压力传感器 plc 浅谈西门子S7-1200PLC的模拟量转换，附实例演示

发布时间：2024-11-24 10:11:13

浅谈西门子S7-1200PLC的模拟量转换，附实例演示

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今天来简单探讨一下西门子S7-1200PLC的模拟量使用方法。

实际工业应用中常常由传感器采集压力、温度、速度等非电信号，并将这些非电量转换为电压或电流信号再传输给PLC、单片机等控制系统，此时这些信号均为模拟量。我们往往要对PLC中采集的模拟量信息进一步的加工处理，方便用来计算、比较、显示等。

模拟量转换的相关设置

S7-1200(1214C)内部集成了2路模拟量信号输入通道，分别为通道0和通道1，也就是可以同时接收并处理两个传感器输入的模拟信号，对应的地址为IW64和IW66（长度为一个字，16位），在TIA PROTAL中选中PLC的“常规”—“AI”标签项可以进行查看和设置。

S7-1200PLC模拟量转换的工作原理

假设PLC的AI0口外接了一个温度传感器，传感器将测得的温度值转换为一个范围为0～10V的连续电压信号输入给PLC。模拟量经过PLC内部的A/D转换后被转换成了范围0～27648的数字量并存储在特定地址的寄存器中。具体的转换流程如下图所示。

如何将模拟量输入转换的数字值还原成对应的物理量？

例：某个压力传感器的量程为0～0.1MPa，转换成对应的电压信号为0～5V,设转换后地址IW64中的数值为N，尝试求以Pa为单位的压力值。

解： S7-1200PLC默认的模拟信号输入电压范围是0～10V,转换成数字信号的范围是0～27648，因为此压力传感器输出电压范围是0～5V，所以转换的数字信号范围是0～13824。压力传感器的测量压力范围是0～0.1MPa,由此可推导出公式，将电压值还原成以Pa为单位的压力值并将结果存储于寄存器MD30中。

电压转换成数字信号后存入IW64的数值为N

在博途软件中编写对应的PLC程序如下：

在编写梯形图程序时有以下两点需要特别注意：

1)因为PLC执行除法指令时会丢掉余数而只保留商值，这样会影响计算的精度，所以在编写梯形图程序计算压力值时要注意先乘后除。

2)IW64中的数据类型为整型（INT）,该值乘以100000后其结果会超出int的范围，所以必须先应用CONV指令将数据类型转换为DInt。

电气百科：压力传感器，PLC，直流电源屏，防水插座，步进电机

电气百科：绝缘子，压力传感器，PLC，直流电源屏，防水插座，步进电机问题

电气百科：绝缘子与套管安装规范

在电力系统中，绝缘子与套管的安装工作较为常见，为保障绝缘子能够具备较长的使用时限，在使用绝缘子的过程中，需要针对绝缘子进行必要的保护，以便延长绝缘子的使用寿命，极大程度的降低绝缘子更换掉概率。

安装绝缘子之前，首先需要保障绝缘子处于合格的状态，才能够进行有效的使用，在检查绝缘子的过程中，需要针对法兰、铁件、以及瓷件进行细致的检测，如果出现破损的等情况，此类绝缘子均无法正常使用，只有铁件与瓷件具备较高的牢固性，才能够满足使用环境的需求，同时必须保障铁件位置没有任何生锈的情况，否则影响绝缘子的使用效果。

安装规范——安装过程中，首先需要保持安装的绝缘子处于同一水平面或者垂直面之上，并且主母线每相安装的绝缘子必须保持中心线处于一条直线之上，只有细致的完成安装过程，才能够保障绝缘子的性能稳定的，达到加好的紧固作用。

避免松动——在安装绝缘子的过程中，需要特别注意将绝缘子的松紧度把握好，如果绝缘子处于较为松动的情况，必然影响母线的正常固定，因此避免绝缘子安装出现松动的情况，对于保障绝缘子的安全使用具备重要的作用。

注意事项

1、障绝缘子的性能稳定，在安装时需要保障所有绝缘子的销子处于同一方向，尤其针对耐张绝缘子串，其钢帽碗口必须向上，并且所有的碗口均处于同样位置，才能满足安装规范的要求。

