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模擬信號是指在一定范圍內連續的信號(如電壓、電流),這個(gè)“一定范圍”可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200模擬量時(shí),需要注意信號量程范圍,撥碼開(kāi)關(guān)設置,模塊規范接線(xiàn),指示燈狀態(tài)等信息。
本文中,我們按照S7-200模擬量模塊類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)介紹:
1.AI 模擬量輸入模塊?
2.AO模擬量輸出模塊?
3.AI/AO模擬量輸入輸出模塊
4.常見(jiàn)問(wèn)題分析
首先,請參見(jiàn)“S7-200模擬量全系列總覽表”,初步了解S7-200模擬量系列的基本信息,具體內容請參見(jiàn)下文詳細說(shuō)明:
AI 模擬量輸入模塊
A. 普通模擬量輸入模塊:
如果,傳感器輸出的模擬量是電壓或電流信號(如±10V或0~20mA),可以選用普通的模擬量輸入模塊,通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置來(lái)選擇輸入信號量程。注意:按照規范接線(xiàn),盡量依據模塊上的通道順序使用(A->D),且未接信號的通道應短接。具體請參看《S7-200可編程控制器系統手冊》的附錄A-模擬量模塊介紹。
4AI EM231模塊:
首先,模擬量輸入模塊可以通過(guò)設置撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)選擇信號量程。開(kāi)關(guān)的設置應用于整個(gè)模塊,一個(gè)模塊只能設置為一種測量范圍,且開(kāi)關(guān)設置只有在重新上電后才能生效。也就是說(shuō),撥碼設置一經(jīng)確定后,這4個(gè)通道的量程也就確定了。如下表所示:
注:表中0~5V和0~20mA(4~20mA)的撥碼開(kāi)關(guān)設置是一樣的,也就是說(shuō),當撥碼開(kāi)關(guān)設置為這種時(shí),輸入通道的信號量程,可以是0~5V,也可以是0~20mA。
8AI EM231模塊:
8AI的EM231模塊,第0->5通道只能用做電壓輸入,只有第6、7兩通道可以用做電流輸入,使用撥碼開(kāi)關(guān)1、2對其進(jìn)行設置:當sw1=ON,通道6用做電流輸入;sw2=ON時(shí),通道7用做電流輸入。反之,若選擇為OFF,對應通道則為電壓輸入。
注:當第6、7道選擇為電流輸入時(shí),第0->5通道只能輸入0-5V的電壓。
B. 測溫模擬量輸入模塊(熱電偶TC;熱電阻RTD):
如果,傳感器是熱電阻或熱電偶,直接輸出信號接模擬量輸入,需要選擇特殊的測溫模塊。測溫模塊分為熱電阻模塊EM231RTD和熱電偶模塊EM231TC。注意:不同的信號應該連接至相對應的模塊,如:熱電阻信號應該使用EM231RTD,而不能使用EM231TC。且同一模塊的輸入類(lèi)型應該一致,如:Pt1000和Pt100不能同時(shí)應用在一個(gè)熱電阻模塊上。
熱電偶模塊TC:
EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型熱電偶,不支持B型熱電偶。通過(guò)撥碼設置,模塊可以實(shí)現冷端補償,但仍然需要補償導線(xiàn)進(jìn)行熱電偶的自由端補償。另外,該模塊具有斷線(xiàn)檢測功能,未用通道應當短接,或者并聯(lián)到旁邊的實(shí)際接線(xiàn)通道上。
熱電阻模塊RTD:
熱電阻的阻值能夠隨著(zhù)溫度的變化而變化,且阻值與溫度具有一定的數學(xué)關(guān)系,這種關(guān)系是電阻變化率α。RTD模塊的撥碼開(kāi)關(guān)設置與α有關(guān),如下圖所示,就算同是 Pt100,α值不同時(shí)撥碼開(kāi)關(guān)的設置也不同。在選擇熱電阻時(shí),請盡量弄清楚α參數,按 照對應的撥碼去設置。具體請參看《S7-200可編程控制器系統手冊》的附錄A-熱電偶和熱電阻擴展模塊介紹。
EM231 RTD模塊具有斷線(xiàn)檢測功能,未用通道不能懸空,接法方式如下:
(1)請將一個(gè)電阻按照與已用通道相同的接線(xiàn)方式連接到空的通道,注意:電阻的阻值必須和RTD的標稱(chēng)值相同;
(2)將已經(jīng)接好的那一路熱電阻的所有引線(xiàn),一一對應連接到空的通道上。
因為熱電阻分2線(xiàn)制、3線(xiàn)制、4線(xiàn)制,所以RTD模塊與熱電阻的接線(xiàn)有3種方式,如圖所示。其中,精度最高的是4線(xiàn)連接,精度最低的是2線(xiàn)連接。
提示:
(1). 在STEP7 Micor/WIN軟件中(S7-200的編程軟件),對于模擬量輸入通道設有軟件濾波功能,如圖所示,具體請參見(jiàn)《S7-200 ? LOGO? SITOP 參考》->系統塊-模擬量濾波。
但是,在系統塊中設置模擬量通道濾波時(shí),RTD和TC模塊占用的模擬量通道,應禁止濾波功能。
(2) EM231 TC和RTD模塊上,均有24V電源指示燈和SF故障指示燈。如圖所示:(a)若24V電源指示燈=OFF,則說(shuō)明該模塊沒(méi)有24V工作電源;(b)若SF紅燈閃爍,原因可能是:模塊內部軟件檢測出外接斷線(xiàn),或者輸入超出范圍。
