S7-200模拟量模块系列标准详解

S7-200模拟量模块系列详解

模拟信号是指在一定范围内连续的信号（如电压、电流），这个“一定范围”可

以理解为模拟量的有效量程。在使用S7-200模拟量时，需要注意信号量程范围，拨码开

关设置，模块规范接线，指示灯状态等信息。

本文中，我们按照S7-200模拟量模块类型进行分类介绍：

?AI 模拟量输入模块? 1.

? 2. AO模拟量输出模块

3. AI/AO模拟量输入输出模块

4. 常见问题分析

首先，请参见“S7-200模拟量全系列总览表”，初步了解S7-200模拟量系列的基本信

息，具体内容请参见下文详细说明：

AI 模拟量输入模块

A. 普通模拟量输入模块：

如果，传感器输出的模拟量是电压或电流信号（如±10V或0~20mA），可以选用普

通的模拟量输入模块，通过拨码开关设置来选择输入信号量程。注意：按照规范接线，

尽量依据模块上的通道顺序使用（A->D），且未接信号的通道应短接。具体请参看

《S7-200可编程控制器系统手册》的附录A-模拟量模块介绍。

4AI EM231模块：

首先，模拟量输入模块可以通过设置拨码开关来选择信号量程。开关的设置应用于

整个模块，一个模块只能设置为一种测量范围，且开关设置只有在重新上电后才能

生效。也就是说，拨码设置一经确定后，这4个通道的量程也就确定了。如下表所示：

注：表中0~5V和0~20mA（4~20mA）的拨码开关设置是一样的，也就是说，当拨码

开关设置为这种时，输入通道的信号量程，可以是0~5V，也可以是0~20mA。

8AI EM231模块：

8AI的EM231模块，第0->5通道只能用做电压输入，只有第6、7两通道可以用做电流

输入，使用拨码开关1、2对其进行设置：当sw1=ON，通道6用做电流输入；sw2=ON

时，通道7用做电流输入。反之，若选择为OFF，对应通道则为电压输入。

注：当第6、7道选择为电流输入时，第0->5通道只能输入0-5V的电压。

B. 测温模拟量输入模块（热电偶TC；热电阻RTD）：

如果，传感器是热电阻或热电偶，直接输出信号接模拟量输入，需要选择特殊的测

温模块。测温模块分为热电阻模块EM231RTD和热电偶模块EM231TC。注意：不同的信

号应该连接至相对应的模块，如：热电阻信号应该使用EM231RTD，而不能使用

EM231TC。且同一模块的输入类型应该一致，如：Pt1000和Pt100不能同时应用在一个热

电阻模块上。

热电偶模块TC：

EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型热电偶，不支持B型热电偶。通过拨码设

置，模块可以实现冷端补偿，但仍然需要补偿导线进行热电偶的自由端补偿。另外，

该模块具有断线检测功能，未用通道应当短接，或者并联到旁边的实际接线通道上。

热电阻模块RTD：

热电阻的阻值能够随着温度的变化而变化，且阻值与温度具有一定的数学关系，这

种关系是电阻变化率α。RTD模块的拨码开关设置与α有关，如下图所示，就算同是

Pt100，α值不同时拨码开关的设置也不同。在选择热电阻时，请尽量弄清楚α参数，按

照对应的拨码去设置。具体请参看《S7-200可编程控制器系统手册》的附录A-热电偶和

热电阻扩展模块介绍。

EM231 RTD模块具有断线检测功能，未用通道不能悬空，接法方式如下：

（1）请将一个电阻按照与已用通道相同的接线方式连接到空的通道，注意：电阻的阻

值必须和RTD的标称值相同；

（2）将已经接好的那一路热电阻的所有引线，一一对应连接到空的通道

上。

因为热电阻分2线制、3线制、4线制，所以RTD模块与热电阻的接线有3种方式，如

图所示。其中，精度最高的是4线连接，精度最低的是2线连接。

提示：

（1）. 在STEP7 Micor/WIN软件中（S7-200的编程软件），对于模拟量输入通道设有软件

滤波功能，如图所示，具体请参见《S7-200 ? LOGO? SITOP 参考》->系统块-模拟量滤

波。

但是，在系统块中设置模拟量通道滤波时，RTD和TC模块占用的模拟量通道，应

禁止滤波功能。

（2） EM231 TC和RTD模块上，均有24V电源指示灯和SF故障指示灯。如图所示：（a）

若24V电源指示灯=OFF，则说明该模块没有24V工作电源；（b）若SF红灯闪烁，原因可

能是：模块内部软件检测出外接断线，或者输入超出范围。

注：具体请参见：《S7-200 ? LOGO? SITOP 参考》->EM231 RTD/EM231 TC。

AO模拟量输出模块

S7-200的扩展模块里，分别有2路、4路的模拟量输出模块EM232。根据接线方式

（M-V或M-I）选择输出信号类型，电压：±10V，电流：0~20mA（4~20mA）。

AI/AO模拟量输入输出模块

(A) CPU模块本体集成的2路AI和1路AO

S7-200只有CPU 224XP和CPU224XPsi，本体集成有模拟量通道。其中，2路AI是：电

压信号±10V，1路AO是：电压信号0~10V；或者电流信号0~20mA(4~20mA)，输出信号

类型可以通过硬件接线来选择。

(B) EM235模拟量输入输出模块

EM235模块有4路AI和1路AO。通过拨码开关设置来选择4路AI 通道的输入信号量