2、绝缘子的功能较为特殊，因此在安装过程中，必须保持所有的绝缘子销子处于完整的状态，同时弹簧销需要具备较好的弹性，才能够在不同的环境中满足安装的需求。

对于绝缘子与套管而言，在安装的过程中，需要遵循安装基本原则，在满足标准的前提下，才能够提高绝缘子的具体使用效果，保障线路的绝对安全，提高绝缘子适应环境的能力。

电气百科：压力传感器在使用中的注意事项

压力传感器使用过程中的要点、变送器在工艺管道上正确的安装位置与被测介质有关，为获效得最佳的测量果，应注意考虑下列情况：

1．防止变送器与腐蚀性或过热的介质接触；

2．防止渣滓在导管内沉积；

3．测量液体压力时，取压口应开在流程管道侧面，以避免沉淀积渣。

4．测量气体压力时，取压口应开在流程管道顶端，并且变送器也应安装在流程管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中。

5．导压管应安装在温度波动小的地方；

6．测量蒸汽或其它高温介质时，需接加缓冲管（盘管）等冷凝器，不应使变送器的工作温度超过极限。

7．冬季发生冰冻时，按装在室外的变送器必需采取防冻措施，避免引压口内的液体因结冰体积膨胀，导至传感器损坏。

8. 测量液体压力时，变送器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象），以免传感器过压损坏。

9．接线时，将电缆穿过防水接头（附件）或绕性管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电缆渗漏进变送器壳体内。

压力变送器的作用是将测量元件测出的被控量变换成控制器所需要的信号类型。

压力变送器和差压送器的区别：压差变送器是针对气体或液体的压强单位是帕斯卡（pa or bar）；压力变送器一般也是指气体液体压强不过还有针对压力的也叫称重传感器，单位是牛顿或者是千克（力），或者是吨。压差变送器测量的是两个（容器内）气体或液体的压强差值是一个相对量 ;压力变送器测量的是单个（容器内）气体或液体的压强的大小 ,是个绝对量。从使用来看，压差的有两个输入管口分别用于引入两个待测样品从而得到它们的压差；压力的只有一个管口。

压力变送器的维护：对压力变送器要求每个月检验一次，并且每周检查一次，主要是清除仪器内的灰尘，对电器元件认真检查，对输出的电流值要经常校对，压力变送器内部是弱电，一定要同外界强电隔开。

关于压力变送器的使用寿命，现在供货商提供对高端、高性能变送器的寿命保证，但实际上这些保证推广到低端产品仅是时间问题。在不远的将来，今天仅有高性能变送器才具有的先进技术将普遍应用于低端变送器，那时明确的寿命保证将很平常。

电气百科：PLC与变频器连接时应注意的问题

可编程控制器（PLC）是一种数字运算与操作的控制装置。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。

当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用，例如我厂二催化的自动吹灰系统。PLC可提供控制信号和指令的通断信号。一个PLC系统由三部分组成，即中央处理单元、输入输出模块和编程单元。本文介绍变频器和PLC进行配合时所需注意的事项。

1.开关指令信号的输入

变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC）相连，得到运行状态指令。

在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。

在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流带来的噪音有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。

当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。

2.数值信号的输入

变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20ｍＡ的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。

当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路。

通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号。电信号的范围通常为0～10V/5V及0/4～20ｍＡ电流信号。无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。另外，由于这些监测系统的组成互不相同，有不清楚的地方应向厂家咨询。

另外，在使用PLC进行顺序控制时，由于CPU进行数据处理需要时间，存在一定的时间延迟，故在较精确的控制时应予以考虑。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：

（1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。

（2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等，另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。

（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。

（4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。

PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。

电气百科：直流电源屏的选择

如何选择合适的（变）电站用直流电源屏

电力操作电源是为发电厂和550KV、220KV、110KV等各类变电站提供直流的电源设备，包括供给断路器分合闸及二次回路的仪器仪表、继电保护、控制、应急灯照明及各类低压设备用电。

目前我国电力所使用的直流分合闸电源大部分采用相控电源，但相控电源在纹波、效率、体积等方面不尽人意，监控系统不完善，主从各分，用户使用不便，对电力系统新的要求达不到标准。另外由于充电设备与蓄电池并联运行，当纹波系统较大、浮充电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉冲充电放电，对电池不利。

90年代以来，美国、德国等西方国家新建电厂和变电站已全部采用开关电源，其蓄电池也由原来的镉镍电池改用铅酸免维护蓄电池，由于新的断路器真空开关或弹簧储能式的采用，合闸电流大幅减少，双母线也逐步用单母线取代。

高频开关电源以其体积小、重量轻、效率高、输出纹波小、模块叠加、N1热备份设计，及便于计算机管理等优点，迎合了现代电源的潮流。在计算机、航天、通信、仪器仪表方面，开关电源已得到广泛应用。近年来，国内用的电源已逐步由开关电源取代相控电源，可以预计，在电力操作电源方面，开关电源逐步取代相控电源会成为趋势。

