模擬量輸入輸出講解

1、對輸入、輸出模擬量的PLC編程的探討及編程實(shí)例解析對于初學(xué)P LC編程的人來說，模擬量輸入、輸出模塊的編程要比用位變量 進(jìn)行一般的程序控制難的多，因?yàn)樗粌H僅是程序編程，而且還涉及到模擬量的 轉(zhuǎn)換公式推導(dǎo)與使用的問題。不同的傳感變送器，通過不同的模擬量輸入輸出模 塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式是不一樣的，如果選用的轉(zhuǎn)換公式不對，編出的程序肯定 是錯誤的。比如有3個溫度傳感變送器：(1) 、測溫范圍為0200,變送器輸出信號為420ma(2) 、測溫范圍為0200 ，變送器輸出信號為05V(3) 、測溫范圍為-100 500 ，變送器輸出信號為420ma(。和(2)二個溫度傳感變送器，測溫范圍一樣，但輸

2、出信號不同，(1 )和(3) 傳感變送器輸出信號一樣，但測溫范圍不同，這3個傳感變送器既使選用相同的 模擬量輸入模塊，其轉(zhuǎn)換公式也是各不相同。一、轉(zhuǎn)換公式的推導(dǎo)下而選用S7-2O0的模擬量輸入輸出模塊EM2 35的參數(shù)為依據(jù)對上述的 3個溫度傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換公式的推導(dǎo)：對于(1)和(3)傳感變送器所用的模塊，其模擬量輸入設(shè)置為0 20ma電 流信號，2 0 m a對應(yīng)數(shù)子量=32000, 4 ma對應(yīng)數(shù)字量=64 0 0;對于(2)傳感變送器用的模塊，其模擬量輸入設(shè)置為05V電壓信號，5V 對應(yīng)數(shù)字量=320 0 0, 0V對應(yīng)數(shù)字量二0;這3種傳感変送器的轉(zhuǎn)換公式該如何推導(dǎo)的呢？這要借助與數(shù)學(xué)

3、知識幫助， 請見下圖：6400 AIWx 32000(I)傳感器HAIW關(guān)糸圖(1)傳感器測濕T=200°時(shí)，輸出電流1=2 Oma,模塊轉(zhuǎn)換數(shù)字量AIW=32000；測泡T=O0時(shí)，輸出電流I=4ma,模塊轉(zhuǎn)換數(shù)寧壘A1W=6400. T與AIW的關(guān)系曲線如上左圖所示，根 據(jù)三角形相似定理可知：KABM-KCDM故可列：空=竺 (1-1)由圖知：4CD DMAB=200 CD=Tx BM=32000-6400 DM=AIVx-6400 帶入(11)式，可得；卩 00x(-6400)(“ “(32000-6400)(2)傳感器測溫T=2Q0°時(shí)，輸出電壓V=5V,模塊轉(zhuǎn)換數(shù)

4、寧忑"9T=Q°時(shí)，輸出電壓=QV，模塊轉(zhuǎn)換數(shù)字量盒IW=IL T與MW的關(guān)系曲綻如上中圖所示,根據(jù)三第形相似定理可知：302DO心A D Z>/"i故可列2 (1-2)由圖知m PCD DOAB二200 CD=Tx BM=32000 DJI=AIWx 帶入(1-2)式，可得三 P(2-2)劃(3)傳感器測溫T=5時(shí)時(shí)，輸出電流I=20ma,模塊轉(zhuǎn)換數(shù)字AIW=32000?測T=-100°»,輸出電流I=4ma,模塊轉(zhuǎn)換?fiAIW=6400D T與AIW的關(guān)系曲線如上右圖所示，根據(jù)三角形相似宦理可知：MBM-CDM屮故可列s = (1-

5、3)由圖知：2CD DM起=500+100=600 CD=7；+100 BM=32000-6400 DM：二ATWh-6400 帶入(i-3式,次竺竺土哩“00(32000- 6400)上面推導(dǎo)出的(2-1) .(2-2)、(2-3)三式就是對應(yīng)(1)、(2)、(3)三種溫度傳感變送器經(jīng)過模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后再換算為被測量的轉(zhuǎn)換公式。編程 者依據(jù)正確的轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行編程，就會獲得滿意的效果。二、變送器與模塊的連接通常輸出420ma電流信號的傳感變送器，對外輸出只有 .二根連線, 它需要外接24V電源電壓才能工作，如將它的+、-二根連線分別與24V電源的 正負(fù)極相連，在被測量正常變化范圍內(nèi)，此回路將

