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技术知识

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模拟信号是指在一定范围内连续的信号(如电压、电流),这个“一定范围”可以理解为模拟量的有效量程。在使用S7-200模拟量时,需要注意信号量程范围,拨码开关设置,模块规范接线,指示灯状态等信息。

本文中,我们按照S7-200模拟量模块类型进行分类介绍:

1.AI 模拟量输入模块

2.AO模拟量输出模块

3.AI/AO模拟量输入输出模块

4.常见问题分析

首先,请参见“S7-200模拟量全系列总览表”,初步了解S7-200模拟量系列的基本信息,具体内容请参见下文详细说明:


AI 模拟量输入模块

A. 普通模拟量输入模块:

如果,传感器输出的模拟量是电压或电流信号(如±10V或0~20mA),可以选用普通的模拟量输入模块,通过拨码开关设置来选择输入信号量程。注意:按照规范接线,尽量依据模块上的通道顺序使用(A->D),且未接信号的通道应短接。具体请参看《S7-200可编程控制器系统手册》的附录A-模拟量模块介绍。

4AI EM231模块:

首先,模拟量输入模块可以通过设置拨码开关来选择信号量程。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,且开关设置只有在重新上电后才能生效。也就是说,拨码设置一经确定后,这4个通道的量程也就确定了。如下表所示:



注:表中0~5V和0~20mA(4~20mA)的拨码开关设置是一样的,也就是说,当拨码开关设置为这种时,输入通道的信号量程,可以是0~5V,也可以是0~20mA。

8AI EM231模块:

8AI的EM231模块,第0->5通道只能用做电压输入,只有第6、7两通道可以用做电流输入,使用拨码开关1、2对其进行设置:当sw1=ON,通道6用做电流输入;sw2=ON时,通道7用做电流输入。反之,若选择为OFF,对应通道则为电压输入。



注:当第6、7道选择为电流输入时,第0->5通道只能输入0-5V的电压。

B. 测温模拟量输入模块(热电偶TC;热电阻RTD):

如果,传感器是热电阻或热电偶,直接输出信号接模拟量输入,需要选择特殊的测温模块。测温模块分为热电阻模块EM231RTD和热电偶模块EM231TC。注意:不同的信号应该连接至相对应的模块,如:热电阻信号应该使用EM231RTD,而不能使用EM231TC。且同一模块的输入类型应该一致,如:Pt1000和Pt100不能同时应用在一个热电阻模块上。

热电偶模块TC: 

EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型热电偶,不支持B型热电偶。通过拨码设置,模块可以实现冷端补偿,但仍然需要补偿导线进行热电偶的自由端补偿。另外,该模块具有断线检测功能,未用通道应当短接,或者并联到旁边的实际接线通道上。

热电阻模块RTD:

热电阻的阻值能够随着温度的变化而变化,且阻值与温度具有一定的数学关系,这种关系是电阻变化率α。RTD模块的拨码开关设置与α有关,如下图所示,就算同是 Pt100,α值不同时拨码开关的设置也不同。在选择热电阻时,请尽量弄清楚α参数,按 照对应的拨码去设置。具体请参看《S7-200可编程控制器系统手册》的附录A-热电偶和热电阻扩展模块介绍。

EM231 RTD模块具有断线检测功能,未用通道不能悬空,接法方式如下:

(1)请将一个电阻按照与已用通道相同的接线方式连接到空的通道,注意:电阻的阻值必须和RTD的标称值相同;

(2)将已经接好的那一路热电阻的所有引线,一一对应连接到空的通道上。

因为热电阻分2线制、3线制、4线制,所以RTD模块与热电阻的接线有3种方式,如图所示。其中,精度最高的是4线连接,精度最低的是2线连接。



提示:

(1). 在STEP7 Micor/WIN软件中(S7-200的编程软件),对于模拟量输入通道设有软件滤波功能,如图所示,具体请参见《S7-200 • LOGO• SITOP 参考》->系统块-模拟量滤波。

但是,在系统块中设置模拟量通道滤波时,RTD和TC模块占用的模拟量通道,应禁止滤波功能。

(2) EM231 TC和RTD模块上,均有24V电源指示灯和SF故障指示灯。如图所示:(a)若24V电源指示灯=OFF,则说明该模块没有24V工作电源;(b)若SF红灯闪烁,原因可能是:模块内部软件检测出外接断线,或者输入超出范围。 



