浅谈西门子S7-1200PLC的模拟量转换，附实例演示

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今天来简单探讨一下西门子S7-1200PLC的模拟量使用方法。

实际工业应用中常常由传感器采集压力、温度、速度等非电信号，并将这些非电量转换为电压或电流信号再传输给PLC、单片机等控制系统，此时这些信号均为模拟量。我们往往要对PLC中采集的模拟量信息进一步的加工处理，方便用来计算、比较、显示等。

模拟量转换的相关设置

S7-1200(1214C)内部集成了2路模拟量信号输入通道，分别为通道0和通道1，也就是可以同时接收并处理两个传感器输入的模拟信号，对应的地址为IW64和IW66（长度为一个字，16位），在TIA PROTAL中选中PLC的“常规”—“AI”标签项可以进行查看和设置。

S7-1200PLC模拟量转换的工作原理

假设PLC的AI0口外接了一个温度传感器，传感器将测得的温度值转换为一个范围为0～10V的连续电压信号输入给PLC。模拟量经过PLC内部的A/D转换后被转换成了范围0～27648的数字量并存储在特定地址的寄存器中。具体的转换流程如下图所示。

如何将模拟量输入转换的数字值还原成对应的物理量？

例：某个压力传感器的量程为0～0.1MPa，转换成对应的电压信号为0～5V,设转换后地址IW64中的数值为N，尝试求以Pa为单位的压力值。

解： S7-1200PLC默认的模拟信号输入电压范围是0～10V,转换成数字信号的范围是0～27648，因为此压力传感器输出电压范围是0～5V，所以转换的数字信号范围是0～13824。压力传感器的测量压力范围是0～0.1MPa,由此可推导出公式，将电压值还原成以Pa为单位的压力值并将结果存储于寄存器MD30中。

电压转换成数字信号后存入IW64的数值为N

在博途软件中编写对应的PLC程序如下：

在编写梯形图程序时有以下两点需要特别注意：

1)因为PLC执行除法指令时会丢掉余数而只保留商值，这样会影响计算的精度，所以在编写梯形图程序计算压力值时要注意先乘后除。

2)IW64中的数据类型为整型（INT）,该值乘以100000后其结果会超出int的范围，所以必须先应用CONV指令将数据类型转换为DInt。

模拟量在PLC里怎么应用？5分钟后就学会模拟量接线和编程！

在工业应用中，最普遍的两个元素就是数字量和模拟量，今天我们聊一聊模拟量的编程，

模拟量作为工业控制中必不可少的一个元素，由模拟量传感器发出信号，最终由控制单元接收，可以表示温度，压力，流量，液位等等！在PLC控制系统中，最常见的模拟量信号为4-20ma，以前的文章我们也提到过，4-20ma作为行业标准有着得天独厚的优势。

那么除了4-20ma外，我们还可以用-10V~ +10V或者0-20ma等等，这些信号由传感器发送出来，最终进入到PLC模拟量输入通道，那么你知道PLC怎么识别和控制吗？

我们用实例来说明一下，看完本文后你也可以使用PLC编程控制模拟量！

一、 S7-200 模拟量使用简介

S7-200系列产品可以采集标准的电压、电流模拟量信号和热电偶、热电阻温度传感器信号。普通的电压和电流信号经过A/D转换成为0~32000 或者-32000~32000 之间的整数。温度传感器信号被直接转换为摄氏度（或华氏度）温度值，省去了复杂的温度值换算。

S7-200系列可以提供的模拟量输出信号有-10V~ +10V之间的电压和0~20mA 的电流信号，能够满足大多数模拟量负载的需求。

S7-200系列的模拟量扩展模块选型灵活，用户可以根据实际需要选择使用CPU224XP集成的模拟量通道，或者使用4通道输入、8通道输入、2通道输出、4通道输出和输入输出混合模块。

224 XP在CPU上集成了两个模拟量输入端口和一个模拟量输出端口。

224 XP 的模拟量输入/输出通道的精度为 12位。 224 XP上的模拟量输入转换速度比模拟量扩展模块慢，因此要求高的场合请使用模拟量扩展模块。

分辨率 是A/D模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。S7-200模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最小单位是满量程的1/4096。

模拟量转换的精度 除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。

二、CPU 224 XP本体集成的模拟量I/O接线图如下：

图中：

a:此处表示A+和B+都可以接±10V信号

b:电流型负载接在I和M端子之间

c:电压型负载接在V和M端子之间

S7-224 XP 的两路模拟量输入通道被出厂设置为电压信号(0－10V)输入。为了能够输入电流信号，必须在 A+ 与 M 端 (或 B+ 与 M 端) 之间并入一个500 欧姆的电阻。并必须确保外接电流源具有短路保护以防损坏。因为没有充分隔离，外接电阻也可成为干扰源。

为了得到尽量精确的测量结果，推荐使用公差尽可能小的电阻。当在500欧电阻两端施加最大 28.8V 的电压时，电阻消耗功率为1.66W。要选择功率大于1.66瓦的500欧电阻。

三、模拟量比例换算

S7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量信号，两者之间有一定的数学关系。这个关系就是模拟量/数值量的换算关系。例如，使用一个0 - 20mA的模拟量信号输入，在S7-200 CPU内部，0 - 20mA对应于数值范围0 - 32000；对于4 - 20mA的信号，对应的内部数值为6400 - 32000。

模拟量转换的目的不是在S7-200 CPU中得到一个0 - 32000之类的数值；对于编程和操作人员来说，得到具体的物理量数值（如压力值、流量值），或者对应物理量占量程的百分比数值更重要，这是换算的最终目标。

1、通用比例换算公式

模拟量的输入/输出都可以用下列的通用换算公式换算：

Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl

其中：

Ov:换算结果，Iv:换算对象，Osh:换算结果的高限，Osl:换算结果的低限，

Ish:换算对象的高限，Ish:换算对象的低限。

它们之间的关系可以图示如下：

2、实用指令库

为便于用户使用，用户可以将“自定义指令库”添加到自己的Micro/WIN编程软件中应用。下载并添加模拟量比例换算指令库如下图中的scale_E(V1.0),或scaling（V1.2）。

在这个指令库中，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。

四、模拟量编程实例

1、模拟电路图及接线如下图，24V电源采用S7-224 XP自带的电源。调节电位器可以得到0—9V的直流电压输出。

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