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EM235是否能用于熱電阻測溫？

EM235不是用于與熱電阻連接測量溫度的模塊，勉強(qiáng)使用容易帶來問題。

建議使用EM231 RTD模塊。

 為什么使用S7-200 模擬量輸入模塊時接收到一個變動很大的不穩(wěn)定的值？

可能是如下原因：

1. 1.

   你可能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，即模擬量輸入模塊的電源地和傳感器的信號地沒有連接。這將會產(chǎn)生一個很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值。

2. 2.

   另一個原因可能是模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好。

可以用如下方法解決：

1. 1.

   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。（但要注意確保這是兩個電源系統(tǒng)之間的聯(lián)系。）
   背景是：

   ? 模擬量輸入模塊內(nèi)部是不隔離的；

   ? 共模電壓不應(yīng)大于 12V；

   ? 對于60Hz干擾信號的共模抑制比為40dB。

? 選擇模擬量輸入濾波；

? 選擇 “Number of samples”和“Deadband”

圖1. 設(shè)置模擬量濾波

“Number of samples”了選中進(jìn)行濾波的通道進(jìn)行平均值計算的采樣數(shù)。濾波得出的數(shù)值就是已采樣的n個數(shù)值的平均值，而n就是“Number of samples”的值。

死區(qū)（Deadband）定義了允許偏離于平均值的大值。

S7-200的模擬量輸入/輸出模塊是否帶信號隔離？

不帶隔離。如果用戶的系統(tǒng)中需要隔離，請另行購買信號隔離器件。

模擬量信號的傳輸距離有多遠(yuǎn)？

電壓型的模擬量信號，由于輸入端的內(nèi)阻很高（S7-200的模擬量模塊為10兆歐），極易引入干擾，所以討論電壓信號的傳輸距離沒有什么意義。一般電壓信號是用在控制設(shè)備柜內(nèi)電位器設(shè)置，或者距離非常近、電磁環(huán)境好的場合。

電流型信號不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場獲得廣泛的應(yīng)用。

電流信號可以傳輸比電壓信號遠(yuǎn)得多的距離。理論上，電流信號的傳輸距離受到以下幾個因素的制約：

1. • 信號輸出端的帶載能力，以歐姆數(shù)值表示（如700Ω）
2. • 信號輸入端的內(nèi)阻
3. • 傳輸線的靜態(tài)電阻值（來回是雙線）

信號輸出端的負(fù)載能力必須大于信號輸入端的內(nèi)阻與傳輸線電阻之和。當(dāng)然實際情況不會*符合理想的計算結(jié)果，傳輸距離過長會造成信號衰減，也會引入干擾。

1. 如果負(fù)載能力足夠，一個電流信號可以串接多個信號輸入端。例如一個4 - 20mA的模擬量轉(zhuǎn)速給定信號可以輸出給兩臺變頻器的4 - 20mA模擬量輸入端口。

S7-200模擬量模塊的輸入/輸出阻抗指標(biāo)是多少？

詳情可見《S7-200系統(tǒng)手冊》的附錄A. （模擬量輸入/輸出規(guī)范） 。

模擬量輸入阻抗：

1. • 電壓型信號：≥ 10MΩ
2. • 電流型信號：250Ω

模擬量輸出阻抗：

1. • 電壓型信號：≥ 5KΩ
2. • 電流型信號：≤ 500Ω2.

   使用模擬量輸入濾波器。
   在Micro/Win 中進(jìn)入“View > System block> Tab: Analog Input Filters”

模擬量模塊的電源指示燈正常，為何信號輸入燈不亮？

模擬量模塊的外殼按照通用的形式設(shè)計和制造，實際上沒有模擬量輸入信號指示燈。凡是沒有印刷標(biāo)記的燈窗都是無用空置的。

為何模擬量值的低三位有非零的數(shù)值變化？

模擬量的轉(zhuǎn)換精度為12位，但模塊將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)值向高位移動了三位。如果將此通道設(shè)置為使用模擬量濾波，則當(dāng)前的數(shù)值是若干次采樣的平均值，低三位是計算得出的數(shù)值；如果禁用模擬量濾波，則低三位都是零。

