如何使用S7-200PLC模拟量输入扩展模块？

1.模拟量模块DIP设置

应用模拟量模块时，需要根据输入信号的规格设置右下角的DIP开关（组态开关）。DIP开关只对输入信号有效，并且对所有的输入通道都是相同的。也就是说DIP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。DIP开关的设置只有在重新上电后才能生效。DIP开关在模块上的位置与样式，如图6-17所示。

图中所示DIP开关共6个，从左往右为SW1～SW6；向上拨为ON，向下拨为OFF；对于EM 231来说只有前面的SW1、SW2和SW3起作用，后面的3个不起作用。而EM235这6个DIP开关都有用。表6-3列出了S7-200 PLC模拟量输入扩展模块EM 231的DIP开关设置。EM 231 RTD与EM 231 TC的DIP开关设置与EM 231的DIP设置方法相同，具体设置请查看相关资料。

图6-17 DIP开关

表6-3 EM231DIP开关设置

由上表可以看出，在S7-200模拟量模块的输入信号中没有4～20mA电流型输入信号的DIP选择开关，若用到4～20mA模拟量输入信号时，DIP开关设置与0～20mA的设置一样，但对应的4mA的变换必须通过程序实现。

在S7-200中，单极性模拟量输入/输出信号的数值范围是0～32000；双极性模拟量信号的数值范围是-32000～+32000。如果信号为0～20mA电流信号，则对应PLC中的数值就是0～32000；如果信号为4～20mA，按比例关系则对应PLC中的数值范围就是6400～32000。同样道理，如果信号为±10V，则对应PLC的数值范围就是-32000～+32000。

双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”，单极性不过“零”。由于模拟量转换为数字量，是有符号整数，所以双极性信号对应的数值会有负数。对于单极性与双极性可以理解为当变频器控制电动机时，可以实现电动机的正转或者反转，如果指定一个方向的旋转，如正转，即为单极性；如果既有正转又有反转则为双极性。

2.模拟量数据格式与寻址

模拟量输入/输出数据是有符号整数，占用一个字的长度（两个字节），所以地址必须从偶数字节开始。格式如下：

输入：AIW[起始字节地址]，如：AIW6。

输出：AQW[起始字节地址]，如：AQW0。

每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序和输入通道数目，以固定的递增顺序向后排地址。例如：AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。

对于EM231 RTD（热电阻）两通道输入模块，不再占用空的通道，后面的模拟量输入点是紧接着排地址的。

每个有模拟量输出的模块占两个输出通道。即使第一个模块只有一个输出AQW0，第二个模块的输出地址也应从AQW4开始寻址（AQW2被第一个模块占用），依此类推。

温度模拟量输入模块（EM 231 TC、EM 231 RTD）也按照上述规律寻址，但是所读取的数据是温度测量值的10倍（摄氏或华氏温度）。如：520相当于52.0度。

3.模拟量的A/D转换

模拟量值和A/D转换值的转换，在应用中十分广泛，也是PLC学习中的重中之重。S7-200 PLC中，0～20mA模拟量所对应的数字量输出为0～32000；4～20mA对应的数字量输出为6400～32000，6400的得来为32000/20×4=6400。至于为什么是32000，可以这么理解，根据模拟量的数据格式知道，一个模拟量占用一个字的长度共16位，最高位为符号位，其余15位为数据位，2¹⁵=32768，为了计算方便，取整为32000。

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（D值为PLC采集上来的数值）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

具体举例，模拟量信号4～20mA经A-D转换后，得到的数值是6400～32000，即A0=4，Am=20，D0=6400，Dm=32000，代入公式得：

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：

6400×16/25600+4=8mA

又如，某温度传感器，-6～60℃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=[60-（-10）]×（AIW0-6400）/25600+（-10）可以用T直接显示温度值。

模拟量值和A-D转换值的转换比较难以理解。下面通过一个实例讲解来说明模拟量在程序中是如何转换的。(https://www.xing528.com)

例6-1有两个传感器均为四线制仪表，一个量程为0～1.0MPa，0～20mA输出；另一个量程为0.2～1.0MPa，4～20mA输出。控制系统采用CPU 226 CN带一4通道模拟量输入扩展模块EM 231，现要求编写此两个模拟量的采集程序。

（1）主要硬件配置

①编程软件V4.0 STEP 7-Micro/WIN SP9。

②一台CPU 226 CN+一块4通道EM 231。

③PC/PPI电缆+计算机。

④两台传感器。

⑤相关工具。

（2）步骤

1）硬件连接，其接线如图6-18所示，不用通道短接。

图6-18 接线图

2）分析。首先，两个传感器的量程为0～1.0MPa，0.2～1.0MPa，均不过“零”，故为单极性；其次，一个是0～20mA输出，应对应PLC的数值范围为0～32000，一个是4～20mA的输出，对应PLC的数值范围为6400～32000；再次，均为电流信号，所以EM 231的DIP开关SW1、SW2、SW3应设置为ON、OFF、OFF，并且设置完成后断电重新上电。

3）编写程序。对于模拟量输入信号的采集的编程，有两种方法可以实现。第一种，编程者自己编写模拟量输入采集程序；第二种，可以调用S7-200 PLC编程软件所提供的名称为“Scale”的库文件。“Scale”的库文件是西门子公司专为S7-200 PLC模拟量输入采集所编写的子程序。使用前，必须先添加此库文件；添加完成后，可以直接在程序中调用。此库文件可以在西门子官方网站上下载，添加完成后，在编程软件的“库”下面，可以找到名称为“Scaling”的库文件，如图6-19所示。

图6-19 模拟量库文件

子程序Scale_I_to_R可用来进行模拟量输入到S7-200内部数据的转换；子程序Scale_R_I可用于内部数据到模拟量输出的转换。表6-4列出了Scale_I_to_R个引脚的详细说明。

表6-4 Scale_I_to_R引脚定义

图6-20所示为4～20mA模拟量输入转换为内部百分比值，其中的VW100可以为模拟量输入通道地址（如AIW0）；图6-21为将内部百分比值转换为4～20mA模拟量输出，直接输出模拟量输出地址AQW0。

图6-20 4～20mA模拟量输入转换为内部百分比值

图6-21 将内部百分比值转换为4～20mA模拟量输出

4）自己编写模拟量程序，如图6-22所示。

5）调用库文件模拟量程序，如图6-23所示。

图6-22 自己编写模拟量程序

图6-23 调用库文件模拟量程序