程，如下表所示，这个模块可以测量毫伏级（mV）的信号；1路AO是：电压信号

±10V；或电流信号0~20mA（4~20mA），可以根据硬件接线方式（M-V或M-I）选择输出

信号类型。

注：模块上的电位计是用来调节输入信号和转换数值的放大关系，在模块出厂时已经

设置好了，如无需要，请不要随意更改。

常见问题分析

A．模拟量输入与数字量的对应关系：

模拟量信号（0~10V，0~5V或0~20mA）在S7-200 CPU内部用0~32000的数值表示

（注：4~20mA对应6400~32000），这两者之间有一定的数学关系，如图所示：

B．模拟量模块的硬件接线介绍

（1）CPU 224 XP集成有2路电压输入，接线方法见a：分别为A+和M、B+和M，此时

只能输入±10V 电压信号。

CPU 224XP还集成有1路模拟量输出信号。电流输出如图b，将负载接在I和M端子之

间；电压输出如图c，将负载接在V和M端子之间。

（2）模拟量输入的接线方式

以4AI EM231模块为例，分别介绍电压、电流型输入信号的接线方式，如图所示。

注意：此接线图是一个示意图，表述的是不同的接线方式，并不是指该模块只有A通道

可以接入电压，B通道必须悬空，C和D通道只能接入电流。

当您的信号为电压输入时可以参考接线方法a，以此类推。

方式a. 电压输入方式：信号正接A+；信号负接A-；

方式b. 未用通道接法（不要悬空）：未用通道需短接，如B+和B-短接；

方式c. 电流输入方式（四线制）：信号正接C+，同时C+与RC短接；

信号负接C-，同时C-和模块的M端短接。

方式d. 电流输入方式（两线制）：信号线接D+，同时D+与RD短接；

电源M端接D-，同时和模块的M端短接。

注：具体请参见：《S7-200 ? LOGO? SITOP 参考》->模拟量模块接线。

（3）电流型信号输入接线方式

电流型信号的接线方式，分为四线制、三线制、二线制接法。这里讨论的“几线

制”，是以传感器或仪表变送器是否需要外供电源来区别的，而并不是指EM231模块需要

几根信号线，或该变送器的信号线输出。

a.四线制-电流型信号的接法：

四线制信号是指信号设备本身外接供电电源，同时有信号+、信号-两根信号线输

出。供电电源可有220VAC或24VDC，接线如图所示：

b. 三线制-电流型信号的接法：

三线制信号是指信号设备本身外接供电电源，只有一根信号线输出，该信号线与电

源线共用公共端，通常情况是共负端的。接线如图所示：

注：若设备的24VDC供电电源与EM231模块的供电电源不是同一个电源，那么，需要将

模块的M端与该通道的负端引脚短接（如，M和C-短接）。这是为了使模块与测量通道

工作在同一的参考电压，也就是等电位。下面的二线制接法同理。

c. 二线制-电流型信号的接法：

二线制信号是指信号设备本身只有两根外接线，设备的工作电源由信号线提供，即

其中一根线接电源，另一根线是信号输出。接线如图所示：

C．224XP本体集成的AI，能否接电流信号0~20mA？

首先，这两路模拟量输入通道可以接收±10V的电压信号，不能直接接收电流信

号。若使用该通道接收电流信号，会有一定的风险，可能导致测量的不准确或模块的损

坏等等。具体说明请点击查看

D．如何对 S7-200 的 CPU224XP 和扩展模块 EM 231, EM 232 及 EM 235 的模拟量值进行

比例换算?

S7-200模拟量输入通道所采集的信号，是以0~32000中的数值表示，存储在AIW中。

也就是说，这个数值与实际的物理量之间，存在一定的比例换算关系。

具体说明请点击查看

本文中文档的链接：

《西门子 S7-200 ? LOGO! ? SITOP 参考》

《S7-200 可编程序控制器系统手册》

对文中的内容有任何意见和建议，以本文标题为邮件主题栏，发送至以下邮箱：

ad.cs3.slc@https://www.wendangku.net/doc/908968694.html,

2012/2/20 | Author: Name

下面以EM235为例讲解S7-200模拟量编程，主要包括以下内容：

1、模拟量扩展模块接线图及模块设置

2、模拟量扩展模块的寻址

3、模拟量值和A/D转换值的转换

4、编程实例

模拟量扩展模块接线图及模块设置

EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1。

图1

图1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；

未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。

对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量

程和分辨率。（后面将详细介绍）

量的单/双极性、增益和衰减。

模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。

SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟

量的衰减选择。

6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。