随着高频开关电源在我国电力系统的日益普及，越来越多的变电站（所）发电厂的常规直流电源屏被高频开关电源所取代。原电力部、水利部也明确下文推广（变）电站小型化、无人值班化模式。这一发展趋势使直流电源设备市场上出现了众多厂家。那么，如何选择你所需要的直流电源屏？

1.所选设备是否适用

许多人在选择高频直流电源装置时，常有这样的认识，即技术等级越高越好，价格越贵越好，其实并非如此。任何产品从试制到完善成熟都有一个过程，这其中需要用户对实际运行中出现的问题反馈给厂家以不断地改进，并且高频开关电源原理已经很成熟，大部分厂家都采用经典电路。因此你选择的装置最好是该厂家有一年以上稳定运行经验的产品。另一方面要考虑自己变电站的技术要求适配性，如我国大部分农村（变）电站不具备无人值班的条件，就没有必要选择四遥功能齐全的装置，如考虑以后可能的联网，实现通讯的要求，则订货时可要求保留通讯接口，以便于今后的改造。其次电池选择也很重要，电池分为防酸式、密封式、全密封式，现一般选择全密封式。

2.设备的抗干扰性及可靠性

随着科技的日新月异，近年来，微机技术新成果在电站综合自动化装置中得到广泛采用，使其自动化程度大大提高。但是电力系统最首要、最根本的要求乃是设备的安全性、可靠性。为此，在选择直流电源装置时，应特别注意其抗干扰性的主要措施。如充电机和中央控制器的抗高频干扰性能如何，系统的抗雷击及系统接地的可靠性如何等等都是必须要严格考核的。

高频开关电源都采用微机控制，如有的厂家采用工控机，有的采用可编程控制器，有的采用单片机，而计算机技术发展很快，因此常常出现的情况是：代表当年最先进技术生产的产品却缺少必要的运行时间，其可靠性如何就是一个疑问。一般来说，用可编程控制器可靠性高，但价格贵。

3.操作维护是否简单方便

用户在采用高频开关电源肯定其先进性能时，还应重点考虑其操作是否简单易学，维护是否方便，因此中央控制器的控制软件不论如何先进如何复杂，都应使其界面直观，操作简单、方便。在出现故障时其显示屏能自动显示故障性质、发生时间、发生位置等主要参数，有较强的自检功能，以便于用户进行维护。所以在选择直流电源屏时要注意观察厂家的软件显示，并结合自身今后运行维护的实际情况，考察其中中央控制器的操作、显示否简单、直观。

4.价格是否合理

合理的价格是大多数用户必须要考虑的因素之一。很多用户在考虑直流电源屏时，常对同一类型设备不同厂家价格差异过大感到不解，其实这是由几个原因造成的：其一，高频开关模块的造价不同，有的厂家的高频开关模块是采用进口元件，其模块的成本较高，而有的厂家的高频开关模块是采用国产元件，其成本较低。其二，中央控制器的造价不同，有的厂家的中央控制器是采用可编程控制器PLC，这是现在大多数厂家所采用的，而可编程控制器的生产厂家也不同，其中国产的品牌价格较低，原装进口的价格较。其三，不同厂所用的模块输出电流大小不一样，如模块的输出电流小，配的模块数多，可靠性高，但增加成本。对于以上种种因素，用户在订购设备时，要综合考虑。

5.售后服务

售后服务的好坏直接影响用户选择高科技产品的决心，也最终决定了制造厂家的销售市场。对此，一些厂家在前期市场看好的条件下，忽略售后服务，最终导致企业形象下降、市场萎缩，有着深刻的教训。因为高频直流电源屏属于高科技产品，用户特别是技术水平较为落后的用户在第一次作出这一选择时，本身已带有一定的风险，如果厂家不做好售后服务，使用户存在后顾之忧，则势必影响其积极性，最终影响产品的推广应用。电力系统内部信息交流较多，用户在选型时，可以先了解厂家用户的使用情况及意见，作为选择厂家的参考。

电气百科：防水插座简介

防水插座就是具备防水性能的插头，且可提供安全可靠的电、信号等的连接。例如：LED路灯、LED驱动电源、LED显示屏、灯塔、游船、工业设备、通信设备、探测设备、商业广场、公路、别墅外墙、花园、公园等等，都需要用到防水插座。

防水标准

对于防水连接器防水性能的主要评定标准是依据ip防水等级标准。看防水连接器防水性能如何，主要看IPXX的后面两位数字XX，第一位X是从0到6，最高等级为6；第2位数字是从0到8，最高等级为8;因此防水连接器的最高防水等级为IP68。