注:具體請參見(jiàn):《S7-200 ? LOGO? SITOP 參考》->EM231 RTD/EM231 TC。
AO模擬量輸出模塊
S7-200的擴展模塊里,分別有2路、4路的模擬量輸出模塊EM232。根據接線(xiàn)方式(M-V或M-I)選擇輸出信號類(lèi)型,電壓:±10V,電流:0~20mA(4~20mA)。
AI/AO模擬量輸入輸出模塊
(A) CPU模塊本體集成的2路AI和1路AO
S7-200只有CPU 224XP和CPU224XPsi,本體集成有模擬量通道。其中,2路AI是:電壓信號±10V,1路AO是:電壓信號0~10V;或者電流信號0~20mA(4~20mA),輸出信號類(lèi)型可以通過(guò)硬件接線(xiàn)來(lái)選擇。
(B) EM235模擬量輸入輸出模塊
EM235模塊有4路AI和1路AO。通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置來(lái)選擇4路AI通道的輸入信號程,如下表所示,這個(gè)模塊可以測量毫伏級(mV)的信號;1路AO是:電壓信號 ±10V;或電流信號0~20mA(4~20mA),可以根據硬件接線(xiàn)方式(M-V或M-I)選擇輸出信號類(lèi)型。
注:模塊上的電位計是用來(lái)調節輸入信號和轉換數值的放大關(guān)系,在模塊出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)設置好了,如無(wú)需要,請不要隨意更改。
常見(jiàn)問(wèn)題分析
A.模擬量輸入與數字量的對應關(guān)系:
模擬量信號(0~10V,0~5V或0~20mA)在S7-200 CPU內部用0~32000的數值表示(注:4~20mA對應6400~32000),這兩者之間有一定的數學(xué)關(guān)系,如圖所示:
B.模擬量模塊的硬件接線(xiàn)介紹
(1)CPU 224 XP集成有2路電壓輸入,接線(xiàn)方法見(jiàn)a:分別為A+和M、B+和M,此時(shí)只能輸入±10V 電壓信號。
CPU 224XP還集成有1路模擬量輸出信號。電流輸出如圖b,將負載接在I和M端子之間;電壓輸出如圖c,將負載接在V和M端子之間。
(2)模擬量輸入的接線(xiàn)方式
以4AI EM231模塊為例,分別介紹電壓、電流型輸入信號的接線(xiàn)方式,如圖所示。注意:此接線(xiàn)圖是一個(gè)示意圖,表述的是不同的接線(xiàn)方式,并不是指該模塊只有A通道可以接入電壓,B通道必須懸空,C和D通道只能接入電流。
當您的信號為電壓輸入時(shí)可以參考接線(xiàn)方法a,以此類(lèi)推。
方式a. 電壓輸入方式:信號正接A+;信號負接A-;
方式b. 未用通道接法(不要懸空):未用通道需短接,如B+和B-短接;
方式c. 電流輸入方式(四線(xiàn)制):信號正接C+,同時(shí)C+與RC短接;信號負接C-,同時(shí)C-和模塊的M端短接。
方式d. 電流輸入方式(兩線(xiàn)制):信號線(xiàn)接D+,同時(shí)D+與RD短接;電源M端接D-,同時(shí)和模塊的M端短接。
注:具體請參見(jiàn):《S7-200 ? LOGO? SITOP 參考》->模擬量模塊接線(xiàn)。
(3)電流型信號輸入接線(xiàn)方式
電流型信號的接線(xiàn)方式,分為四線(xiàn)制、三線(xiàn)制、二線(xiàn)制接法。這里討論的“幾線(xiàn)制”,是以傳感器或儀表變送器是否需要外供電源來(lái)區別的,而并不是指EM231模塊需要幾根信號線(xiàn),或該變送器的信號線(xiàn)輸出。
a. 四線(xiàn)制-電流型信號的接法:
四線(xiàn)制信號是指信號設備本身外接供電電源,同時(shí)有信號+、信號-兩根信號線(xiàn)輸出。供電電源可有220VAC或24VDC,接線(xiàn)如圖所示:
b. 三線(xiàn)制-電流型信號的接法:
三線(xiàn)制信號是指信號設備本身外接供電電源,只有一根信號線(xiàn)輸出,該信號線(xiàn)與電源線(xiàn)共用公共端,通常情況是共負端的。接線(xiàn)如圖所示:
注:若設備的24VDC供電電源與EM231模塊的供電電源不是同一個(gè)電源,那么,需要將模塊的M端與該通道的負端引腳短接(如,M和C-短接)。這是為了使模塊與測量通道工作在同一的參考電壓,也就是等電位。下面的二線(xiàn)制接法同理。
c. 二線(xiàn)制-電流型信號的接法:
二線(xiàn)制信號是指信號設備本身只有兩根外接線(xiàn),設備的工作電源由信號線(xiàn)提供,即其中一根線(xiàn)接電源,另一根線(xiàn)是信號輸出。接線(xiàn)如圖所示:
C.224XP本體集成的AI,能否接電流信號0~20mA?
首先,這兩路模擬量輸入通道可以接收±10V的電壓信號,不能直接接收電流信號。若使用該通道接收電流信號,會(huì )有一定的風(fēng)險,可能導致測量的不準確或模塊的損壞等等。
D.如何對 S7-200 的 CPU224XP 和擴展模塊 EM 231, EM 232 及 EM 235 的模擬量值進(jìn)行比例換算?
S7-200模擬量輸入通道所采集的信號,是以0~32000中的數值表示,存儲在A(yíng)IW中。也就是說(shuō),這個(gè)數值與實(shí)際的物理量之間,存在一定的比例換算關(guān)系。