模拟量模块初稿

西门子模拟量模块应用莱钢培训中心王宪芹Mobile-mail:lgddwangxianqin1@126.com西门子模拟量模块应用在工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构（如伺服电动机、调节阀、记录仪等）要求PLC输出模拟信号；而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压，例如4~20mA、1~5V、0~10V，PLC用A/D转换器将它们转换为数字量；D/A转换器将PLC的数字量转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是完成A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。西门子模拟量模块应用主要内容一、模拟量扩展模块的应用简介三、模拟量扩展模块的寻址（以下以EM235为例）二、模拟量扩展模块接线图及模块设置四、模拟量值和A/D转换值的转换五、编程实例一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介1、模拟量扩展模块的作用：在工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构（如伺服电机、调节阀、记录仪表等）要求PLC输出模拟信号，而PLC得CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电压或电流，如4～20mA，1～5V，0～10V，PLC用A/D转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能是二进制的，也可能是十进制的，带正负号的电流或电压在A/D转换后一般用二进制补码表示。1、模拟量扩展模块的作用：一、模拟量扩展模块的应用简介

D/A转换器将PLC的数字量转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是完成A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。1、模拟量扩展模块的作用：一、模拟量扩展模块的应用简介大中型PLC可以配置成百上千个模拟量通道，它们的D/A、A/D转换器一般是12位的。模拟量I/O模块的输入、输出可以是电压，也可以是电流；可以是单极性的，如0～5V、0～10V、4～20mA；也可以是双极性的，如±5V、±10V、±20mA，模块一般可以输入多种量程的电压或电流。生产过程物理量标准的模拟信号传感器变送器•压力•温度•流量•速度•pH值•粘性•等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模拟量输出模板MR模块ADC结果存储器PIW...PIW...:::PIW...模拟量输入模板CPU::::::LPIW304TPQW320:模拟执行器

物理量......................................一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）（2）AO模拟量输出模块（EM232）（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介普通测温2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

如果传感器输出的模拟量是电压或电流信号（如±10V或0～20mA），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。

A、普通模拟量输入模块2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

4AIEM231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：A、普通模拟量输入模块2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

A、普通模拟量输入模块

4AIEM231模块：

当配置为双极性输入时，最大量程为5V，最小为-5V,因此若外围传感器信号为-10V~+10V时，模块将不能处理。2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

A、普通模拟量输入模块

4AIEM231模块：

当DIP开关配置为0~10V时的特性表当DIP开关配置为0~20mA时的特性表EM231的4通道输入模块特性2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

A、普通模拟量输入模块

8AIEM231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。2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

A、普通模拟量输入模块

8AIEM231模块：

2、模拟量扩展模块的类型：（1）AI模拟量输入模块（EM231）一、模拟量扩展模块的应用简介

A、普通模拟量输入模块

8AIEM231模块：

当DIP开关配置为0~10V时的特性表当DIP开关配置为0~20mA时的特性表一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）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。一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）EM231测温模块一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电偶模块TC：

EM231TC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。

一、模拟量扩展模块的应用简介

热电偶模块TC：

EM231热电偶模块的接线端子标识一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电偶模块TC：组态EM231热电偶模块配置DIP开关位于模块的底部，可以选择热电偶模块的类型、断线检测、温度范围和冷端补偿要使DIP开关设置起作用，需要给PLC和/或用户的24V电源重新上电。

DIP开关4为以后的应用保留，将DIP开关4设定为0位置(向下)其他DIP开关的设定请参阅表A-26。一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介使用热电偶：状态指示器

热电偶模块提供PLC测量温度或出错类型的数据字状态位指示输人范围错误和用户电源膜块故障LED指示模块状态，用户程序必须检测相应错误状态并采取相应的措施热电偶状态指示器见表A-27。一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

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α。RTD模块的拨码开关设置与α有关，如下图所示，就算同是Pt100，α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α参数，按照对应的拨码去设置。一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电阻模块RTD：一、模拟量扩展模块的应用简介

热电阻模块RTD：

EM231热电阻模块的接线端子标识一、模拟量扩展模块的应用简介热电阻模块RTD：

组态EM231RTD(热电阻)模块

使用DIP开关可以选择热电阻的类型，接线方式，温度测量单位和传感器熔断方向。DIP配置开关位于模块的底部，如图A-21所示，要使DIP开关设置起作用，需要重新给PLC和厂或用户的24V电源上电。一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介热电阻模块RTD：

一、模拟量扩展模块的应用简介热电阻模块RTD：

一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电阻模块RTD：

EM231RTD状态指示器

RTD模块提供PLC温度或出错类型的数据字、状态位指示输人范围错误和用户电源/模块故障。LED指示模块状态，用户程序必须检测相应错误状态并采取相应的措施。表A-32给出了EM231RTD模块提供的状态指示器。一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型

EM231RTD状态指示器一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）如PLC已读到数据，则需405ms更新所有通道的数据，如在一个更新时一间内，PLC没有读数据，则模块报告原有的数据一直到PLC读数据后的下一次模块更新，为了保持通道数据总是为当前值，建议PLC读数据的频度至少和模块更新频率相同。

B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电阻模块RTD：

一、模拟量扩展模块的应用简介EM231RTD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。B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电阻模块RTD：

一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（1）AI模拟量输入模块（EM231）B.测温模拟量输入模块（热电偶TC、热电阻RTD）

