模拟量输入模块：2.6.2高质量技术实现

S7-300的模拟量I/O模块包括模拟量输入模块SM 331、模拟量输出模块SM 332、模拟量输入/输出模块SM 334和SM 335。

1.模拟量变送器

生产过程中大量的连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。有的是非电量，例如温度、压力、流量、液位、物体的成分和频率等。有的是强电电量，例如发电机组的电流、电压、有功功率和无功功率、功率因数等。变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号，例如DC 0～10V的电压和DC 4～20mA的电流。

2.SM 331模拟量输入模块的基本结构

模拟量输入（AI）模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字，其主要组成部分是A-D（Analog-Digit）转换器（见图2-31中的ADC）。AI模块的输入信号一般是变送器输出的标准量程的直流电压、直流电流信号，有的模块也可以直接连接不带附加放大器的温度传感器（热电偶或热电阻），这样可以省去温度变送器。

图2-31 AI模块示意图

AI模块的各个通道可以分组设置为电流输入、电压输入或温度传感器输入，并选用不同的量程。大多数模块的分辨率（转换后的二进制数字的位数）可以在组态时设置。

AI模块由多路开关、A-D转换器（ADC）、光隔离元件、内部电源和逻辑电路组成。各模拟量输入通道共用一个A-D转换器，用多路开关切换被转换的通道，AI模块各输入通道的A-D转换过程和转换结果的存储与传送是顺序进行的。各个通道的转换结果被保存到各自的存储器，直到被下一次的转换值覆盖。

传感器与模拟量输入模块各种接线方式见随书光盘中的《S7-300模块数据设备手册》。

使用屏蔽电缆时最大距离为200m，输入信号为50mV或80mV时，最大距离为50m。

3.AI模块的量程卡

AI模块用量程卡（或称为量程模块）来切换不同类型的输入信号的输入电路。量程卡安装在AI模块的侧面，每两个通道为一组，共用一个量程卡，图2-32中的模块有8个通道，因此有4个量程卡。

对模块组态时，可以获得所选量程的量程卡的位置。设置量程卡时先用螺钉旋具将量程卡从模拟量输入模块中撬出来，再按要求将量程卡插入模拟量输入模块。应正确地设置量程卡，否则将会损坏模拟量输入模块。如果量程卡上的标记C与AI模块上的箭头标记相对，则量程卡被设置在C位置。各位置对应的测量类型和测量范围都印在AI模块上。

图2-32 AI模块的量程卡

4.模拟量输入模块的组态

双击HW Config的机架中的8通道12位AI模块，打开其属性对话框。模块的参数主要在“输入”选项卡中设置。

（1）测量范围的选择(www.xing528.com)

图2-33中每两个通道为一组，可以分别设置每一通道组的量程。单击某通道组的“测量型号”输入框，在弹出的菜单中选择测量的类型。图2-33中的“2DMU”是2线制电流变送器。如果未使用某一组的通道，应选择测量型号列表中的“取消激活”，禁止使用该通道组，以减小模块的扫描时间。

图2-33 AI模块的参数设置

单击“测量范围”输入框，在弹出的菜单中选择量程，图2-33中2号和3号通道的测量范围为4～20mA。测量范围输入框下面的“[D]”表示对应的量程卡的位置应设置为“D”。组态好测量范围后，应保证量程卡的实际位置与组态时要求的位置一致。

（2）模块测量精度与转换时间的设置

SM 331采用积分式A-D转换器，积分时间与干扰抑制频率互为倒数。AI模块6ES7 331-7KF02-0AB0的参数见表2-5。积分时间越长，转换精度越高，快速性越差。积分时间为20ms时，对50Hz的干扰噪声有很强的抑制作用。为了抑制工频信号对模拟量信号的干扰，一般选择积分时间为20ms。单击图2-33最左边的“干扰频率”方框，可以用弹出的菜单选择按积分时间或按干扰抑制频率来设置参数。单击某一组的干扰频率或积分时间文本框，用弹出的菜单选择需要的参数。

表2-5 模拟量输入模块的参数

（3）中断功能的设置

可以用复选框设置是否启用诊断中断、各组是否有组诊断功能和断线检查功能。模拟量输入模块在出现下列故障时发出诊断消息：外部辅助电源故障、组态/参数设置出错、共模错误、断线、下溢出和上溢出。

如果启用了模拟值超出限制值的硬件中断，“上限”和“下限”输入框的背景变为白色，可以设置产生超限中断的上限值和下限值。

（4）模拟量转换后的模拟值表示方法

模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，模拟值用16位二进制补码（整数）来表示。最高位（第15位）为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。

模拟量经A-D转换后得到的数值的位数（即转换精度）可以设置为9～16位（与模块的型号和组态有关），如果小于16位（包括符号位），则模拟值被自动左移，使其符号位和转换得到的位在16位字的高端，模拟值左移后低端空出来的位则填入“0”，这种处理方法称为“左对齐”。设模拟值的精度为12位加符号位，左移3位后未使用的低3位（第0～2位）为0，相当于实际的模拟值被乘以8。这种处理方法使模拟值与模拟量的关系与组态的A-D转换的位数无关，便于对模拟值的后续处理。

表2-6给出了AI模块的模拟值与以百分数表示的模拟量之间的对应关系，其中最重要的关系（用加粗的字体标出）是双极性模拟量量程的上、下限（100％和-100％）分别对应于模拟值27648和-27648，单极性模拟量量程的上、下限（100％和0％）分别对应于模拟值27648和0。

表2-6 SM 331模拟量输入模块的模拟值

AI模块在模块通电前或模块参数设置完成后第一次转换之前，或上溢出时，其模拟值为7FFFH，下溢出时模拟值为8000H。可以调用程序库TI-S7 Converting Blocks中的FC 105，来计算AI模块输出的模拟值对应的物理量的值（见3.8.2节）。