6、產(chǎn)生4 20ma電流，見下左圖。 下右圖粉色虛線框內(nèi)為EM235模塊第一路模擬輸入的框圖，它有3個輸入端， 其A+與A為A/D轉(zhuǎn)換器的+ -輸入端,RA與A 之間并接2500標(biāo)準(zhǔn)電阻。 A/D轉(zhuǎn)換器是正邏輯電路，它的輸入是05V電壓信號，A為公共端，與PLC的 24V電源的負(fù)極相連。+I|A+申 Ira丄輸入+AQ轉(zhuǎn)換器那么2 4V電源、傳感變送器、模塊的輸入口三者應(yīng)如何連接才是正確的？ 正確的連線是這樣的：將左圖電源負(fù)極與傳感器輸出的負(fù)極連線斷開，將電源的 負(fù)極接模塊的A 端，將傳感器輸出負(fù)極接RA端，R A端與A+端并接一起，這 樣由傳感器負(fù)極輸出的42 Oma電流由RA流入250Q標(biāo)準(zhǔn)電

7、阻產(chǎn)生05V電 壓并加在A+與A-輸入端。切記：不可從左圖的24V正極處斷開，去接模塊的信號輸入端，如這樣連接, 模塊是不會正常工作的。對第(2)種電壓輸出的傳感変送器，模塊的輸入應(yīng)設(shè)置為05V電壓模式，連 線時(shí)，變送器輸出只連A+、A- RA端空懸即可。三、按轉(zhuǎn)換公式編程：根據(jù)轉(zhuǎn)換E變量的精度要求，對轉(zhuǎn)換公式編程有二種形式：1、整數(shù)運(yùn)算，2、 實(shí)數(shù)運(yùn)算。請見下面梯形圖：(A)、整數(shù)運(yùn)算的梯形圖：該梯形圖是第(1)種 溫度傳感變送器(測溫：CT200，輸出：曠20ma)按 公式(2-1)以整數(shù)運(yùn)算編寫的轉(zhuǎn)換程序，它可作為一個子程序進(jìn)行調(diào)用。(B)實(shí)數(shù)運(yùn)算的梯形圖：該梯形圖是對一個真空壓力變送器

8、（量程：00.1Mpa,輸出：420m a）按公式（2T）以實(shí)數(shù)運(yùn)算編寫的轉(zhuǎn)換程序，可作為一個子程序進(jìn)行調(diào)用。四、編程實(shí)例及解析某設(shè)備裝有4種傳感器：口、真空壓力傳感器，量程為：00.1Mpa;輸出給 PLC的信號為420m a。2、蒸汽壓力傳感器，量程為：0I.OMpa;輸出給PLC的信號為420ma。3、溫度傳感器，量程為：0200 度；輸出給PLC的信號為420mao »4、 電機(jī)轉(zhuǎn)速，量程為：050轉(zhuǎn)/秒；輸出給PLC的信號為420mao該設(shè)備用蒸汽對其罐體加熱，并對溫度要求按設(shè)定的溫度值進(jìn)行溫度控制。 控制方式采用自動調(diào)整電動閥開門角度的大小來改變加熱管道的蒸汽的流量。電

9、動閥的控制信號為420ma ,即輸入4ma時(shí)，電動閥關(guān)門，輸入2 0ma時(shí)，電動 閥門全開。為此選用了含有4路模擬輸入和一路模擬輸出的模塊EM235o其4路模擬 量輸入信號皆設(shè)定為020ma電流輸入模式，一路模擬量輸出信號設(shè)定為4 20ma電流輸出模式。a要求用觸摸屏顯示這4種信號的時(shí)時(shí)狀態(tài)值，并在觸摸屏上設(shè)置控制的溫度參數(shù)，傳給PLC使PLC按此值進(jìn)行溫度控制。由于本 文重點(diǎn)是講述有關(guān)模擬量的輸入與輸出的編程設(shè)計(jì)，對觸摸屏的編程設(shè)計(jì)不予講 述，只提供觸摸屏與PLC的通訊變量：VDO:為真空壓力顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。VD4：為蒸汽壓力值顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。VW8:為蒸汽溫度值

