西门子PLCS7 [西门子S7-200PLC模拟量输入处理方法的应用研究]
摘要：文章研究了一种线性变换的方法，利用线性变换的原理实现现场工程量的转换。根据西门子S7-200PLC模拟量输入的特点和模拟量输入值的对应关系，实现线性变换在模拟量输入处理中的具体应用。
关键词：PLC；A/D转换；线性变换；变送器
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）23-0066-03
S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。
S7-200PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制系统。其控制规模可以从几点到上百点。
在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、速度、旋转速度、pH值、粘度等。为了实现自动控制，这些模拟量信号需要被PLC处理。
S7-200PLC模拟量输入扩展模块分为模拟量输入模块、模拟量输入/输出混合模块。
模拟量输入扩展模块提供了模拟量输入功能。S7-200的模拟量输入扩展模块具有较大的适应性，可以直接与传感器相连，有很大的灵活性，并且安装方便。
1 S7-200系列PLC模拟量输入模块介绍
1.1 主要模块的功能及特性
1.1.1 模拟量输入模块EM231。EM231具有４路模拟量输入，输入信号可以是电压也可以是电流，其输入与PLC具有隔离。输入信号的范围可以由SW1、SW2和SW3设定。
输入特性：4路模拟量输入
电源电压：标准24VDC/4mA
输入类型：0～10V、0～5V、±5V、±2.5V、0～20mA
分辨率：12bit
转换速度：250?s
隔离：有
1.1.2 模拟量混合模块EM235。EM235具有４路模拟量输入和１路模拟量输出。它的输入信号可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程是由开关SW1、SW2到SW6设定。EM235有１路模拟量输出，其输出可以是电压也可以是电流。
1.2 模块的寻址方式和模拟量值的表示方法
1.2.1 模拟量输入模块的寻址—模拟量输入映像区（AI区）。模拟量输入映像区是S7-200CPU为模拟量输入端信号开辟的一个存贮区。S7-200将测得的模拟值（如温度、压力）转换成1个字长的（16bit）的数字量，模拟量输入用区域标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。该区的数据为字（l6bit）。其表示形式如下：AIW0、AIW2……AIW30，起始地址从零开始，地址按偶数分配。应当指出，模拟量输入值为只读数据。
1.2.2 模拟量值的表示。模拟量输入值的对应关系：现场变送器输出标准的电压或电流信号（2～10V、4～20mA），输入到模拟量输入模块，在模拟量输入模块的每一个通道都有一个A/D（模拟量转换为数字量）转换器，将现场的电信号转换为PLC处理器（CPU）能够识别的数字量。
S7-200模拟量输入规定，输入0～20mA经过A/D转换器后转换为0～32000的数字量。由于4mA为20mA的20%，并且A/D转换为线性转换，以此推出4～20mA经过A/D转换器后转换为6400～32000的数字量。
以上为电流信号的对应关系，电压信号的对应关系和电流信号一致。
2 模拟量值的变换和处理方法
由于S7-200PLC没有相应的模拟量处理的指令，但在实际自动控制应用中模拟量的使用很广。如果用以上的模拟量对应关系参与程序控制，会带来很大的麻烦和不便。这里寻求一种方法来解决该问题。
2.1 模拟量输入信号的变换（输入信号为4～20mA）
信号的变换需要经过以下过程：物理量→传感器信号→标准电信号→A/D转换→数值显示。
以现场压力变送器为例，推算一种模拟量输入处理方法。
现在有一个量程为0～10MPa的压力变送器，该变送器输出的电信号为4～20mA。将该变送器接到模拟输入模块第一个通道，地址为AIW0。根据模拟量输入值的对应关系，AIW0中的值为6400～32000。
由于A/D转换器为线性转换，变送器也是将量程为0～10MPa的压力这个非电量信号线性转换为4～20mA的电信号，所有这些转换均为线性转换。所以可以用线性变换的方法来推算一种模拟量输入处理方法。
设PLC处理器（CPU）处理完的实际值为Y，现场压力变送器输入到模拟量输入通道经过A/D转换后的对应值为X（AIW0中的值）。
实现过程：
压力传感器信号为：0～10MPa，实际值设为Y
压力变送器输出为：4～20mA
输入到模拟量输入通道经过A/D转换器后的对应值为：
AIW0中对应的输入值为：6400～32000
输入值设为X
线性转换公式：
Y/（10－0）＝（X－6400）/（32000－6400）
转化为便于程序编写的公式：
Y＝（X-6400）/25600×10
其中10为该压力变送器的量程，量程不同的变送器只需改变该值即可。单位与程序无关。
2.2 模拟量输入的处理方法（输入信号为0～20mA）
实现过程：
压力传感器信号为：0～10MPa，实际值设为Y
压力变送器输出为：0～20mA
输入到模拟量输入通道经过A/D转换器后的对应值为：
AIW2中对应的输入值为：0～32000
输入值设为X
线性转换公式：
Y/（10－0）＝（X－0）/（32000－0）
转化为便于程序编写的公式：
Y＝X/32000×10