密封原理：依靠多达5处密封圈和密封环以压力预紧密封。这种密封在连接器热胀冷缩时，不会丧失预紧力，长时间保证防水效果，水分子不可能在普通压力下穿透。(可在小于2M水深处长期工作)

家用户外防水插座，220V 10A三插、两插插头在非防护状态都可以使用就可满足家用。(防护级别IP66可以满足家庭需要，IP66是四面八方猛烈喷水不进水，1米水里浸泡1小时不进水)要注意一点室外插座一般上是PC材质，要考虑防老化。

原理

防水插座主要是通过密封方式使得水不能进入到需要防护的部分，包括使用密封圈、密封胶等隔离，或通过特殊的设计结构(例如多层隔离的筋等)使得水不能进入。辅助结构是设置排水孔，使得进入的水在没有到达需要防护的部分之前即被排出，这些内容通常要通过设置防水盒来实现。

电气百科：步进电机PLC的直接控制

步进电机是一种将脉冲信号变换成角位移的数字电磁执行装置。步进电机的角位移与输入脉冲个数成正比，其转速与脉冲频率成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。由于步进电机的转角、转速和转向均可采用数字量（脉冲）控制，故步进电机广泛应用于数字伺服领域。图1表示了步进电机的典型应用。

图1　步进电机的典型应用

图中，输入信号是由伺服系统中的传感器产生的。指令脉冲控制器决定于具体的伺服控制过程。可采用专用逻辑电路，目前多用单片微型计算机及接口电路组成。环形分配器是将输入的单一脉冲串按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场。环形脉冲分配器多采用专用集成电路如CH250等构成。由此形成的各相的微弱信号经各相的功率放大器放大，产生足够的电磁转矩使电动机旋转。图中各部分的设计、选型、连接往往要求控制系统的设计者花费大量的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。

一种用PLC直接控制步进电机的方法

本文提出一种用可编程序控制器（PLC）直接控制步进电机的方法，如图2所示。这条技术路线的优点是：大大减少系统设计的工作量，不存在各部分接口信号的匹配问题，提高系统的可靠性。整个控制系统由PLC和步进电机组成。作为一种工业控制计算机PLC的功能越来越强。不仅仅可用于开关逻辑控制，还可用于闭环过程控制，并可与其它计算机组成多级控制系统。有了PLC的强大功能的支持，各种不同控制系统的不同指令脉冲控制器的任务均可用PLC的不同控制程序来完成。对于环形脉冲分配器和功率放大器的功能则对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使环形脉冲分配能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。应该指出的是采用继电器或可控硅做输出端口的PLC，即使软件环形脉冲分配能达到高速要求，但由于输出端口器件难以高速导通和关断直流电源，不能向步进电机各相绕组提供驱动脉冲电流，故不能用于步进电机的PLC直接控制。对于满足一、二两个要求的PLC，如美国IPM公司的IP1612DC-220可编程序控制器，可以对步进电机进行直接控制。

图2 步进电机的PLC直接控制

系统将传感器测得的袋长误差信号由PLC的输入端口送入，如图3所示。根据误差与补偿的算法，由PLC的程序自动算出步进电机应补偿的转向与转角步数，并由环形分配程序通过输出端口Y9、Y10、Y11进行环形脉冲分配，从而控制接到步进电机三相绕组的48V直流电源的依次通、断，形成旋转磁场，使步进电机转动。步进电机的转动再经机械差速器叠加到主传动链中，使袋长误差得以补偿。由于步进电机是电感性负载，直流电阻很小，故接限流电阻以免脉冲电流过大损坏PLC端口，即Y9、Y10、Y11所对应的大功率晶体管。当Y9、Y10、Y11所对应的大功率晶体管按：Y9-Y9Y10-Y10-Y10Y11-Y11－Y11Y9-Y9……依次导通、断开时，步进电机正转。按：Y9-Y9Y11-Y11-Y11Y10-Y10-Y10Y9-Y9……依次导通、断开时，步进电机反转。即步进电机按三相六拍工作。每当步进电机走一步，环形脉冲分配程序的步数减一，当步数减为零时，停止环形脉冲分配，等待下一次测量误差的输入。

图3 具体应用图

采用PLC直接控制步进电机的误差补偿系统功能完善、灵活性大、可靠性高。该生产线已获得国家科技进步奖。特别强调的是采用PLC直接控制步进电机的方法，减少了系统设计的工作量、能大大缩短开发研制周期，在一定范围内，有较高的推广和实用价值。

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