西门子S7-300 PLC基础与应用 第3版第8章 模拟量控制
S7-300程序设计方法(模拟量控制)
S7-300程序设计方法(模拟量控制)引言在自动化控制系统中，模拟量控制是一种重要的控制方式。
S7-300是西门子公司开发的一种可编程控制器（PLC），它提供了一种灵活的方式来实现模拟量控制。
本文将介绍如何使用S7-300进行模拟量控制的程序设计方法。
硬件配置，我们需要了解S7-300的硬件配置。
S7-300包括一个或多个CPU，用来执行用户编写的程序。
CPU和其他设备之间通过总线连接，包括输入模块、输出模块和模拟量模块。
在模拟量控制中，模拟量模块用来读取传感器的模拟信号，并输出控制信号给执行器。
编程软件S7-300使用STEP7编程软件进行程序设计。
STEP7提供了一个友好的图形化界面，以及一套丰富的函数库来支持编程。
在开始编程之前，我们需要安装和配置STEP7软件，并连接S7-300 PLC。
程序设计步骤1. 配置模拟量模块：在STEP7软件中，我们需要配置模拟量模块。
这包括设置模块的地质、通道数和其他参数。
配置完成后，我们可以通过函数调用的方式读取模块的模拟信号。
2. 编写读取模拟信号的程序：在STEP7软件中，我们可以使用函数库提供的函数来读取模拟量模块的模拟信号。
这些函数会将模拟信号转换为数字量，以便后续的控制算法使用。
3. 设计控制算法：在STEP7软件中，我们可以使用图形化编程语言来设计控制算法。
控制算法可以包括PID控制器、滤波器和限幅器等。
通过读取模拟信号并对其进行处理，我们可以控制信号，并输出给执行器。
4. 编写输出控制信号的程序：在STEP7软件中，我们可以使用函数库提供的函数来输出控制信号。
这些函数将控制信号转换为模拟输出信号，并输出给执行器。
5. 调试和测试：在完成程序设计后，我们需要进行调试和测试。
我们可以使用STEP7软件提供的在线模拟功能来模拟真实的输入和输出信号，并进行调试和测试。
本文介绍了在S7-300上进行模拟量控制的程序设计方法。
通过配置模拟量模块、编写读取模拟信号的程序、设计控制算法和编写输出控制信号的程序，我们可以实现灵活且高效的模拟量控制。
第1讲：S7-300 PLC基础
业精于西门子S7系列PLC1-1、S7-300的硬件结构S7-300为标准模块式结构化PLC，各种模块相互独立，并安装在固定的机架上，构成一个完整的PLC应用系统系统背版总线连接器电源模块（选配）CPU模块信号模块信号模块前连接器模块前门盖板状态及故障指示灯模式开关MMC存储卡（CPU313以上）DC 24V电源连接器后备电池（CPU313以上）MPI多点接口1-2、S7-300 CPU模块1-2-1、CPU的分类种）紧凑型CPU（六种）：CPU 312CCPU 313C革新型CPU（五种）：CPU 312（新型）CPU 314(新型）故障安全型CPU（三种）：CPU 315FCPU 315F-2DP特种型CPU（两种）：CPU 317T-2DPCPU 317-2PN/DP1-2-2、S7-300CPU的主要特性：1-2-3、S7-300 CPU的操作：1、运行模式开关RUN-P：可编程运行模式。
在此模式下，CPU不仅可以执行用户STOP：停机模式。
在此模式下，CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）从C P U中读出或修改用户程序。
在此位置可以拔出钥S7-300 CPU工作时需要使用存储卡来存储用户程序和数据，在训练过程中，经常性地对存储卡进行写入程序的操作，会在存储卡中留下很多垃圾程序，造成存储卡的容量不足或者格式混乱，可以使2、状态及故障显示SF（红色）：系统出错/故障指示灯。
CPU硬件或软14配）：＋5V电源指示灯。
CPU和S7-300总线的5V）：强制作业有效指示灯。
至少有一个I/O被状态时亮；LEDSTOP（黄色）：停止状态指示灯。
CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5 Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。
1-3、S7-300的模块1-3-1、S7-300的扩展能力●PS 307标准电源模块1-3-2、电源模块（PS）PS 307 5APS3075ADC 5VPS 307 2A1-3-3、信号模块（SM） SM321数字量输入模块(DI)(1)数字量输入模块（DI）数字量输入模块SM321有直流输入型和交流输入型。
学习西门子S7-300的基础
学习西门子S7-300的基础第一章ＰＬＣ概述一、可编程控制器的产生及定义①１９６９年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。
但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC （programmable logic controller）。
