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        基于S7-200PLC 模擬量擴(kuò)展模塊使用問題的研究

        2011-08-22 02:58:32
        科技視界 2011年25期
        關(guān)鍵詞:模擬量變送器數(shù)值

        孫 建

        (重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中國 重慶 400037)

        1 S7-200 PLC模擬量擴(kuò)展模塊說明

        西門子S7-200 PLC模擬量擴(kuò)展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能,解決了自動控制系統(tǒng)中模擬量的處理問題?,F(xiàn)有產(chǎn)品類型有以下幾種:

        1.1 EM 231模擬量輸入擴(kuò)展模塊,4輸入;

        1.2 EM 231模擬量輸入擴(kuò)展模塊,8輸入;

        1.3 EM 232模擬量輸出擴(kuò)展模塊,2輸出;

        1.4 EM 232模擬量輸出擴(kuò)展模塊,4輸出;

        1.5 EM 235模擬量組合擴(kuò)展模塊,4輸入/1輸出。

        2 S7-200 PLC模擬量擴(kuò)展模塊在使用中的問題分析

        2.1 S7-200 PLC模擬量模塊尋址

        每個模擬量擴(kuò)展模塊,按擴(kuò)展模塊的先后順序進(jìn)行排序,其中,模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長,所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始,精度為12位;模擬量值為0-32000的數(shù)值。 輸入格式:AIW[起始字節(jié)地址],如 AIW0,輸出格式:AQW[起始字節(jié)地址],如AQW0。每個模擬量輸入模塊,按模塊的先后順序地址為固定的,順序向后排。 例:AIW0、AIW2、AIW4……,AQW0、AQW2、AQW4……

        每個模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個通道,即使第一個模塊只有一個輸出AQW0(如EM235只有一個模擬量輸出),第二個模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開始尋址,以此類推。

        2.2 傳感器連接到S7-200模擬量輸入模塊的注意事項

        模擬量輸入模塊可以通過撥碼開關(guān)設(shè)置為不同的測量方式(電流電壓)。模塊開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個模塊,一個模塊只能設(shè)置為一種測量范圍;而且開關(guān)設(shè)置只有在重新上電后才能生效。只能將輸入端同時設(shè)置為一種量程和格式,即相同的輸入量程和分辨率。表1是使用撥碼開關(guān)來配置模擬量模塊EM235。

        表1 用于選擇模擬量量程和精度的EM235配置開關(guān)表

        EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊,它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。EM235模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法如圖1所示,對于電壓信號,按正、負(fù)極直接接入X+和X-;對于電流信號,將RX和X+短接后接入電流輸入信號的“+”端;未連接傳感器的通道要將X+和X-短接。

        注意:為避免共模電壓,須將M端與所有信號負(fù)端連接,未連接傳感器的通道要短接。當(dāng)模擬量輸入PLC接收到一個變動很大的不穩(wěn)定的值時,原因之一可能是使用了一個自供電或隔離的傳感器電源,兩個電源沒有彼此連接,所以由此產(chǎn)生了一個很高的上下振動的共模電壓,影響模擬量輸入值。原因之二可能是模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好。解決方法是:連接傳感器輸入的負(fù)端與模塊上的公共M端以補(bǔ)償此種波動。(注意:事前要確定這是兩個電源間的唯一連接。如果另外一個連接已經(jīng)存在了,當(dāng)再添加公共連接時可能會產(chǎn)生一個多余的補(bǔ)償電流。)

        圖1 EM235模擬量擴(kuò)展模塊端子圖

        當(dāng)出現(xiàn)模擬量輸入PLC接收到信號變化很慢,這可能是你使用了濾波器,可以通過降低濾波采樣數(shù),或取消模擬量濾波方式解決。

        3 關(guān)于模擬量輸入模塊校準(zhǔn)問題

        模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其實出廠前已經(jīng)進(jìn)行了輸入校準(zhǔn),如果OFFSET和GAIN電位器已被重新調(diào)整,需要重新進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其步驟如下:

        3.1 切斷模塊電源,選擇需要的輸入范圍。

        3.2 接通CPU和模塊電源,使模塊穩(wěn)定15分鐘。

        3.3 用一個變送器,一個電壓源或一個電流源,將零值信號加到一個輸入端。

        3.4 讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測量值。

        3.5 調(diào)節(jié) OFFSET(偏置)電位計,直到讀數(shù)為零,或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。

        3.6 將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個,讀出送到CPU的值。

        3.7 調(diào)節(jié)GAIN(增益)電位計,直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。

        3.8 必要時,重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過程。

        4 模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換問題

        假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號是A0—Am(如:4—20mA),A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為D0—Dm(如:6400—32000),設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號是A,A/D轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D,由于是線性關(guān)系,函數(shù)關(guān)系A(chǔ)=f(D)可以表示為數(shù)學(xué)方程:

        A=(D-D0)×(Am-A0)/(Dm-D0)+A0。

        根據(jù)該方程式,可以方便地根據(jù)D值計算出A值。將該方程式逆變換,得出函數(shù)關(guān)系D=f(A)可以表示為數(shù)學(xué)方程:

        D=(A-A0)×(Dm-D0)/(Am-A0)+D0。

        具體舉一個實例,以S7-200和4—20mA為例,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,我們得到的數(shù)值是 6400—32000,即 A0=4,Am=20,D0=6400,Dm=32000,代入公式,得出:

        A=(D-6400)×(20-4)/(32000-6400)+4

        假設(shè)該模擬量與AIW0對應(yīng),則當(dāng)AIW0的值為12800時,相應(yīng)的模擬電信號是 6400×16/25600+4=8mA。

        又如,某溫度傳感器,檢測范圍是-10—60℃,與4—20mA相對應(yīng),以T表示溫度值,AIW0為PLC模擬量采樣值,則根據(jù)上式直接代入得出:

        T=70×(AIW0-6400)/25600-10

        可以用T直接顯示溫度值。

        模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換理解起來比較困難,但結(jié)合所舉例子,理解就會容易得多了。為了說清這個問題,再舉一個例子:

        某壓力變送器,當(dāng)壓力達(dá)到滿量程5MPa時,壓力變送器的輸出電流是20mA,AIW0的數(shù)值是32000??梢姡亢涟矊?yīng)的A/D值為32000/20,測得當(dāng)壓力為0.1MPa時,壓力變送器的電流應(yīng)為 4mA,A/D 值為(32000/20)×4=6400。由此得出,AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實際壓力值 (單位為KPa)的計算公式為:

        VW0 的值=(AIW0 的值-6400)(5000-100)/(32000-6400)+100(單位:kPa)。

        [1]劉芬,等,主編.機(jī)床電氣控制與PLC.國防工業(yè)出版社.

        [2]西門子公司.s7-200硬件手冊.

        [3]西門子公司.s7-200中文選型手冊.

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