注:具体请参见:《S7-200 • LOGO• SITOP 参考》->EM231 RTD/EM231 TC。

AO模拟量输出模块

S7-200的扩展模块里,分别有2路、4路的模拟量输出模块EM232。根据接线方式(M-V或M-I)选择输出信号类型,电压:±10V,电流:0~20mA(4~20mA)。

AI/AO模拟量输入输出模块

(A) CPU模块本体集成的2路AI和1路AO

S7-200只有CPU 224XP和CPU224XPsi,本体集成有模拟量通道。其中,2路AI是:电压信号±10V,1路AO是:电压信号0~10V;或者电流信号0~20mA(4~20mA),输出信号类型可以通过硬件接线来选择。

(B) EM235模拟量输入输出模块

EM235模块有4路AI和1路AO。通过拨码开关设置来选择4路AI通道的输入信号程,如下表所示,这个模块可以测量毫伏级(mV)的信号;1路AO是:电压信号 ±10V;或电流信号0~20mA(4~20mA),可以根据硬件接线方式(M-V或M-I)选择输出信号类型。



注:模块上的电位计是用来调节输入信号和转换数值的放大关系,在模块出厂时已经设置好了,如无需要,请不要随意更改。

常见问题分析

A.模拟量输入与数字量的对应关系:

模拟量信号(0~10V,0~5V或0~20mA)在S7-200 CPU内部用0~32000的数值表示(注:4~20mA对应6400~32000),这两者之间有一定的数学关系,如图所示: 



B.模拟量模块的硬件接线介绍

(1)CPU 224 XP集成有2路电压输入,接线方法见a:分别为A+和M、B+和M,此时只能输入±10V 电压信号。

CPU 224XP还集成有1路模拟量输出信号。电流输出如图b,将负载接在I和M端子之间;电压输出如图c,将负载接在V和M端子之间。



(2)模拟量输入的接线方式 

以4AI EM231模块为例,分别介绍电压、电流型输入信号的接线方式,如图所示。注意:此接线图是一个示意图,表述的是不同的接线方式,并不是指该模块只有A通道可以接入电压,B通道必须悬空,C和D通道只能接入电流。



当您的信号为电压输入时可以参考接线方法a,以此类推。

方式a. 电压输入方式:信号正接A+;信号负接A-;

方式b. 未用通道接法(不要悬空):未用通道需短接,如B+和B-短接;

方式c. 电流输入方式(四线制):信号正接C+,同时C+与RC短接;信号负接C-,同时C-和模块的M端短接。

方式d. 电流输入方式(两线制):信号线接D+,同时D+与RD短接;电源M端接D-,同时和模块的M端短接。

注:具体请参见:《S7-200 • LOGO• SITOP 参考》->模拟量模块接线。

(3)电流型信号输入接线方式 

电流型信号的接线方式,分为四线制、三线制、二线制接法。这里讨论的“几线制”,是以传感器或仪表变送器是否需要外供电源来区别的,而并不是指EM231模块需要几根信号线,或该变送器的信号线输出。

a. 四线制-电流型信号的接法: 

四线制信号是指信号设备本身外接供电电源,同时有信号+、信号-两根信号线输出。供电电源可有220VAC或24VDC,接线如图所示:



b. 三线制-电流型信号的接法: 

三线制信号是指信号设备本身外接供电电源,只有一根信号线输出,该信号线与电源线共用公共端,通常情况是共负端的。接线如图所示:



注:若设备的24VDC供电电源与EM231模块的供电电源不是同一个电源,那么,需要将模块的M端与该通道的负端引脚短接(如,M和C-短接)。这是为了使模块与测量通道工作在同一的参考电压,也就是等电位。下面的二线制接法同理。

c. 二线制-电流型信号的接法: 

二线制信号是指信号设备本身只有两根外接线,设备的工作电源由信号线提供,即其中一根线接电源,另一根线是信号输出。接线如图所示:



C.224XP本体集成的AI,能否接电流信号0~20mA? 

首先,这两路模拟量输入通道可以接收±10V的电压信号,不能直接接收电流信号。若使用该通道接收电流信号,会有一定的风险,可能导致测量的不准确或模块的损坏等等。

D.如何对 S7-200 的 CPU224XP 和扩展模块 EM 231, EM 232 及 EM 235 的模拟量值进行比例换算? 

S7-200模拟量输入通道所采集的信号,是以0~32000中的数值表示,存储在AIW中。也就是说,这个数值与实际的物理量之间,存在一定的比例换算关系。


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