②70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC （programmablecontroller）。
但由于PC容易与个人计算机（personal computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。
③1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。
④PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。
继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。
⑤PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。
二、可编程控制器的分类及特点（一）分类（１）从组成结构形式分①一体化整体式ＰＬＣ②模块式结构化ＰＬＣ（２）按Ｉ／Ｏ点数及内存容量分①超小型ＰＬC②小型ＰＬＣ③中型ＰＬＣ④大型ＰＬＣ⑤超大型ＰＬＣ（3）按输出形式分①继电器输出为有触点输出方式，适用于低频大功率直流或交流负载②晶体管输出为无触点输出方式，适用于高频小功率直流负载③晶闸管输出为无触点输出方式，适用于高速大功率交流负载（二）特点①可靠性高、抗干扰能力强②编程简单、使用方便③设计、安装容易，维护工作量少④功能完善、通用性好，可实现三电一体化PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。
西门子S7-300 PLC基础与应用最新课件-第8章 模拟量控制
可使用模拟量输入模块 SM331, AI8x12Bit（订货 号：6ES7 331-7KF02-0AB0）。该模块具有诊断和 硬件中断功能，且最多可处理 8 个模拟量输入（4～ 20mA；PT 100；热电偶）。
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8.模拟量的规范化输出
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西门子S7-300 PLC 基础与应用
第8章 模拟量控制
模拟量的处理
1. 模拟量输入通道的量程调节
每个模拟量输入模块（AI）都有2～8模拟量输入通道， 在使用之前必须对所使用的模拟量输入模块进行相关设 置：
➢ 通过模拟量输入模块内部的跳线，同一个模拟量输入 模块每个通道组间可以连接不同类型的传感器；
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西门子S7-300 PLC 基础与应用
第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题2：如何连接PT100电阻温度计？ 4/12 电压测量变送器的连接
采用隔离连接
电压变 送器
背板 总线
如果要在EMC干扰极强的地区使用SM331模块，则应将M-与 Mana连接起来。这样，输入和Mana参考电位之间的电位差就不 会超出允许值。
物理量
模拟 执行器
模拟量输入模板
MR 模块
ADC
结果 存储器
PIW ... PIW ... ::: PIW ...
模拟量输出模板
DAC
PQW ... PQW ... ::: PQW ...
CPU
: : : : : : L PIW 304
......................................
S7-1200 PLC编程及应用第三版课件_第7、8章
选中“Transfer channel”列表中的PN/IE。单击“Properties”按钮， 打开网络连接对话框。
双 击 网 络 连 接 对 话 框 中 的 PN_X1 （ 以 太 网 接 口 ） 图 标 ， 打 开 “ ‘ PN_X1’ Settings” 对 话 框 。 用 单 选 框 选 中 “ Specify an IP address”，由用户设置PN_X1的IP地址。用屏幕键盘输入IP地址和子网 掩码，“Default Gateway”是默认的网关。设置好后按“OK”按钮退 出。
7.2.3 组态文本域与I/O域 1．生成与组态文本域 将工具箱中的文本域图标拖放到画面上，单击选中它，选中巡视窗口的“
常规”，键入文本“当前值”。可以在“常规”属性中设置字体大小和“适 合大小”。
在“外观”对话框设置其背景色为浅蓝色，填充图案为实心，文本颜色为 黑色。边框的宽度为0（没有边框）。在“布局”对话框设置四周的边距均 为3，选中复选框“使对象适合内容”。
