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。

西门子PLC模拟量是如何编程的

在PLC编程中，模拟量是我们经常会用到的，比如压力传感器的模拟量反馈就要用到模拟量输入模块，给比例阀的设定就需要用到模拟量输出模块等等，模拟量编程的掌握也是PLC编程的必备技能，编程的基本思路其实也是非常简单，下面我们就先简单说说：

对于模拟量输入来说：只需要将反馈的电压或电流信号进行数字化处理，并对处理后的数字量进行标准化（也就是0~100%或-100%~100%）。然后就可以根据实际进行编程了。

对于弄你两输出来说：就需要将程序执行后的结果进行去标准化，比如就是将0~100%转化成0~27648（这里量程的范围主要看选择的模块支持的信号和范围），如下面这段程序：

下面我们就一步步看看到底是什么编程的，我们这里就以模拟量输出为例来进行编程：

需要在硬件组态中插入一个模拟量模块，本例中插入的是模拟量输出模块 SM 332； AO 8 x 12 位； (6ES7332-5HF00-0AB0) ，8个通道，每个通道可设置为电流或电压输出

也可以设置量程，如下图所示：

2、下面我们就要知道我们要用到模拟量精度及量程转换

模拟量转换的分辨率

分辨率是 A/D 模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。模拟量模块的转换分辨率用于反映模拟量变化的最小单位。精度 < 15 位时，将所有由"x"标识的位设置为"0"。

模拟量模块所支持的模拟值精度，如表1.1所示。

表1.1

单极性输入范围（例如，电压输入0~10V，对应值为0~27648），如表所示。

双极性输入范围（例如，电压输入-10~10V，对应值为-27648~27648），如表所示。

例如，下表中 12 位分辨率的模块，其数据从低字节的第四位（bit3）开始变化，其最小变化单位2的3次方= 8 ，bit0~bit2 则补" 0 "（红色图框为无效位）

设该模拟量通道类型为电压0~10V，满量程电压值10V对应数据27648，其能识别的最小电压值为：

3、STEP 7 V5.x中模拟量输入/输出的编程

1）FC105/FC106 在哪里？

在编程界面下，在 "程序元素"中的 "库——> Standard Library ——> TI-S7 Converting Blocks"中可以找到，见下图：

注意：请不要使用 "S5-S7 Converting Blocks"下的 FC105，FC106，该路径下的功能是用于 S5 输入输出模板的，在 S7 输入输出模板上无法使用。

2) FC105功能描述

SCALE(FC105)功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。SCALE功能使用以下等式：

OUT = [ ((FLOAT (IN) - K1)/(K2 - K1)) * (HI_LIM - LO_LIM)] + LO_LIM

常数K1和K2根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置。

● BIPOLAR：假定输入整型值介于 -27648与27648之间，因此K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

●UNIPOLAR：假定输入整型值介于0和27648之间，因此K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。

通过设置LO_LIM > HI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时，输出值将随输入值的增加而减小。

3) FC105的参数定义

故障信息：

如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0，RET_VAL等于W#16#0008。

4) FC105例子程序

上图中用MW20作为模拟量输入地址（正常编程中在IN中模拟量输入地址比如PIW256，这个值根据前面规则来的，也就是单极性27648对应100）

5) FC106 功能描述

UNSCALE(FC106)功能接收一个以工程单位表示、且标定于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型输入值(IN)，并将其转换为一个整型值。将结果写入OUT。UNSCALE功能使用以下等式：

OUT = [ ((IN - LO_LIM)/(HI_LIM - LO_LIM)) * (K2 - K1) ] + K1

并根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置常数K1和K2。

● BIPOLAR：假定输出整型值介于 -27648和27648之间，因此，K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

● UNIPOLAR：假定输出整型值介于0和27648之间，因此，K1 = 0.0，K2 = +27648.0

如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。

6) FC106 的参数定义

故障信息：

如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。ENO的信号状态将设置为0，RET_VAL等于W#16#0008。

7) FC106 例子程序

上图中就是MD作为设定，本例设定50，对应的输出就是13824，并将MW16（13824送至PQW256，控制对应设备，例如比例阀的开口度）。

那么TIA Portal博途中模拟量输入/输出的编程

1）SCALE/UNSCALE在哪里？

在TIA Portal中指令SCALE/UNSCALE的功能和STEP7中的FC105/FC106功能相同，用于模拟量输入/输出的编程。

编程界面下，在 "指令" 中的"基本指令 ——> 转换操作"中可以找到，

电气相关知识和经验是用来分享，希望本文能对你有帮助。与人玫瑰，手留余香。

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