PLC与各种传感器连接方案（含应用图）

在工业现场中，压力、位移、温度、流量、转速等各类模拟量传感器因设计使用的技术方法不同。传感器工作配电的方式主要分为两线制和四线制，其输出的模拟信号也各有差异，而常见的有0-20mA、4-20mA电流信号和0-75mV、0-5V、1-5V电压信号。

要把各类传感器模拟信号成功采集到PLC/DCS/FCS/MCU/FA/PC系统，就要根据传感器与数据采集系统的功能和技术特点进行匹配选型，同时也要考虑到工业现场传感器与PLC等数据采集系统的供电差异及各种EMC干扰的影响，通常把传感器输出的模拟信号隔离、放大、转换后送到PLC等数据采集系统。PLC通过信号线采集传感器的模拟或数字信号，然后进行处理，如果传感器是模拟输出，PLC就要接模拟输入接口，如果传感器是数字信号输出，PLC就要接数字输入接口.

开关量传感器 就是一个无触点的开关，开关量传感器可作为PLC的开关量输入信号。一般用于开关量控制的设备，机床，机器等。模拟量传感器是把不同的物理量(如压力、流量、温度)转换成模拟量(4-20MA的电流或1-5V的电压)。模拟量传感器作为PLC的模拟量输入模块的输入信号。一般用于过程控制。数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量(或数字编码)的传感器，主要包括：放大器、A/D转换器、微处理器（CPU）、存储器、通讯接口电路等。

常用的模拟量传感器分为两线制和四线制，两线制和四线制都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流电压信号；而四线制的两根信号线只提供电流信号。通常提供两线制电流电压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等数据采集系统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，而当PLC等数据采集系统的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，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。

4-20mA和电工标准有关,4-20mA信号制是国际电工委员会(IEC)过程控制系统用模拟信号标准。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4-20mA,联络信号采用1-5VDC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。因为信号起点电流为4mA,为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA，不与机械零点重合，这种活零点有利于识别断电和断线等故障。

根据模拟信号传感器的性能选型搜索

1、两线制电流/电压输出传感器(无供电电源，由负载提供16—24V配电，输出4-20mA/0-5V)。

1.1 两线制无源4-20mA输入型传感器，经电流隔离配电器配电后与PLC连接。如图1所示，称重、测距传感器正端接16—24VDC,负端输出4-20mA电流。

图1 两线制4-20mA隔离配电器典型应用图

1.2 两线制无源电压信号输入型传感器，经电压配电器配电后与PLC连接。如图2、图3所示，位移、电子尺传感器正端、负端接16—24VDC电压。

图2 非隔离两线无源电压配电器

图3 隔离型电压配电器

如图4、图5所示，应力片、称重电桥传感器正端、负端接16—24VDC电压。

图4 隔离型电压信号转换放大

图5 隔离型电桥电压配电器

1.3 两线制传感器输出4-20mA电流环路经隔离器隔离后与PLC连接。如图6所示，压力、流量传感器正端接9—32VDC,负端输出4-20mA电流。

图6 两线制4-20mA电流环路隔离器典型应用图

1.4 两线制传感器输出4-20mA电流经隔离调理匹配（解决输入输出间冲突）后与PLC连接。如图7所示，温度、转速传感器正端接12—24VDC,负端输出4-20mA电流。

图7 两线制4-20mA信号与PLC匹配隔离调理典型应用图

2、四线制电流/电压(输入/输出)型传感器(有自己的供电电源24VDC，输入/输出:4-20mA或0-5V)。

2.1 四线制电流输出型传感器经模拟信号隔离放大后与PLC连接。如图8所示，温度、湿度传感器正端接24VDC,负端输出4-20mA电流。

图8 四线制传感器信号I/I隔离放大后与PLC连接典型应用图

如图9所示，压力、转速传感器正端接24VDC,负端输出4-20mA电流。

图9 四线制传感器信号I/V转换后与PLC连接典型应用图

2.2 四线制电压输出型传感器经模拟信号隔离放大后与PLC连接。如图10所示，压力、转速传感器正、负端接24V电源,输出端输出0-5V电压。

图10 四线制传感器信号V/I转换后与PLC连接典型应用图

如图11所示，液位、流量传感器正、负端接24V电源,输出端输出0-5V电压。

图11 四线制传感器信号V/V隔离后与PLC连接典型应用图

来源：plcfans

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此次主要讲解如何通过自由口协议实现S7-1200 与第三方设备的通信，当中会涉及到控制系统原理、软硬件需求、组态等知识要点。