3．设置按钮的事件功能 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 释放”，单击视图右边窗口的表格最上 面一行，选择“系统函数”列表中 的函数“复位位”。 单击表中第2行，选中PLC的默认变量表中的变量“起动按钮”。在HMI 运行时按下该按钮，将变量“起动按钮”复位为0状态。 选中巡视窗口的“属性 > 事件 > 按下”，用同样的方法设置在HMI运行 时按下该按钮，执行系统函数“置位位” 。该按钮为点动按钮。 选中组态好的按钮，执行复制和粘贴操作。放置好新生成的按钮后选中它， 设置其文本为“停止”， 按下该按钮时将变量“停止按钮”置位，放开该按 钮时将它复位。
电气控制与PLC应用第8章习题与思考题参考解答
第5章S7-200 PLC的指令系统习题与思考题7-200指令参数所用的基本数据类型有哪些？：S7-200 PLC的指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型(BOOL)、8位无符号字节型(BYTE)、8位有符号字节型(SIMATIC模式仅限用于SHRB指令)、16位无符号整数(WORD)、16位有符号整数(INT)、32位无符号双字整数(DWORD)、32位有符号双字整数(DINT)、32位实数型(REAL)。
实数型(REAL)是按照ANSI/IEEE 754-1985标准(单精度)的表示格式规定。
2~255字节的字符串型（STRING）即I/O指令有何特点？它应用于什么场合？：立即指令允许对输入和输出点进行快速和直接存取。
当用立即指令读取输入点的状态时，相应的输入映像寄存器中的值并未发生更新；用立即指令访问输出点时，访问的同时，相应的输出映像寄存器的内容也被刷新。
由于立即操作指令针对的是I/O端口的数字输入和数字输出信号，所以它们的位操作数地址只能是物理输入端口地址Ix.x和物理输出端口地址Qx.x。
辑堆栈指令有哪些？各用于什么场合？：复杂逻辑指令，西门子称为逻辑堆栈指令。
主要用来描述对触点进行的复杂连接，并可以实现对逻辑堆栈复杂的操作。
杂逻辑指令包括：ALD、OLD、LPS、LRD、LPP和LDS。
这些指令中除LDS外，其余指令都无操作数。
这些指令都是位逻辑指令。
装载与指令ALD用于将并联子网络串联起来。
装载或指令OLD用于将串联子网络并联起来。
辑推入栈指令LPS，在梯形图中的分支结构中，用于生成一条新的母线，左侧为主控逻辑块时，第一个完整的从逻辑行从此处开始。
辑读栈指令LRD，在梯形图中的分支结构中，当左侧为主控逻辑块时，该指令用于开始第二个和后边更多的从逻辑块。
辑栈弹出指令LPP，在梯形图中的分支结构中，用于恢复LPS指令生成的新母线。
入堆栈指令LDS，复制堆栈中的第n级值，并将该值置于栈顶。
西门子S7-300PLC模拟量编程
西门子S7-300PLC模拟量编程西门子S7-300PLC模拟量方面的实例，包含了以下几个方面的要点：1、对变送器进行取值，并进行控制2、对模数功能块FC105 进行调用3、对AI 模块进行设置4、对AI 量程块进行选择这个实例，调试的是一个流量调节回路中，流量变送器输出2-2-MA DC信号到SM331 模拟输入模块，模块将该信号转换成浮点数，然后在程序中调用FC105将该值转换成工程量，我们就可以监视实际工程中的流量值了。
模拟量AI 采用SM311 模块是8x12Bit（8 通道12 位）对应货号是6ES7 331-7KF02-OABO，在模数转化上利用传感器或变送器的，电压或电流取出的值，到AI 模块上进行转换，然后把值传给西门子的CPU 进行处理，从而检测控制传感器的值，如图：模拟量输入模块模拟量输入用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻，用来实现PLC 与模拟量过程信号的连接。
模拟量输入模块将从过程发送来的模拟信号转换成供PLC 内部处理用的数字信号。
本次工程用的是SM311 输入模块如下图所示。
该模块具有如下特点：分辨率为9 到15 位+符号位（用于不同的转换时间），可设置不同的测量范围。
通过量程模块可以机械调整电流/电压的基本测量范围。
用STEP 7硬件组态工具可进行微调。
模块把诊断和超限中断发送到可编程控制器的CPU 中。
模块向CPU 发送详细的诊断信息。
模拟量输入模块的接线方式两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制电流的两根信号线只提供电流信号。
因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。
因此，当PLC 的模板输入通道设定为连接四线制传感器时，PLC 只从模板通道的端子上采集模拟信号，如图2-3，而当PLC 的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，如图2-2，PLC 的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。
西门子S7-300 PLC基础与应用 第3版第八章
