对输入、输出模拟量的 PLC 编程的探讨及编程实例解析 对于初学 PLC 编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进 行一般的程序控制难的多， 因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转 换公式推导与使用的问题。

不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块 进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定 是错误的。

比如有 3 个温度传感变送器： （1）、测温范围为 0~200 ，变送器输出信号为 4～20ma （2）、测温范围为 0~200 ，变送器输出信号为 0～5V （3）、测温范围为 －100 ~500 ，变送器输出信号为 4～20ma （1）和（2）二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，（1） 和(3)传感变送器输出信号一样，但测温范围不同，这 3 个传感变送器既使选用 相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。

一、转换公式的推导 下面选用 S7-200 的模拟量输入输出模块 EM235 的参数为依据对上述的 3 个 温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3）传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为 0～20ma 电流 信号 ,20ma 对应数子量=32000，4 ma 对应数字量=6400； 对于（2）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为 0～5V 电压信号，5V 对应数字量=32000，0V 对应数字量=0； 这 3 种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助， 请见下图：

上面推导出的（2-1）、 （2-2）、 （2-3）三式就是对应（1）、 （2）、 （3） 三种温度传感变送器经过模块转换成数字量后再换算为被测量的转换公式。

编程 者依据正确的转换公式进行编程，就会获得满意的效果。

二、变送器与模块的连接 通常输出 4～20ma 电流信号的传感变送器，对外输出只有 +、- 二根连线， 它需要外接 24V 电源电压才能工作，如将它的+、- 二根连线分别与 24V 电源的 正负极相连， 在被测量正常变化范围内， 此回路将产生 4～20ma 电流， 见下左图。

下右图粉色虚线框内为 EM235 模块路模拟输入的框图，它有 3 个输入端， 其 A+与 A-为 A/D 转换器的+ - 输入端，RA 与 A-之间并接 250Ω 标准电阻。

A/D 转换器是正逻辑电路，它的输入是 0～5V 电压信号，A-为公共端，与 PLC 的 24V 电源的负极相连。

那么 24V 电源、传感变送器、模块的输入口三者应如何连接才是正确的？正 确的连线是这样的： 将左图电源负极与传感器输出的负极连线断开，将电源的负 极接模块的 A-端，将传感器输出负极接 RA 端，RA 端与 A+端并接一起，这样由 传感器负极输出的 4～20ma 电流由 RA 流入 250Ω 标准电阻产生 0～5V 电压并加 在 A+与 A-输入端。

切记： 不可从左图的 24V 正极处断开， 去接模块的信号输入端， 如这样连接， 模块是不会正常工作的。

对第 （2） 种电压输出的传感変送器， 模块的输入应设置为 0～5V 电压模式， 连线时，变送器输出只连 A+、A-，RA 端空悬即可。

三、按转换公式编程： 根据转换后变量的精度要求， 对转换公式编程有二种形式： 整数运算， 1、 2、 实数运算。

请见下面梯形图： （A）、整数运算的梯形图：

该梯形图是第（1）种 温度传感变送器（测温：0～200 ，输出：4～20ma） 按公式（2-1）以整数运算编写的转换程序，它可作为一个子程序进行调用。

（B）实数运算的梯形图：

该梯形图是对一个真空压力变送器（量程：0～0.1Mpa,输出：4～20ma）按 公式（2-1）以实数运算编写的转换程序，可作为一个子程序进行调用。

四、编程实例及解析 某设备装有 4 种传感器： 1、真空压力传感器，量程为：0～0.1Mpa；输出给 PLC 的信号为 4～20ma。

2、蒸汽压力传感器，量程为：0～1.0Mpa；输出给 PLC 的信号为 4～20ma。

3、温度传感器，量程为：0～200 度；输出给 PLC 的信号为 4～20ma。

4、电机转速，量程为：0～50 转/秒；输出给 PLC 的信号为 4～20ma。

该设备用蒸汽对其罐体加热，并对温度要求按设定的温度值进行温度控制。

控制方式采用自动调整电动阀开门角度的大小来改变加热管道的蒸汽的流量。

电 动阀的控制信号为 4～20ma,即输入 4ma 时，电动阀关门，输入 20ma 时，电动阀 门全开。

为此选用了含有 4 路模拟输入和一路模拟输出的模块 EM235。

其 4 路模拟量 输入信号皆设定为 0～20ma 电流输入模式，一路模拟量输出信号设定为 4～20ma 电流输出模式。

要求用触摸屏显示这 4 种信号的时时状态值， 并在触摸屏上设置控制的温度 参数，传给 PLC 使 PLC 按此值进行温度控制。

由于本文重点是讲述有关模拟量 的输入与输出的编程设计，对触摸屏的编程设计不予讲述，只触摸屏与 PL C 的通讯变量： VD0：为真空压力显示区，由 PLC 传送给触摸屏。