10、顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。VW 1 0:為電機(jī)轉(zhuǎn)速值顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。VW 1 2:設(shè)定溫度值區(qū)，由觸摸屏傳送給PLC.一、硬件電路的配置：（一）、硬件設(shè)置除上述4種傳感器外，選用：a 1、S7-2O0PLC 臺，型號為:CPU222 CN。2金、選用EM235模擬量輸入模塊一塊（輸入設(shè)置:020 ma X作模式; 輸出設(shè)置：4"20m a）。3、變頻器一臺，型號為P I 8100,由PLC控制啟停，手動調(diào)速。4、西門子觸摸屏一塊。型號:Smar t 700A硬件電路圖開機(jī)“210V” 1r電瑟閥工作電汽II水|&卬®1L 012 2L 3 45&#

11、187;QCnCPU 222 CNI-I_ ioIM 01234567 Mi LIL*報(bào)WWW T出-220V觸損屛功能：k昱示混必 壓辦 貝空壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)連（二）、對傳感器輸出的4 20ma轉(zhuǎn)換為顯示量程的公式推導(dǎo)：EM235模擬量輸入輸出模塊，當(dāng)輸入信號為2 Oma時(shí)，對應(yīng)的數(shù)字量= 32000, 故：輸入二4m a時(shí)，對應(yīng)的數(shù)字量二6400,對應(yīng)顯示量程值二0。輸入20ma時(shí)，對應(yīng)的 數(shù)字量=32 0 0 0,對應(yīng)顯示量程值最大值二Hm,其輸出量與模塊的數(shù)字量的變化關(guān)系曲線 如圖一所421«門電動裝置示：根據(jù)三角形相似走理2 A ABC- A ADE故一二一 4DE AD整理得

12、，DE= BC-AD屮ABDE = %仍二斜00丿這是一個通式，將4個參數(shù)的最大值帶入式中,(32000- 6400)可得以下4個公式：aK真空壓力轉(zhuǎn)換公式：丹匕二01x (靈"殆_ 6400) 單位，MPa; (32000一 6400)2、蒸汽壓力轉(zhuǎn)換公式：屁“1.0少恥_2°°) 單位：MPa i(32000- 6400)3、蒸汽溫度轉(zhuǎn)換公式：血=1咒邛恥遼刑00)單位：度丄(32000-6400)4、電機(jī)轉(zhuǎn)謹(jǐn)轉(zhuǎn)換公式；陰=5Z 凹竺二空型I r丿肩彈，伽丿(32000_6400)匕J二丿JJ這4個轉(zhuǎn)換公式，祈二種為實(shí)數(shù)運(yùn)算，后二種為整數(shù)運(yùn)算，為簡化程序，自定

13、艾二個功 能塊分別用于實(shí)數(shù)與整數(shù)運(yùn)算，而每個功能塊在程序運(yùn)行中又都調(diào)用二次，分別計(jì)算不同的 物理董。為此功能塊設(shè)有二個數(shù)字輸入與一個計(jì)算結(jié)果輸出三個口，以適用于多次調(diào)用去計(jì) 算不同物理量的值。請見下面編程：(三人實(shí)數(shù)運(yùn)算功能塊(SBR.O):將輸入整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)阿絡(luò)1冃絡(luò)1將輸入整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)SMO.OI IDLRENENOttSHI in:LWO-OUTVO 40VD4O-INOUT-VD100SMO.OT VD100-6400 0-OUTVD112Ljoncjkoijcj冋絡(luò)2 實(shí)數(shù)運(yùn)輕VDO : AIW* VD4:杲大晁程（如溫度200壓力MMPg） VD12:中間運(yùn)算數(shù) VD8：求出的

14、爲(wèi)程值SUB.RENENOMUL-RENENOttSH2Jn:LD2-VD112-IN1IN?OUT5112DIV_RENENOVD112-256000-INIIN2OUTttSHI ot:LD6ongkong（四）.整數(shù)運(yùn)算功能快（SBR_1）:符號數(shù)齋類型ILWOLD2EN ZHEIJn ZHE2jnN N NH I I1 4：BOOLIiNT| 沃面夏擬塊轉(zhuǎn)換的數(shù)宇量孩尋DINT勒入是大量程低LW6 ZHE.otIN.OUT OUTINT運(yùn)U結(jié)果（整數(shù)形式）輻出岡紹1將輸入恕數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)阿絡(luò)2整數(shù)運(yùn)宜VW100 : AIWxVW104：最犬量程（如溫度200 ） V112中間運(yùn)算數(shù) V