8.4 习题1．模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AQ、模拟量输入/输出模块AI/AQ2．-27648~+276473．288~294、288~2904．A、B、C、D5．模拟量输入/输出模块的地址如果确定？答：对于模拟量模块，从0号机架的4号槽位开始，每个槽位占用16个字节（等于8个模拟量通道），每个模拟量输入通道或输出通道的占用一个字地址。
为了避免与开关量的地址发生冲突，模拟量的默认首地址从256开始，如图8-6所示。
6．程序块FC105有什么功能？如何调用？答：使用FC105可以将从模拟量输入模块所接收的一个整型值转换为以工程单位表示的介于下限（LO_LIM）和上限（HI_LIM）之间的实型值。
FC105模块位于标准库“Standard Library”中“T I-S7 Converting Block s”子文件夹里面，如图8-7所示。
7．如何设置程序块FC105的参数？答：FC105各端子的意义如下：EN：使能输入端，信号状态为“1”时激活该功能。
ENO：使能输出端，如果该功能的执行无错误，该使能输出为“1”。
图8-7FC105模块的位IN：欲转换为以工程单位表示的实型值的输入值（整数类型），可直接从模拟量输入模块接收数据，如PIW288；LO_LIM：以工程单位表示的下限值，实数类型；HI_LIM：以工程单位表示的上限值，实数类型；OUT：规范化后的值（物理量），实数类型；BIPOLAR：信号状态为“1”表示输入值为双极性，信号状态“0”表示输入值为单极性；RET_VAL：如果该指令的执行没有错误，则返回值为0。
8．程序块FC106有什么功能？如何调用？答：FC106的功能是接收一个以工程单位表示、且标定于下限（LO_LIM）和上限（HI_LIM）之间的实型输入值，并将其转换为一个整型值。
FC106模块也位于标准库中“T I-S7 Converting Blocks”子文件夹里面。
9．如何设置程序块FC106的参数？答：FC106各端子的意义如下：EN：使能输入端，信号状态为“1”时激活该功能。
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L+ M
2线制 + 变送器 -
2线制 + 变送器 -
光电隔离
M+ M-
ADC M+ M-
光电隔离 逻辑 背板总线
M ANA
这种类型变送器由模拟输入模块供电。
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 6/8 4线制电流变送器的接线
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题2：如何连接PT100电阻温度计？ 4/12 电压测量变送器的连接
采用隔离连接
电压变 送器
背板 总线
如果要在EMC干扰极强的地区使用SM331模块，则应将M-与 Mana连接起来。这样，输入和Mana参考电位之间的电位差就不 会超出允许值。
模拟量输入模块的接线包括以下任务： ➢连接电源（红色电缆） ➢连接2线制电流变送器（绿色电缆） ➢不使用的通道用电阻器端接 ➢连接4线制电流变送器（绿色电缆） ➢连接4线制电流变送器（绿色电缆） ➢接地并短路其它不使用的通道（蓝色电缆）
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 4/8
4～20mA的2线制变送器 将连接到输入0上的通道组1。 因此，第1个量程卡应设置到 位置D。
4线制变送器将连接到输入 2和3上的通道组2。因此，第 2个量程卡应设置到位置C。
第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 8/8
为模拟量输入模块接线
端子1：L+ 模块的电源
端子2：M+ 2线制电流变送器1
端子3：M- 2线制电流变送器1
端子4与5： 连接1.5～3.3 kΩ的电阻器
端子6：M+ 4线制电流变送器2
端子7：M- 4线制电流变送器2
分析：需要故障诊断功能，并希望两个传感器可以 触发硬件中断。
可使用模拟量输入模块 SM331, AI8x12Bit（订货 号：6ES7 331-7KF02-0AB0）。该模块具有诊断和 硬件中断功能，且最多可处理 8 个模拟量输入（4～ 20mA；PT 100；热电偶）。
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注意：当使用 2 线制变送器时，模块（至少一个量程 卡被设置到位置 D）中所有通道都将失去与负载电压 的电隔离。
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 5/8
2线制电流变送器的接线
压力传感器 P 压力传感器 P
物理量
模拟 执行器
模拟量输入模板
MR 模块
ADC
结果 存储器
PIW ... PIW ... ::: PIW ...
模拟量输出模板
DAC
PQW ... PQW ... ::: PQW ...
CPU
: : : : : : L PIW 304
......................................