西门子S7-1200紧凑型PLC在当的市场中有着广泛的应用，由于其性价比高，所以常被用作小型自动化拉制设备的控制器，这也使得它经常与第三方的设备进行通讯，这里就以超级终端为例介绍自由口通讯。

1、控制系统原理

2、硬件需求

S7-1200PLC目前有3种型的CPU：

1) S7-1211C CPU

2) S7-1212C CPU

3) S7-1214C CPU

这三种类型的CPU都可以连接三个串口通信模版

本例中使用的PLC硬件为：

PM207电源、S7-1214C、CM1241 RS232

3、软件需求

编程软件step7 Basic V10.5

4、组态

我们通过下述的实际操作来介绍如何在Sep7 Basic V10.5中组态S7-1214C和超级网络终端，通信点击桌面上的“ Totally Integrated Automation Portal V10图标，打开如下图：

首先需要选择“ Create new project”选项，然后在“ Project name”里输入PTP；在“Path：”修改项目的存储路径为“C：\”，点击“ Create”，这样就创建了一个文件PTP的新项目。创建后的窗口如下图所示：

点击门户视图左下角的“ Project View”切换到项目视图下，如下图：

打开后，在“ Devices”标签下，点击“ Add new device，在弹出的某单中输人设量名“PLC-1”并在设备列表里选择CPU的类型，选择后如下图：

插入CPU后，点击CPU左边的空槽，在右边的“ Catalog”里找到“ Communication

下的RS232模块，拖拽或双击此模块，这样就把串口模块插入到硬件配置里，接下来就需配此RS232模块硬件接口参数，选择RS232模块，在其下方会出现该模块的硬件属性配置窗口，在属性面口里有两个选项，一个是“general”；一个是“RS232 interface“。

在“ Genera”里括了此模块的“项目信息”和“订货信息”；而在“Rs232 interface“里包括了此模块“项目信息”、“端口的距置”、“发送信息的配置”、“接收信息的配置”和“硬件识别号”，在这里我们选择“RS232”，在“端口”配置的选项里，进行端口的参数配置，

波特率为:9600

校验方式：无

数据位为:8

停止位:1

硬件流控制：

等待时间:1ms

设置参数如下图：

此时确认一下“硬件识别号”为11

此时，完成了硬件的组态，接下来需要编写串口通讯程序，在这里我们实现两个功能：

一、S7-1200发送数据给超级终端

二、超级终端发送数据给S7-1200

对于第一个功能：S7-1200发送数据始超级终端，实际上是S7-1200是数据的发送方，超缓终端是数据的接收方，对于S7-1200需要编写发送程序，而对于超级终端来说，只要打开超级终端程序，配置硬件接口参数与前面S7-1200的端口参数一致即可。

下面的步骤将具体介绍此功能实现的步骤：

①、在PLC中编写发送程序，在项目管理视图下双击“Device”下的程序块下的Main(OB1)，打开OB1，在主程序中调用 SEND- PTP功能块加下图所示：(注：SEND -PTP在指令库下的扩展指令中通讯指令下)

要对 SEND -PTP赋值参数，首先需要创建 SEND- PTP的背景数据块和发送缓冲数据块，双击“ Devices”-->“PLC_1”-->“ Program Block”--“ Add new block”，在弹出的串口命名 DB- Send -PTP，选择DB块，在Tyoe后选择“ SEND -PTP(SFB113)”

插入背景DB后，再插入发送缓冲DB块，重复上面的步骤，只是在选择DB类型为“ Global DB”，并去掉“ Symbolic access only选项勾(这样可以对该DB块进行直接地址访问)，并取名该DB块为 DB- SEND -BUFF。建好这两个DB块后，双击打开DB- SEND- BUFF预先定义好要发送的数据，如下图所示：