VD4：为蒸汽压力值显示区，由 PLC 传送给触摸屏。

VW8：为蒸汽温度值显示区，由 PLC 传送给触摸屏。

VW10：为电机转速值显示区，由 PLC 传送给触摸屏。

VW12：设定温度值区，由触摸屏传送给 PLC. 一、硬件电路的配置： （一）、硬件设置 除上述 4 种传感器外，选用： 1、S7-200PLC 一台，型号为：CPU222 CN 。

2、选用 EM235 模拟量输入模块一块（输入设置：0~20 ma 工作模式；输 出设置： 4～20ma）。

3、变频器一台，型号为 PI8100，由 PLC 控制启停，手动调速。

4、西门子触摸屏一块。

型号：Smart 700 硬件电路图

（二）、对传感器输出的 4~20ma 转换为显示量程的公式推导： EM235 模拟量输入输出模块，当输入信号为 20ma 时，对应的数字量=320 00，故： 输入=4ma 时，对应的数字量=6400，对应显示量程值=0。

输入 20ma 时，对 应的数字量 =32000，对应显示量程值大值=Hm，其输出量与模块的数字量的变化关系曲

 PLC 与西门子 PLC 的区别 西门子与 AB 主要的差别在于 AB 所使用的网络类型都是开放的网 络，可以与其他公司的产品做到很好的兼容， AB 控制层网络采用 ControlNet 网络，该网络是一种高性能的工业局域网，具有开放性、 高效率、多功能、确定性和可重复性、灵活性等特点，扩展性极强， 可共享 I/O，并具有强大方便的网络组态，诊断功能及可靠性。

一、开放性 ControlNet 已成为工业自动化领域的标准网络。

在国际现场总线协会 所确定的 8 种国际网络标准中排名第三位，仅仅次于以太网和 Devicenet。

网络标准为 IEC61158。

这种标准化带来的好处就是使得用 户可以选择不同的设备商来他们好的设备， 而这些设备可 以通过标准化的网络联系在一起，协调有序地工作。

随着芯片技术、 网络技术和软件技术的发展，用户对自动化的要求越来越高，现代的 自控系统已经不再是传统的单机应用，在一个现代化的自控系统中， 已经不再可能完全由某一家公司全部的设备， 即便某家公司有这 个能力，他所的产品也未必都是好合适的，这就不可避免的 要使用到不同厂家的产品，用户在设计之初，必须选择一个具有广泛 支持的标准化网络，只有这样，所有的设备才能很好地集成为系统， 而 ControlNet 是用户好的选择。

二、高效率 控制网络要实现高速确定的传输要求， 网络波特率已经不再是主要因 素，网络模式成为决定网络效率的关键。

ControlNet 采用了全新的网

络模式，即生产者/消费者(PRODUCER/CONSUMER)模式，传统的网络 模式采用的是源/目的模式，每发送一个信息就需要一个确定的源/目 的地址数据包，这种模式的大弊病在于不确定性，同样的信息如果 要传输到网络上多个节点，必须重复传输多次，这极大地浪费了网络 带宽，降低了网络效率，而采用生产者/消费者模式，网络不需要单 独的源/目的地址，代之以数据标识，因此不同的消费者（信息接收 者）可以根据数据标识同时接收来自生产者（信息产生者）的信息， 如果某些信息是它所不需要的，它可以忽略，而只处理那些它所需要 的信息，这种全新的网络模式是对传统的网络模式的革命，它极大地 提高了网络的效率。

该模式同时也被 DEVICENET 和 FOUNDATION FIELDBUS 所采用，代表了下一代网络的趋势。

三、多功能 由于 ControlNet 采用了全新的生产者/消费者(PRODUCER/CONSUMER) 模式，使得它具有了传统网络所无法想象的高功能，具体说来，这包 括：用同一个网络实现对实时性要求不同的信息的传递。

传统上，在 PLC 处理器之间所使用的网络不能用于扩展 I/O 机架或从站，反之亦 然，但是 ControlNet 可以同时满足这两方面要求，因此在现场只需要 构成一个完整的控制层网络， 该功能同时也为在 ControlNet 上实现 I/O 的共享了可能。

在 ControlNet 上，用户可以根据需要，构成主从、多主和对等通讯网 络，甚至可以在同一个网络上混合构成主从、多主和对等通讯网络， 这为网络的应用了极大的灵活性。

ControlNet 上的节点，可以 根据每个节点的特性选择采用巡检、 定时和逢变则报等多种工作方式，

这极大地降低了网络上无用信息的传输，有效地利用了网络带宽，提 高了网络效率。

四、确定性和可重复性 ControlNet 区别于传统网络的一个显著特点就是其确定性，由于 ControlNet 采用了生产者/消费者的网络模式， 使得其网络速度和效率 不随网络上节点数目和网络距离而变化， 并且用户可以预先组态网络 上节点的信息传输时间(毫秒级)，使用者无需编写通讯程序便可确保 全部信息在预先设定的时间间隔内得到传输。

