S7-200系列PLC的模拟量扩展模块

    在工业控制中，某些输入量（如压力、温度、流量、转速等）是模拟量，某些执行机构（如晶闸管调速装置、电动调节阀和变频器等）要求可编程序控制器输出模拟信号，而可编程序控制器的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压，如4～20 mA、1～5 V、0～10 V，可编程序控制器用A/D(模/数)转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能是二进制的，也可能是十进制的，带正负号的电流或电压在A/D转换后用二进制补码表示。

   D/A(数/模)转换器将可编程序控制器的数字输出量转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量输入/输出模块的主要任务就是实现A/D转换（模拟量输入）和D/A转换（模拟量输出）。

    例如，在温度闭环控制系统中，炉温用热电偶或热电阻检测，温度变送器将温度转换为标准电流或标准电压后送给模拟量输入模块，经A/D转换后得到与温度成比例的数字量，CPU将它与温度设定值比较，并按某种控制规律对差值进行运算，将运算结果（数字量）送给模拟量输出模块，经D/A转换后变为电流信号或电压信号，用来控制电动调节阀的开度，通过它控制加热用的天然气的流量，实现对温度的闭环控制。

   A/D、D/A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨率越高，例如8位A/D转换器的分辨率为1/28=0.38%。模拟量输入/输出模块的另一个重要指标是转换时间。S7-200有三种模拟量扩展模块(见表3-15)。S7-200的模拟量扩展模块中A/D、D/A转换器的位数均为12位。模拟量输入、输出有多种量程供用户选用，如0～10 V、0～5 V、0～20 mA、0～100 mV、±10 V、±5 V、±100 mV等。量程为0～10 V时的分辨率为2.5 mV。

    表3-15    模拟量扩展模块技术数据

   A/D转换的时间小于250 LLs，模拟量输入的阶跃响应时间为1.5 ms(达到稳态值的95%时)。单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0～32000，双极性全量程输入范围对应的数字量输出为-32000～+32000。输入阻抗大于等于10 MΩ。

    【例】压力变送器(0～10 MPa)的输出信号为DC4～20 mA，模拟量输入模块将0～20 mA转换为0～32 000的数字量，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。

    解：4～20 mA的模拟量对应于数字量6400～32000，即0～10000 kPa对应于数字量6400～32000，压力的计算公式应为

    

    模拟量输出的量程有+10V和0～20 mA两种，对应的数字量为-32000～+32000或0～32000。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为12位和11位，25℃时的精度为±0.5%。电压输出和电流输出的稳定时间分别为100μs和2 ms。最大驱动能力如下：电压输出时负载电阻最小为5 kΩ，电流输出时负载电阻最大为500Ω。