示例：连接一个压力传感器，已连接到电压测量变 送器 (±5V)； 三个电阻温度计，PT100 型。
分析：这些传感器启动故障诊断和硬件中断。 可使用模拟量输入模块 SM331, AI8x12Bit（订货 号：6ES7 331-7KF02-0AB0）。该模块具有诊断和 硬件中断功能，且最多可处理 8 个模拟量输入（4～ 20mA；PT 100；热电偶）。
说明：与2线制测量相比，使用3线制或4线制元件 补偿测量返回的结果更加精确。
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题2：如何连接PT100电阻温度计？ 6/12
在 M+ 和 M- 的 连 接 处 ， 可 以 L+ 测量电阻温度 M 计产生的电压。
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第8章 模拟量控制
问题：如何调节量程卡？ 3/5
模拟量的处理
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第8章 模拟量控制
问题：如何调节量程卡？ 4/5
模拟量的处理
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 1/8
示例：将三个模拟量输入连接到PLC工作站。其中一 个模拟量输入具有 2 线制电流变送器，另外两个共享 一个 4 线制电流变送器。
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第8章 模拟量控制
模拟量的处理
1.模拟量输入通道的量程调节
2.模拟量输入模块的接线
3.模拟量输出模块的接线
4.模拟量模块的系统默认地址
5.模拟量的表达方式及测量值的分辨率
6.在不同测量范围下模拟量的表达方式
7.模拟量的规范化读入
t
热敏电阻
电阻温度计的4线制连接
8.模拟量的规范化输出
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第8章 模拟量控制
模拟量的处理
1. 模拟量输入通道的量程调节
每个模拟量输入模块（AI）都有2～8模拟量输入通道， 在使用之前必须对所使用的模拟量输入模块进行相关设 置：
➢ 通过模拟量输入模块内部的跳线，同一个模拟量输入 模块每个通道组间可以连接不同类型的传感器；
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模拟量的处理
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第8章 模拟量控制
模拟量的处理
问题：如何调节量程卡？ 2/5
“A”→热电阻、热电偶测量，测量值通常为毫伏信号， 测量范围为±1000mV；
“B”→电压测量，测量范围为±10V； “C”→四线制变送器测量，传感器电源线与信号线 分开，测量范围为4～20mA； “D”→二线制变送器测量，传感器电源线与信号线 共用，传感器的电源通过模拟量输入模块供给，测量 范围为4～20mA。
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 2/8
➢ 4个通道组中8个输入（每个组具有2个 同类型的输入）；
SM331 AI8x12Bit模拟模 块的特性
➢ 每个通道组的测量精度均可调整；
➢ 每个通道组的用户定义测量模式：电
压、电流、电阻、温度；
本实例任务，将带有±5V电压测量变送器的传感器连接 到通道组CH0、1的输入0上。
要连接三个PT100型电阻温度计，每个PT100都需要一 个完整的通道组(CH2、3/CH4、5/CH6、7)。
因此通道组CH0、1 的第一个量程卡应设置到位置B （缺省设置）。将其它量程卡设置到位置A。
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端子8：M+ 4线制电流变送器3
端子9：M- 4线制电流变送器3
端子10：Comp 连接到M
端子11：Mana 连接到M
端子12
与端子19短路并与Mana连
接
端子20：M
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题2：如何连接PT100电阻温度计？ 1/12
压力传感器 P 压力传感器 P
L+ M
+ -
4线制 变送器 +
-
L+ M
光电隔离
M+ M-
ADC M+ M-
光电隔离 逻辑 背板总线
M ANA
这种类型变送直接由电源供电。
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第8章 模拟量控制
模拟量输入模块的接线
问题1：如何连接4~20mA传感器？ 7/8 为模拟量输入模块接线
T PQW 320 :
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第8章 模拟量控制
模拟量的处理
问题1 PLC如何采集并处理物理量？
在生产过程中都存在着大量物理量（如：温度、压力、 流量、液位、速度、pH值、粘度等），为了实现对这些 物理量的控制，需先经测量传感器将物理量变换为电量 （如：电压、电流、电阻、电荷等），再经测量变送器 将测量结果（电量）转换成标准的模拟量电信号（如： ±500mV、±10V、±20mA、4～20mA等），然后再 将标准的模拟量电信号送入模拟量输入模块（AI）进行 A/D转换，变换成CPU所能接受的二进制电平信号并送 入CPU进行存储和数据处理。
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