S7-200測量0-20mA和4-20mA的電流信號時需要選擇不同的模塊嗎？設(shè)置上有差異嗎？

不需要選擇不同的模塊。選擇同一種模塊，如EM231（訂貨號：6ES7 231-0HC22-0XA0）即可實現(xiàn)。對于S7-200模擬量模塊而言，量程設(shè)定是通過撥碼開關(guān)來實現(xiàn)的，對于4-20mA和0-20mA兩種量程，其撥碼設(shè)置是*一樣的。二者的區(qū)別是4-20mA對應(yīng)的數(shù)字量范圍是6400-32000。而0-20mA對應(yīng)的數(shù)字量范圍是0-32000。

3.2. EM231 RTD 4AI DIP開關(guān)設(shè)置

3.3. 熱電阻模塊接線

EM231 RTD 模塊支持的信號類型有鉑(Pt)，銅(Cu)，鎳(Ni)或電阻，DIPs開關(guān)的詳細(xì)信息請參考《S7-200系統(tǒng)手冊》附錄A有關(guān)模擬量模塊的部分。

因為熱電阻分2線制、3線制、4線制，所以RTD模塊與熱電阻的接線有3種方式，如圖所示。其中，精度高的是4線連接，精度低的是2線連接。

231 RTD模塊占用的模擬量通道，在系統(tǒng)塊中設(shè)置模擬量通道濾波時，應(yīng)禁止濾波功能。

3.4. 熱電阻常問問題
熱電阻模塊上的SF紅燈為何閃爍？

SF紅燈閃爍有兩個原因：模塊內(nèi)部軟件檢測出外接熱電阻斷線，或者輸入超出范圍。由于上述檢測是兩個輸入通道共用的，所以當(dāng)只有一個通道外接熱電阻時，SF燈必然閃爍。解決方法是將一個100 Ohm的電阻，按照與已用通道相同的接線方式連接到空的通道；或者將已經(jīng)接好的那一路熱電阻的所有引線，一一對應(yīng)連接到空的通道上。

什么是正向標(biāo)定、負(fù)向標(biāo)定？

正向標(biāo)定值是3276.7度（華氏或攝氏），負(fù)向標(biāo)定值是-3276.8度。如果檢測到斷線、輸入超出范圍時，相應(yīng)通道的數(shù)值被自動設(shè)置為上述標(biāo)定值。

熱電阻的技術(shù)參數(shù)不是很清楚，如何在DIP開關(guān)上設(shè)置類型？

應(yīng)該盡量弄清楚熱電阻的參數(shù)。否則可以使用缺省設(shè)置。

熱電偶傳感器

4.1. 熱電偶模塊的技術(shù)參數(shù)

技術(shù)參數(shù) 如下表. EM231 TC 熱電偶模塊規(guī)格表所示

撥碼開關(guān)設(shè)置與 EM231 TC, 4 模擬量輸入模塊相同

SIMATIC S7-200 新的模擬量模塊 8 輸入EM231 TC 熱電偶模發(fā)布。新模塊的尺寸與現(xiàn)有模塊 EM231TC 的尺寸*相同，8 輸入模擬量 EM231TC 模塊只占用一個擴(kuò)展模塊的位置，這就使系統(tǒng)可以使用更多的模擬量通道。

新的模塊不能用在S7-200 CPU 的 21x 系列上。

4.2. DIP開關(guān)的設(shè)置

熱電偶模塊的DIP開關(guān)設(shè)置參考下表：

表 . 組態(tài)熱電偶模塊DIP開關(guān)

4.3. 熱電偶模塊的接線

熱電偶模塊接線如下圖：

EM231 TC 模塊占用的模擬量通道，在系統(tǒng)塊中設(shè)置模擬量通道濾波時，應(yīng)禁止濾波功能。

4.4. 熱電偶常問問題

EM231 TC（熱電偶）模塊是否支持B型熱電偶？

EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型熱電偶，不支持B型熱電偶。

EM231 TC是否需要補(bǔ)償導(dǎo)線？

EM231 TC可以設(shè)置為由模塊實現(xiàn)冷端補(bǔ)償，但仍然需要補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行熱電偶的自由端補(bǔ)償。