输入校准

模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下：

A、切断模块电源，选择需要的输入范围。

B、接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。

C、用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输

入端。

D、读取适当的输入通道在CPU中的测量值。

E、调节OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据

值。

F、将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。

G、调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据

值。

H、必要时，重复偏置和增益校准过程。

EM235输入数据字格式

下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置

图2

可见，模拟量到数字量转换器（ADC）的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位，0表示正值。在单极性格式中，3个连续的0使得模拟量到数字量转换器（ADC）每变化1个单位，数据字则以8个单位变化。在双极性格式中，4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位，数据字则以16为单位

变化。

EM235输出数据字格式

图3给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置：

图3

数字量到模拟量转换器（DAC）的12位读数在其输出格式中是左端对齐的，

最高有效位是符号位，0表示正值。

模拟量扩展模块的寻址

每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如：AIW0，AIW2，AIW4……、AQW0，AQW2……。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出

地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。

图4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况，其中，灰色通道不能使用。

图4

模拟量值和A/D转换值的转换

假设模拟量的标准电信号是A0—Am（如：4—20mA），A/D转换后数值为D0—Dm（如：6400—32000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为数学方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

具体举一个实例，以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得

出：

A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号

是6400×16／25600＋4＝8mA。

又如，某温度传感器，－10—60℃与4—20mA相对应，以T表示温度值，A IW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：

T=70×（AIW0－6400）／25600－10

可以用T 直接显示温度值。

模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子：某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.

1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为（32000/20）×4＝6400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为：

VW0的值＝(AIW0的值－6400)(5000－100)/(32000－6400)＋100（单位：KPa）

编程实例

您可以组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的的CPU是CPU222，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个通道连接一块带4—20mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的量程设置为0—100度，即0度时输出4mA，100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器，

简单编程如下：

温度显示值＝（AIW0-6400）/256

编译并运行程序，观察程序状态，VW30即为显示的温度值，对照仪表显示值是

否一致。

就写这些吧，希望能对您有所帮助，也欢迎您完整转载。