OFFONOFFONOFFON0到100mV 25V ONOFFOFFOFFONON0到500mV125uA OFFONOFFOFFONON0到1V 250VONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mV ONOFFOFFOFFOFFON0到20mA 5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V 2.5mV 双极性满

17、量程输入分辨率SW1 SW2SW3SW4SW5SW6ONOFF OFF ONOFF OFF 25mV 12.5V OFF ONOFF ONOFF OFF 50mV 25VOFF OFF ONONOFF OFF 100mV 50V ONOFF OFF OFF ONOFF 250mV 125VOFF ONOFF OFF ONOFF 500 250VOFF OFF ONOFF ONOFF 1V 500V ONOFF OFF OFF OFF OFF 2.5V 1.25mV OFF ONOFF OFF OFF OFF 5V 2.5mV OFF OFF ONOFF OFF OFF 10V 5mV 6个DI

18、P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（

19、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

20、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A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），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Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）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Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0。具体举一个实例，以S7-200和420mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是640032000，即A04，Am20，D06400，Dm320