EM231 TC模塊SF燈為何閃爍？

原因可能是：

1. •如果選擇了斷線檢測，則可能是斷線。應(yīng)當(dāng)短接未使用的通道，或者并聯(lián)到旁邊的實際接線通道上。
2. •輸入超出范圍

5編程軟件中的使用

5.1. S7-200模擬量數(shù)據(jù)格式與尋址

模擬量輸入/輸出數(shù)據(jù)是有符號整數(shù)，占用一個字長（兩個字節(jié)），所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。模擬量的轉(zhuǎn)換精度為12位，但在PLC中表示為-32000－+32000之間的整數(shù)值（實際上數(shù)值可以是整個16位有符號整數(shù)的范圍，但標(biāo)準(zhǔn)輸入信號如10V/20mA被標(biāo)定為對應(yīng)32000，模擬量超過標(biāo)準(zhǔn)值一點也因此可以表示）。

在S7-200中，單極性模擬量輸入/輸出信號的數(shù)值范圍是 0 - 32000；雙極性模擬量信號的數(shù)值范圍是 -32000－+32000。

格式：

1. • 輸入：AIW[起始字節(jié)地址]——如AIW6
2. • 輸出：AQW[起始字節(jié)地址]——如AQW0

每個模擬量輸入模塊，按模塊的先后順序和輸入通道數(shù)目，以固定的遞增順序向后排地址。 例如： AIW0、AIW2、AIW4、AIW6、AIW8等。

對于EM231 RTD（熱電阻）兩通道輸入模塊，不再占用空的通道，后面的模擬量輸入點是緊接著排地址的。

每個有模擬量輸出的模塊占兩個輸出通道。即使*個模塊只有一個輸出AQW0，第二個模塊的輸出地址也應(yīng)從AQW4開始尋址（AQW2被*個模塊占用），依此類推。

溫度模擬量輸入模塊（EM231 TC、EM231 RTD）也按照上述規(guī)律尋址，但是所讀取的數(shù)據(jù)是溫度測量值的10倍（攝氏或華氏溫度）。如520相當(dāng)于52.0度。

注意： 每一模塊的起始地址都可在STEP 7-Micro/WIN中的菜單“PLC > Information”里在線讀到。

5.2. 模擬量濾波器

S7-200允許你為每一路模擬量輸入選擇軟件濾波器。一般情況下選用S7-200的模擬量濾波功能就不必再另行編制用戶的濾波程序。

如果對某個通道選用了模擬量濾波，CPU將在每一程序掃描周期前自動讀取模擬量輸入值，這個值就是濾波后的值，是所設(shè)置的采樣數(shù)的平均值。模擬量的參數(shù)設(shè)置（采樣數(shù)及死區(qū)值）對所有模擬量信號輸入通道有效。

如果對某個通道不濾波，則CPU不會在程序掃描周期開始時讀取平均濾波值，而只在用戶程序訪問此模擬量通道時，直接讀取當(dāng)時實際值。

模擬量濾波器使用步驟如下：

1. 在Micro/Win 中進(jìn)入View>Component>System Block，并選擇Analog Input Filters選項，進(jìn)入模擬量濾波器。

2. 設(shè)置模擬量濾波器：

圖1. 模擬量通道濾波設(shè)置

1. a.設(shè)置模擬量采樣數(shù)，例：此處設(shè)置的64表示模擬量濾波后的值為包括當(dāng)前采樣的前64個采樣值的平均值。
2. b.

