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*** 备件 *** SIMATIC S7-200，数字输出 EM 222，仅用于 S7-22X CPU， 4 DA（继电器）；10A， 5-30V DC 或者 5-250V AC

西门子PLC模拟量输人输出扩展模块的工作原理

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模拟量输人输出扩展模块

  在工业控制中,某些输人量(如压力、温度、流量、转速等)是模拟量,某些执行机构(如晶管调速装置、电动调节阀和变频器等)要求可编程序控制器输出模拟信号,而可编程序控制器的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压,如4、20mA、1-5V,0-10V,可编程序控制器用A/D转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能是二进制的,也可能是十进制的,带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制补码表示。

  D/A转换器将可编程序控制器的数字输出量转换为模拟电压或电流,再去控制执行机构。模拟量I/0模块的主要任务就是实现A/D转换(模拟量输人)和D/A转换(模拟量输出)。

  例如,在温度闭环控制系统中,炉温用热电偶或热电阻检洲，温度变送器将温度转换为标准电流或标准电压后送给模拟量输人模块.经AD转换后得到与温度成比例的数字量,CPU将它与温度设定值比较,并按某种控制规律对差佰进行运算,将运算结果(数字母)送给模拟量输出模块,经D/A转换后变为电流信号或电压信号,用来控制电动调节阀的开度，通过它控制加热用的天然气的流量,实现对温度的闭环控制。

  AD.D/A转换器的二进制位数反映了它们的分辩率,位数越多,分辨率越高,例如8位A/D转换器的分辨率为1/28038%，模拟量输人/输出模块的另一个重要指标是转换时间。

  S7-200有3种模拟量扩展模块(见表2-8)。S7-200的模拟量扩展模块中A/D.D/A转换器的位数均为12位。模拟量输人、输出有多种量程供用户选用,如0～10V,0～5V,0~20mA,0~100mV，±10V，±15V，±100mV等。量程为0-10V时的分辨率为2.5mV。

  表2-8 模拟量扩展模块技术数据

  A/D转换的时间小于250ps，模拟量输人的阶跃响应时间为1.5ms(达到稳态值的95%时)。单极性全量程输人范围对应的数字Zui输出为0~32000,双极性全过程轴人范围对应的数字量输出为-32000- 32000。输人阳抗大于等于10MΩ。

  模拟量输出的量程有±10V和0～20mA两种，对应的数字量为-32000～ 32000或0~3200。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位,25℃时的精度为±0.5%中压输出和电流输出的稳宁计间分别为100us和2ms。Zui大驱动能力如下:电厂输出时负载电阳Zui小5kΩ,电流输出时负载电阻Zui大500Ω。

西门子PLC模拟量变送器和模拟量值的表示方法

生产过程中有大量连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。有的是非电量(如温度、压力、流量、液位、物体的成分和频率等);有的是强电电量(如发电机和电动机组的电流、电压、有功功率和无功功率、功率因数等)。变送器用于将传感器提供的电量或非电量信号转换为标准的直流电流或直流电压信号，如直流0～10 V或直流4～20 mA信号。

西门子S7-300/400的CPU用16位二进制补码定点数来表示模拟量值。A/D转换的结果是按16位二进制补码形式存储，即占用1个字(两个字节)的长度。其中，Zui高位(第15位)为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。

模拟量模块的模拟值位数(即转换精度)可以设置为9～15位(与模块的型号有关，不包括符号位)，如果模拟量值的精度小于15位，则模拟量值左移，使其Zui高位(符号位)在16位字的Zui高位(第15位)，模拟量值左移后未使用的低位则填入“0”，这种处理方法称为“左对齐”。设模拟量值的精度为12位，加上符号位，未使用的低位(第0~2位)为0，相当于实际的模拟值被乘以8。

三种转换精度的数据存储格式见表1。S位为符号位，标有“×”的位被补为0。

表1 A/D转换结果存储格式示例