ControlNet 采用的时间 片技术从原理上杜绝了网络发生阻塞的可能。

确定性和可重复性在现 代控制系统中得到了越来越多的应用。

五、灵活性 ControlNet 具有灵活的拓扑结构，它可以方便地构成星型、树型、 线型和环形的拓扑结构；距离可长达成 30 公里。

ControlNet 可以采 用多家厂商的通讯介质， 包括适用于各种环境的同轴， 光纤电缆。

ControlNet 是一个本质安全的网络，它可以应用于各种环境场合。

六、强大方便的网络组态，诊断功能及可靠性 ControlNet 具有极强的网络组态及诊断功能用户可以从网上任何一个 PLC 节点的网络编程口进入网络，对网络进行编程和组态。

网络组态 软件为图形化 WINNT 软件，用户界面相当友好。

一旦某一节点发生 故障可及时发现。

大大提高网络诊断功能。

ControlNet 具有可选的冗 余配置，采用不同路径的冗余网络配置，ControlLogix 同时侦听两条

网络上的信息，而选择其中信息质量更好的网络信息，极大地提高了 网络的可靠性。

七、I/O 共享 传统的控制网络无法实现 I/O 共享，但在 ControlNet 上，每个 PLC 处 理器可以拥有它自己的 I/O，也可以拥有共同的 I/O，这也就是说，一 个 I/O 机架可以同时属于多个 PLC 处理器。

八、扩展性能 由于 ControlNet 是一个标准的完全开放的网络， 故而具有良好的可扩 展性， 选择 ControlNet 为今后集中扩展系统的构成创立了良好的基础。

九、基本指标 控制层系统使系统的重要部分，为了确保系统的可靠性，本方案采用 ControlNet 的网络结构为冗余网络， 传输介质可选同轴电缆或者光纤。

ControlLogix Siemens 产品比较 AB 公司的产品系列按照系统规模大小以及产品性能高低 分为以下系列： 高性能 PLC: ControlLogix 系列、PLC5 系列 中性能 PLC: SLC500 系列、FlexLogix 系列 小型 PLC: MicroLogix1500 系列 相对于西门子系列 S7－300 系列 S7－200 系列 I/O 通讯方式 能下降。

网络通讯不会随着将来系统扩容时节点增加网络性 发送方式：状态变化；周期 I/O 扫描；可以满足严格时 S7－400 系列

间控制要求 支持 I/O 共享方式： 输入模板可同时在多个 CPU 中组 在系统扩容时，网络效率会越来越低。

西门 态.无须编程发送 子 Profibus 100m 内大通讯速率为 12M,随着距离的增加,速率迅速降 低,大通讯距离为 1200m,在 1200m 时速率为 9.6kbps.见 Siemens ST70.2003 P39 页 发送方式：主机轮询；系统响应完全取决于主机性能和从站规模 无法同时在两个以上 CPU 中映像,必须编程发送.占用 CPU 资源.重复 传送时降低 CPU 处理速度 CPU 故障时将丢失相应 I/O 数据 I/O 扩展 支持多种 I/O 网络扩展可支持高低档各种 I/O,满足用户的不 同要求 S7 400 只可在本地扩展使用 S7400 I/O，远程扩展必须使用 ET200 低挡 I/O 系统设计及安装 端子排无须螺钉安装 I/O 模板参数设定全部通过软件,无需硬件调整 须拧紧螺钉 模拟量模板需要量程卡 数据结构 独具全局变量和局部变量 很好的数据封装 须拧紧螺钉 模块框架安装,无须螺钉 I/O 数据类型和指令结构，自动地分配地址和数据。

如定时器/计 数器的状态位 自动适应不同数据类型转换 用户可定义数据结构和多维数组 据块 必须为不同程序构建和协调数

无指令结构和数据类型，必须手工创建,编写更多程序 法转换或被迫选择对应 数据类型不可定义 内存及指令 动态分布 必须设 可扩展运行内存多达 7.5M， 指令数据可随着实际情况 指令集库大 50% 指令集中包含了： 运动指令 文件 型指令 计算指令 诊断指令 过程指令 传动指令 运行内存不可扩展 1.6M 用于程序， 1.6M 用于数据 特殊功能块 用户必须另外配备 特殊功能指令集 例如: PID, Motion 系统保护 定时器数目仅受内存限制 计时范围内可达 231X0.001 秒 (59 小时 39 分钟 8 秒) 计数: 231 大 256/512 定时器 10ms-9990s 计数器 1-999 指令分为 标准功能块 过范围需一个一个级联 系统冗余 多达 32 个主任务 有限的执 行任务 内存及指令 Logix5550 带有电池保护 能够保存处理器内存中所存储的内容 .当拔出处理器时，内存中的 东西仍然被保存着 所有系统模块可带电插拔包括: CPU, 网络通讯模块, I/O 系统自动恢复 I/O 配置数据 CPU 电池位于电源处 当移走控制器或电源时需要为控制器准备一个临时便携电池保护其 内存中所存储的内容 I/O 有限的带电插拔功能