對輸入、輸出模擬量的PLC編程的探討及編程實例解析
對于初學PLC編程的人來說，模擬量輸入、輸出模塊的編程要比用位變量進行一般的程序控制難的多，因為它不僅僅是程序編程，而且還涉及到模擬量的轉換公式推導與使用的問題。不同的傳感變送器，通過不同的模擬量輸入輸出模塊進行轉換，其轉換公式是不一樣的，如果選用的轉換公式不對，編出的程序肯定是錯誤的。比如有3個溫度傳感變送器：
（1）、測溫范圍為 0~200
（2）、測溫范圍為 0~200
（3）、測溫范圍為 －100
（1）和（2）二個溫度傳感變送器，測溫范圍一樣，但輸出信號不同，（1）和(3)傳感變送器輸出信號一樣，但測溫范圍不同，這3個傳感變送器既使選用相同的模擬量輸入模塊，其轉換公式也是各不相同。
一、轉換公式的推導
下面選用S7-200的模擬量輸入輸出模塊EM235的參數(shù)為依據(jù)對上述的3個溫度傳感器進行轉換公式的推導：
對于(1)和（3）傳感變送器所用的模塊，其模擬量輸入設置為0～20ma電流信號 ,20ma
對應數(shù)子量=32000，4 ma對應數(shù)字量=6400；
對于（2）傳感變送器用的模塊，其模擬量輸入設置為0～5V電壓信號，5V對應數(shù)字量=32000，0V對應數(shù)字量=0；
這3種傳感変送器的轉換公式該如何推導的呢？這要借助與數(shù)學知識幫助，請見下圖：
上面推導出的（2-1）、（2-2）、（2-3）三式就是對應（1）、（2）、（3）三種溫度傳感變送器經(jīng)過模塊轉換成數(shù)字量后再換算為被測量的轉換公式。編程者依據(jù)正確的轉換公式進行編程，就會獲得滿意的效果。
二、變送器與模塊的連接
通常輸出4～20ma電流信號的傳感變送器，對外輸出只有 +、- 二根連線，它需要外接24V電源電壓才能工作，如將它的+、- 二根連線分別與24V電源的正負極相連，在被測量正常變化范圍內，此回路將產(chǎn)生4～20ma電流，見下左圖。下右圖粉色虛線框內為EM235 模塊第一路模擬輸入的框圖，它有3個輸入端，其A+與A-為A/D轉換器的+ - 輸入端，RA與A-之間并接250Ω標準電阻。A/D轉換器是正邏輯電路，它的輸入是0～5V電壓信號，A-為公共端，與PLC的24V電源的負極相連。
那么24V電源、傳感變送器、模塊的輸入口三者應如何連接才是正確的？正確的連線是這樣的：將左圖電源負極與傳感器輸出的負極連線斷開，將電源的負極接模塊的A-端，將傳感器輸出負極接RA端，RA端與A+端并接一起，這樣由傳感器負極輸出的4～20ma電流由RA流入250Ω標準電阻產(chǎn)生0～5V 電壓并加在A+與A-輸入端。
切記：不可從左圖的24V正極處斷開，去接模塊的信號輸入端，如這樣連接，模塊是不會正常工作的。
對第（2）種電壓輸出的傳感変送器，模塊的輸入應設置為0～5V電壓模式，連線時，變送器輸出只連A+、A-，RA端空懸即可。
三、按轉換公式編程：
根據(jù)轉換后變量的精度要求，對轉換公式編程有二種形式：1、整數(shù)運算，2、實數(shù)運算。
請見下面梯形圖：
（A）、整數(shù)運算的梯形圖：
該梯形圖是第（1）種 溫度傳感變送器（測溫：0～200
（B）實數(shù)運算的梯形圖：
該梯形圖是對一個真空壓力變送器（量程：0～0.1Mpa,輸出：4～20ma）按公式（2-1）以實數(shù)運算編寫的轉換程序，可作為一個子程序進行調用。
四、編程實例及解析
某設備裝有4種傳感器：
1、真空壓力傳感器，量程為：0～0.1Mpa；輸出給PLC的信號為4～20ma。
2、蒸汽壓力傳感器，量程為：0～1.0Mpa；輸出給PLC的信號為4～20ma。
3、溫度傳感器，量程為：0～200 度；輸出給PLC的信號為4～20ma。
4、電機轉速，量程為：0～50轉/秒；輸出給PLC的信號為4～20ma。
該設備用蒸汽對其罐體加熱，并對溫度要求按設定的溫度值進行溫度控制?？刂品绞讲捎米詣诱{整電動閥開門角度的大小來改變加熱管道的蒸汽的流量。電動閥的控制信號為4～20ma,即輸入4ma時，電動閥關門，輸入20ma時，電動閥門全開。
為此選用了含有4路模擬輸入和一路模擬輸出的模塊EM235。其4路模擬量輸入信號皆設定為0～20ma電流輸入模式，一路模擬量輸出信號設定為4～20ma電流輸出模式。
要求用觸摸屏顯示這4種信號的時時狀態(tài)值，并在觸摸屏上設置控制的溫度參數(shù)，傳給PLC使PLC按此值進行溫度控制。由于本文重點是講述有關模擬量的輸入與輸出的編程設計，對觸摸屏的編程設計不予講述，只提供觸摸屏與PLC的通訊變量：
VD0：為真空壓力顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。
VD4：為蒸汽壓力值顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。
VW8：為蒸汽溫度值顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。
VW10：為電機轉速值顯示區(qū)，由PLC傳送給觸摸屏。
VW12：設定溫度值區(qū)，由觸摸屏傳送給PLC.