   死區(qū)值，定義了計算模擬量平均值的取值范圍

   ?如果采樣值都在這個范圍內(nèi)，就計算采樣數(shù)所設(shè)定的平均值；如果當(dāng)前采樣的值超過了死區(qū)的上限或下限，則該值立刻被采用為當(dāng)前的新值，并作為以后平均值計算的起始值（如圖2所示）

   ?這就允許濾波器對模擬量值的大的變化有一個快速響應(yīng)

   ?死區(qū)值設(shè)為0，表示禁止死區(qū)功能，即所有的值都進(jìn)行平均值計算，不管該值有多大的變化

   ?對于快速響應(yīng)要求，不要把死區(qū)值設(shè)為0，而把它設(shè)為可預(yù)期的大的擾動值（320為滿量程32000的1％）

3. c.選擇需要濾波的模擬量通道，打鉤的為使能的模擬量輸入，缺省設(shè)置是為所有的模擬量輸入使用濾波器
4. d.CPU224XP上的AIW0、AIW2（CPU本體上的模擬量輸入通道）不必濾波

圖2. 死區(qū)示意圖

3. 點擊OK并下載修改后的系統(tǒng)塊到S7-200中。

注意：

1. •為變化比較緩慢的模擬量輸入選用濾波器可以抑制波動
2. •為變化較快的模擬量輸入選用較小的采樣數(shù)和死區(qū)值會加快響應(yīng)速度
3. •對高速變化的模擬量值不要使用濾波器
4. •如果用模擬量傳遞數(shù)字量信號，或者使用熱電阻（EM231 RTD）、熱電偶（EM231 TC）、AS-Interface（CP243-2）模塊時，不能使用濾波器

5.3. 模擬量比例換算

因為A/D（模/數(shù)）、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換之間的對應(yīng)關(guān)系，S7-200 CPU內(nèi)部用數(shù)值表示外部的模擬量信號，兩者之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。這個關(guān)系就是模擬量/數(shù)值量的換算關(guān)系。

例如，使用一個0 - 20mA的模擬量信號輸入，在S7-200 CPU內(nèi)部，0 - 20mA對應(yīng)于數(shù)值范圍0 - 32000；對于4 - 20mA的信號，對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值為6400 - 32000。

如果有兩個傳感器，量程都是0 - 16MPa，但是一個是0 - 20mA輸出，另一個是4 - 20mA輸出。它們在相同的壓力下，變送的模擬量電流大小不同，在S7-200內(nèi)部的數(shù)值表示也不同。顯然兩者之間存在比例換算關(guān)系。模擬量輸出的情況也大致相同。

上面談到的是0 - 20mA與4 - 20mA之間換算關(guān)系，但模擬量轉(zhuǎn)換的目的顯然不是在S7-200 CPU中得到一個0 - 32000之類的數(shù)值；對于編程和操作人員來說，得到具體的物理量數(shù)值（如壓力值、流量值），或者對應(yīng)物理量占量程的百分比數(shù)值要更方便，這是換算的終目標(biāo)。

如果使用編程軟件Micro/WIN32中的PID Wizard(向?qū)В┥蒔ID功能子程序，就不必進(jìn)行0 - 20mA與4 - 20mA信號之間的換算，只需進(jìn)行簡單的設(shè)置。

通用比例換算公式

模擬量的輸入/輸出都可以用下列的通用換算公式換算：

Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl

其中：

它們之間的關(guān)系可以圖示如下：

圖1. 模擬量比例換算關(guān)系

實用指令庫

在STEP 7-Micro/WIN Programming Tips（Micro/WIN編程技巧中）的Tip38就是關(guān)于如何實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換的例程。

為便于用戶使用，現(xiàn)已將其導(dǎo)出成為“自定義指令庫”，用戶可以添加到自己的Micro/WIN編程軟件中應(yīng)用。

模擬量比例換算指令庫和例子

注意：此指令庫/程序的作者和擁有者對于該軟件的功能性和兼容性不負(fù)任何責(zé)任。使用該軟件的風(fēng)險*由用戶自行承擔(dān)。由于它是免費的，所以不提供任何擔(dān)保，錯誤糾正和熱線支持，用戶不必為此聯(lián)系西門子技術(shù)支持與服務(wù)部門。

在這個指令庫中，子程序Scale_I_to_R可用來進(jìn)行模擬量輸入到S7-200內(nèi)部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；子程序Scale_R_I可用于內(nèi)部數(shù)據(jù)到模擬量輸出的轉(zhuǎn)換。

編程舉例

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