信号模块和信号板设计

S7-1200信号模块连接到CPU的右侧，以扩展其数字量或模拟量I/O的点数，并且每一个正面都可以增加一块信号板，以扩展数字量或模拟量I/O。CPU 1212C只能连接两个信号模块，CPU 1214C可以连接8个信号模块。所有的S7-1200 CPU都可以在CPU的左侧安装。

S7-1200所有的模块都具有内置的安装夹，能方便地安装在一个标准的35mm DIN导轨上。S7-1200的硬件可以竖直安装或水平安装。所有的S7-1200硬件都配备了可拆卸的端子板，不用重新接线，就能迅速地更换组件。

1.信号板

信号板可以用于只需要少量附加I/O的情况。所有的S7-1200 CPU模块都可以安装一块信号板，并且不会增加安装的空间。在某些情况下使用信号板，可以提高控制系统的性能价格比。只需要添加一块信号板，就可以根据需要增加CPU的数字量或模拟量I/O点。

安装时将信号板直接插入S7-1200 CPU正面的槽内即可。信号板有可拆卸的端子，因此可以很容易地更换信号板。

常见的信号板有两种：

1）SB 1223数字量输入/输出信号板如图2-1所示。它的两点DC 24V输入有上升沿、下降沿中断和脉冲捕获功能。输入参数与CPU集成的输入点的基本上相同。用作高速计数器的时钟输入时，最高输入频率为30kHz。

两个DC 24V MOSFET输出点的最大输出电流为0.5A，最大白炽灯负载为DC 5W，可以输出最高20kHz的脉冲列。

2）SB 1232模拟量输出信号板如图2-2所示。其输出分辨率为12位的-10～+10V电压，负载阻抗大于等于1000Ω；或输出分辨率为11位的0～20mA电流信号，负载阻抗小于等于600Ω，不需要附加的放大器。25℃满量程的最大误差为±0.5%，0～55℃满量程的最大误差为±1.0%。有超上限/超下限、电压模式对地短路和电流模式断线的诊断功能。

图2-1 2DI/2DO信号板

图2-2 SB1232模拟量输出信号板

2.数字量I/O模块

数字量输入/输出（DI/DO）模块和模拟量输入/输出（AI/AO）模块统称为信号模块。可以选用8点、16点和32点的数字量输入/输出模块（见表2-3），来满足不同的控制需要。

表2-3 数字量输入/输出模块

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3.PLC对模拟量的处理

在工业控制中，某些输入量（例如压力、温度、流量、转速等）是模拟量，某些执行机构（例如电动调节阀和变频器等）要求PLC输出模拟量信号，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量程的电流或电压，例如4～20mA，1～5V，0～10V，PLC用模拟量输入模块的A-D转换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A-D转换后用二进制补码来表示。

模拟量输出模块的D-A转换器将PLC中的数字量转换为模拟量电压或电流，再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是实现A-D转换（模拟量输入）和D-A转换（模拟量输出）。

A-D转换器和D-A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨率越高。模拟量输入/输出模块的另一个重要指标是转换时间。

4.模拟量模块

S7-1200现在有5种模拟量模块，此外还有后来增加的热电阻模块和热电偶模块。

（1）4通道模拟量输入模块SM 1231 AI 4×13bit

此模块的模拟量输入可选±10V、±5V和±2.5V电压，或0～20mA电流。分辨率为12位加上符号位，电压输入的输入电阻大于或等于9MΩ，电流输入的输入电阻为250Ω，模块有中断和诊断功能，可监视电源电压和断线故障。所有通道的最大循环时间为625μs。

额定范围的电压转换后对应的数字为-27648～27648。25℃或0～55℃满量程的最大误差为±0.1%或±0.2%。可按弱、中、强3个级别对模拟量信号做平滑（滤波）处理，也可以选择不做平滑处理。模拟量模块的电源电压均为DC 24V。

（2）2通道模拟量输出模块SM 1232AO 2×14bit

此模块的输入电压为-10～+10 V时，分辨率为14位，最小负载阻抗为10000Ω。输出电流为0～20mA时，分辨率为13位，最大负载阻抗600Ω有中断和诊断功能，可监视电源电压、短路和断线故障。数字-27648～27648被转换为-10～+10V的电压，数字0～27648被转换为0～20mA的电流。

电压输出负载为电阻时转换时间为300μs，负载为1μF电容时转换时间为750μs。

电流输出负载为1mH电感时转换时间为600μs，负载为10mH电感时为2ms。

（3）4通道模拟量输入/2通道模拟量输出模块

模块SM 1234的模拟量输入和模拟量输出通道的性能指标分别与SM 1231 AI 4×13bit和SM 1232AO 2×14bit的相同，相当于这两种模块的组合。