定义完发送缓冲区后，接下来就可以对 SEND- PTP赋值参数，赋值参数后如下图：

在上面的编程块里需要注意的是，在指定发送缓冲区时。字符的开始地址是从第二个字节，而不是零字节开始，即是P#DB2.DBX2.0 Byte10而不是P#DB2DBX0.0 Byte10，原因是由于S7-1200对字符串的存放的格式造成的，S7-1200对字符串的前两个字节的定义第一字节是最大的字符长度，第二个字节是实际的字符长度。接下来才是存放实际字符。如下图

上面就完成了程序的编写，对项目进行编译；右击PLC-1项目在弹出的菜单里选择“ Complies ALL”选项，这样就对硬件与软件进行编译，如下图：

编译且没有错误后就可以下载程序到PLC中，同样右击PLC-1项目，在弹出的菜单选择“ Download to Device”

②、用串口交叉线连接S7-1200的串口与计算机的串口，打开计算机的超级终端程序，并设置硬件端口参数如下图：

③、打开OB1功能块在线监控程序，在变量监控表里强制M0.0为1，触发数据的发送，此时在超级终端就会接收到发送的数据，如下图

对于第二个功能：超级终端发送数据给S7-1200，实际上是S7-1200是数据的接收方，超级终端是数据的发送方，对于S71200需编写接收程序；而对于超级终揣来说，只要打开超级终端程序，配置硬件接口参数与削面S7-1200的端口参数一致，在界面上输入发送内容即可。

下面的步骤将具体介绍此功能实现的步骤：

①、在PLC中编写发送程序在项目置理视国下双击“Device”下的程序块下的Main(OB1)，打开OB1，在主程序中调用 RCV - PTP功能块加下图所示：(注： RCV -PTP在指令库下的扩展指令中通讯指令下）

要对 RCV -PTP赋值参数，首先需要创建 RGV - PTP的背景数据模块和发送缓冲数据块，双击“ Devices”-->“ PLC1”-->“ Program Block”“ Add new bloc”，在弹出的率口命名 DB -RCV -PTP，选DB块，在Type后选择“ RCV - PTP(SFB114)”

插入背景DB后，再插入接收冲DB块，重复上面的步骤，只是在选DB类型为“ Global DB”，并去掉“ Symbolic access only选项勾(这样可以对该DB块进行直接地址访问)，并取名该DB块为 DB- RCV - BUFF。建好这两个DB块后，双击打开DB -RCV -BUFF定义接收缓冲区数据的类型，如下图所示：

定义完接收缓冲区后，接下来就可以对 RCV -PTP值参数，赋值参数后如下图：

在上面的编程块里需要注意的是，在指定接收缓冲区时。字符的开始地址是从第二个字节，而不是零字节开始，即是PDB2DBX20Bye10而不是PDB2DBX00Bye10，原因是由于S7-1200对字符串的存放的格式造成的，S7-1200对字符串的前两个字节的定义第一字节是最大的字符长度，第二个字节是实际的字符长度。接下来才是存放实际字符。如下图

上面就完成了程序的编写，对项目进行编译；右击PLC-1项目在弹出的菜单里选择

“ Complies ALL”选项，这样就对硬件与软件进行编译，如下图：

编译且没有错误后就可以下载程序到PLC中，同样右击PLC-1项目，在弹出的菜单选择“ Download to Device”

②、用串口交又线连接S7-1200的串口与计算机的串口，打开计算机的超级终端程序，

并设置硬件端口参数如下图：

在桌面上新建文本文件，打开此文本文件在里面输入“gfdcba”，如下图：

③、打开变量监控表，强制M0.0，使能接收。然后，在超级终端里，选择菜单“ Transfer”下的“ Send Text file，在打开的窗口里找到桌面上的文本文件。

打开 DB -RCV -BUFF数据块，在线查看接收到的数据，如下图

通过上面的例子实现了简单的应用，在实际的应用过程中，需要按第三方设备的协议进行编写S7-1200的程序。

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