一、硬件電路的配置：
（一）、硬件設置
除上述4種傳感器外，選用：
1、S7-200PLC一臺，型號為：CPU222 CN 。
2、選用EM235模擬量輸入模塊一塊（輸入設置：0~20 ma工作模式；輸出設置：
4～20ma）。
3、變頻器一臺，型號為PI8100，由PLC控制啟停，手動調速。
4、西門子觸摸屏一塊。型號：Smart 700
硬件電路圖
（二）、對傳感器輸出的4~20ma轉換為顯示量程的公式推導：
EM235模擬量輸入輸出模塊，當輸入信號為20ma時，對應的數(shù)字量=32000，故：
輸入=4ma時，對應的數(shù)字量=6400，對應顯示量程值=0。 輸入20ma時，對應的數(shù)字量
=32000，對應顯示量程值最大值=Hm，其輸出量與模塊的數(shù)字量的變化關系曲線如圖一所
示：
這4個轉換公式，前二種為實數(shù)運算，后二種為整數(shù)運算，為簡化程序，自定義二個功能塊分別用于實數(shù)與整數(shù)運算，而每個功能塊在程序運行中又都調用二次，分別計算不同的物理量。為此功能塊設有二個數(shù)字輸入與一個計算結果輸出三個口，以適用于多次調用去計算不同物理量的值。請見下面編程：
（三）、實數(shù)運算功能塊（SBR_0）：
（四）、整數(shù)運算功能快（SBR_1）：
(五)、將模塊的數(shù)字量，按對應公式轉換為量程顯示值的編程
分析以上梯形圖可知，該程序編寫的特點：1、選用自定義功能塊編寫轉換公式的子程序，2、對多個轉換變量的調用采用每個掃描周期對MB0加1的依次循環(huán)調用的方式，這樣的編程處理會使編寫的程序，簡短易讀易懂。
（六）、對模擬量輸出的編程處理
對罐體溫度控制是采用漸近比較的控制方式進行編程。設計思路是這樣的：
當罐體的溫度低于設定溫度10度時，控制加熱蒸汽的電動閥門全打開，當罐體的溫度低于設定溫度7度時，電動閥門打開3/4，當罐體的溫度低于設定溫度4度時，電動閥門打開1/2，當罐體的溫度低于設定溫度2度時，電動閥門打開1/4，當罐體的溫度低于設定溫度1度時，電動閥門打開1/8，當罐體的溫度=設定溫度時，電動閥門關閉。
(2
設定溫度Tz=120度，帶入（2
（3-5）式為數(shù)字量與電動閥門打開度α的關系式，可用它輸送給模塊不同的數(shù)字量，來改變模塊的模擬量輸出值，進而達到改變電動閥門的打開角度。
如：α=1代入（3-5）可得：AIWx=32000 將32000送入給模塊的AQW0, 模塊的模擬量輸出將產(chǎn)生20ma電流輸入給電動閥的信號輸入端，使閥門全打開。
α=1/2代入（3-5）式可得：AIWx=19200 將19200送入給模塊的AQW0, 模塊的模擬量輸出將產(chǎn)生12ma電流輸入給電動閥的信號輸入端，使閥門打開1/2。
下面是利用漸近比較法進行溫度控制的梯形圖：程序解釋見網(wǎng)絡上的說明
程序中的Q0.0為蒸汽電磁閥的輸出信號。Q0.0=1即蒸汽電磁閥打開，注入蒸汽加熱，程序將對罐體內的溫度進行控制。Q0.1 為冷水電磁閥的輸出信號。Q0.1=1即冷水發(fā)打開，注入冷水進行降溫，此時電動閥門全開，加速降溫，程序對降溫不做控制處理。
（ 七）、PLC輸入輸出的控制編程
輸入有3個按鈕：分別控制變頻器、蒸汽電磁閥、水冷電磁閥的通電與關斷：
1、啟動按鈕接PLC的I0.0，控制變頻器的啟動與停止，輸出口為Q0.3。
2、蒸汽電磁閥控按鈕，控制蒸汽電磁閥的打開與關閉，輸出口為 Q0.0
3、冷水電磁閥按鈕，控制冷水電磁閥的打開與關閉，輸出口為 Q0.1
控制方式選用一個按鈕控制啟停，用RS觸發(fā)器指令編程。Q0.0與Q0.1 互鎖，即只容許一個電磁閥打開，如蒸汽閥打開時，按水閥控制按鈕，水閥不能打開，只有先關斷氣閥后再按水閥，水閥才能打開。見下面梯形圖：
本文到此結束，望大家分析探討，有不對之處請給于指正。謝謝大家！
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