热电阻模块RTD：

2、模拟量扩展模块的类型：（2）AO模拟量输出模块（EM232）一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型：一、模拟量扩展模块的应用简介（2）AO模拟量输出模块（EM232）

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：0~20mA（4~20mA）。一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（2）AO模拟量输出模块（EM232）模拟量输出模块的接线图一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型（2）AO模拟量输出模块（EM232）模拟量输出模块的方框图2、模拟量扩展模块的类型：（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介EM235模拟量混合模块2、模拟量扩展模块的类型：（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介

(A)

CPU模块本体集成的2路AI和1路AO

S7-200只有CPU224XP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0~10V；或者电流信号0~20mA(4~20mA)，输出信号类型可以通过硬件接线来选择。2、模拟量扩展模块的类型：（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介

(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0～20mA（4～20mA），可以根据硬件接线方式（M-V或M-I）选择输出信号类型。2、模拟量扩展模块的类型：（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介2、模拟量扩展模块的类型：（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介EM232及235模块的输出特性表如右图所示：每个通道可以任意选择电流或电压信号,使用何种信号，取决于用户的接线电压输出信号特性表：电流输出信号特性表：（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介模拟量输入特性模拟量输入点数4输入范围电压（单极性）0～10V0～5V0～1V0～500mV0～100mV0～50mV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

单极性全量程范围0～32000分辨率12位A/D转换器EM235技术参数（3）AI/AO模拟量输入/输出模块（EM235）一、模拟量扩展模块的应用简介EM235技术参数模拟量输出特性模拟量输出点数1信号范围电压输出±10V

电流输出0～20mA数据字格式电压-32000～+32000

电流0～32000分辨率电流电压12位

电流11位一、模拟量扩展模块的应用简介一、模拟量扩展模块的应用简介二、模拟量扩展模块接线图及模块设置1、EM235AI/AO接线图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。EM235接线图1、EM235AI/AO接线图EM235接线图EM235接线图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。

二、模拟量扩展模块接线图及模块设置未用的接口短接，以免受到外部干扰。1、EM235AI/AO接线图二、模拟量扩展模块接线图及模块设置在进行接线时应注意以下几点：（1）传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线。（2）敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。（3）避免将信号线与电源线路平行接近布置。（4）使用高质量的24VDC传感器电源，以保证无噪声及稳定运行。1、EM235AI/AO接线图EM235接线图注意：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。

二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置用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。

二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置二、模拟量扩展模块接线图及模块设置EM235开关单/双极性选择增益选择衰减选择SW1SW2SW3SW4SW5SW6

ON单极性

OFF双极性

OFFOFF

X1

OFFON

X10

ONOFF

X100

ONON

无效

ONOFFOFF

0.8OFFONOFF

0.4OFFOFFON

0.22、EM235AI/AO模块的设置二、模拟量扩展模块接线图及模块设置由上表可知，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。2、EM235AI/AO模块的设置二、模拟量扩展模块接线图及模块设置单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5μVOFFONOFFONOFFON0到100mV25μVONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μVONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV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：2、EM235AI/AO模块的设置二、模拟量扩展模块接线图及模块设置根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表：双极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF±25mV12.5μVOFFONOFFONOFFOFF±50mV25μVOFFOFFONONOFFOFF±100mV50μVONOFFOFFOFFONOFF±250mV125μVOFFONOFFOFFONOFF±500250μVOFFOFFONOFFONOFF±1V500μVONOFFOFFOFFOFFOFF±2.5V1.25mVOFFONOFFOFFOFFOFF±5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF±10V5mV2、EM235AI/AO模块的设置

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。

二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置

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。二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置EM235输入数据字格式：二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置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。EM235输入数据字格式：二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置在双极性格式中，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输入数据字格式：二、模拟量扩展模块接线图及模块设置2、EM235AI/AO模块的设置EM235输出数据字格式：

EM235输出数据字格式给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置：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。二、模拟量扩展模块接线图及模块设置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。

三、模拟量扩展模块的寻址（以EM235为例）三、模拟量扩展模块的寻址（以EM235为例）CPU224EM221DI8EM222DO8EM235AI4/AQ1EM223DI4/DO4EM235AI4/AQ1主机模块1模块2模块3模块4模块5I0.0Q0.0I2.0Q2.0AIW0AQW0I3.0Q3.0AIW8AQW4I0.1Q0.1I2.1Q2.1AIW2AQW2I3.1Q3.1AIW10AQW6I0.2Q0.2I2.2Q2.2AIW4I3.2Q3.2AIW12I0.3Q0.3I2.3Q2.3AIW6I3.3Q3.3AIW14I0.4Q0.4I2.4Q2.4

I0.5Q0.5I2.5Q2.5

I0.6Q0.6I2.6Q2.6

I0.7Q0.7I2.7Q2.7

I1.0Q1.0

I1.1Q1.1

I1.2

I1.3

I1.4

I1.5

三、模拟量扩展模块的寻址（以EM235为例）I/O分配实例练习请分配为每个模块分配I/O地址(开关量输入、输出，模拟量输入、输出)CPU224XP14DI/10DO2AI/1AOEM2234DI/4DOEM2218DIEM235AI4/AO1EM2228D0EM235AI4/AO1三、模拟量扩展模块的寻址（以EM235为例）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。

三、模拟量扩展模块的寻址（以EM235为例）注意：CPU若本身带两个AI和一个AO，则从AIW4、AQW4开始四、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，