15、508:求出的量程值SM0.0SUB_DII Ipmriun1 1ciNcr«uAVD200-INIOUTVD2124-6400-IN2goncjkoncjcjoijcijcoijci（五八 將模塊的數(shù)字量，按對應(yīng)公式轉(zhuǎn)換為量程顯示值的編程分析以上梯形圖可知，該程序編寫的特點(diǎn)：1、選用自定狡功能塊編寫轉(zhuǎn)換公 式的子程序，2、對多個轉(zhuǎn)換變量的調(diào)用采用每個掃描周期對MBO加1的依次循 環(huán)調(diào)用的方式，這樣的編程處理會使編寫的程序，簡短易讀易懂。（六）、對模擬量輸出的編程處理對罐體溫度控制是采用漸近比較的控制方式進(jìn)行編程。設(shè)計(jì)思路是這樣的：當(dāng)罐體的溫度低于設(shè)定溫度1 0度時(shí)，控制加熱蒸汽的電

16、動閥門全打開，當(dāng) 罐體的溫度低于設(shè)定溫度7度時(shí)，電動閥門打開3/4,當(dāng)罐體的溫度低于設(shè)定溫 度4度時(shí)，電動閥門打開1 /2,當(dāng)罐體的溫度低于設(shè)定溫度2度時(shí)，電動閥門打 開1 /4,當(dāng)罐體的溫度低于設(shè)定溫度1度時(shí)，電動閥門打開1/8,當(dāng)罐體的溫度= 設(shè)定溫度時(shí)，電動閥門關(guān)閉。電動閥門的控制信號為420m即輸入4航時(shí)，閥門關(guān)閉當(dāng)輸入20“時(shí)，閥門全 打開。如設(shè)電動閥門全開時(shí)，門打開度汕 則閥門打開度“乂蘭 (5-DP16即： Ixonia時(shí)，a二0 (全關(guān))氐二20睛時(shí)，a =1 (全開)*溫度傳感變送器的被測溫度與輸出電流的關(guān)系式為；4 = 4十翳<3-2).(21)式又可變換為:(320

17、00 - 6400)A毗=128Tzx十6400fj列馬”。了馬溫度轉(zhuǎn)換公式為：Tzx = 200x 期竺WO。'(2-1H將(2-1)式帶入(3-2)式，得:(3-3) *1 _彳卜16(川農(nóng)-6400)工 _(32000- 6400)將(3-3式帶入(3-1)式，得:(A1WX 一 6400) (32000-6400)(3-4)卩將此式轉(zhuǎn)換為:AIWX = (32000 6400) 640(2- 1 a)式為溫度與數(shù)字量的關(guān)系式，用它可將設(shè)定溫度值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的 數(shù)字量。如設(shè)定溫度Tz=12O度，帶入(2-1a),可得對應(yīng)數(shù)字量A I W二2 1 760(3-5)式為數(shù)字量與電動閥門

18、打開度a的關(guān)系式，可用它輸送給模塊不同 的數(shù)字量，來改變模塊的模擬量輸出值，進(jìn)而達(dá)到改變電動閥門的打開角度。如：a =1代入(3-5)可得:AIWx=320O 0將3 2000送入給模塊的AQW0,模塊的模擬量輸出將產(chǎn)生20ma電流輸入給電動閥的信號輸入端, 使閥門全打開。a =1/2代入(3-5)式可得:AIWx = 1920O將1920 0送入給模塊的AQW0, 模塊的模擬量輸出將產(chǎn)生1 2m a電流輸入給電動閥的信號輸入端，使閥 門打開1/2o下而是利用漸近比較法進(jìn)行溫度控制的梯形圖：程序解釋見網(wǎng)絡(luò)上的 說明冃絡(luò)11VW12:設(shè)定溫度值VW50:力控制點(diǎn)溫度對應(yīng)數(shù)字量值（公式為：AIW4

19、XT 28 6400）1MULJCMA匚kiADDJKTMnttntnutntNUAVW12-IN1OUTMW8MV/8-IN1OUTVW50>128-IN2*6400-IN200.0m 12QO.OI IVW5Z域定溫度數(shù)手魚（VW50） -浜測溫度度數(shù)手量（AIW4） ENENOIN1OUTIN2SUBJW52AIW4-冋絡(luò)13當(dāng)VW52（設(shè)定溫度一實(shí)馳度）>1280（ 10®慶） AQW"32000（冏門全打開 八 當(dāng)乎誓卒卩2乍I乙疋 / h r I AQWO-19200（冏門打開374） 當(dāng)VW52>512（力 AQW0-19200（閥門打玨 1/2* Ol2j.§；fAQW019200（閥門打開"4）當(dāng)VW52>128（ I度差 八AQV70£ 9200（冏門打開W8） 匕丿 Q0.0ncj內(nèi)絡(luò)14當(dāng)