西门子1200PLC模拟量测温案例，看完新手也会使用功能指令

一、任务目标

该任务是功能指令应用案例，使用功能指令有助于我们理清编程思路。本任务使用了标准化及缩放指令，在实际应用中这两个指令应用非常广泛。本任务除了指令的解读之外，还涉及模拟量相关知识。

本任务要求读者掌握以下几个内容：

1.模拟量与数字量的关系

2.温度传感器的接线

3.模拟量与实际物理量的转换

4.标准化指令和缩放指令的使用

二、任务描述

如图3-5-1所示此温度传感器可采集车间温度，传感器（DC0-10V）把测量的数据反馈给PLC，PLC可通过计算得到实际的温度值，以便于在HMI上显示：

图3-5-1 温度采集示意图

三、相关知识

本案例需要了解的知识有模拟量的概念;模拟量与数字量的基本转换关系；温度传感器的接线；涉及编程主要掌握的是标准化及缩放指令的使用。

01、 模拟量控制简介

（1）在工业控制中，某些输入量（温度、压力、液位、流量等）是连续变化的模拟量信号，某些被控对象也需模拟信号控制，因此要求PLC有处理模拟信号的能力。PLC内部执行的均为数字量，因此模拟量处理需要完成有两方面任务：一是将模拟量转换成数字量（A/D转换）；二是将数字量转换为模拟量（D/A转换）。

（2）模拟量处理过程如图3-5-2所示。这个过程主要分为以下几个阶段：

图3-5-2 模拟量处理过程

①模拟量信号的采集，由传感器来完成。传感器将非电信号（如温度、压力、液位等）转换成电信号。

注意：此时的信号为非标准信号。

②非标准信号转换成标准信号，此项任务由变送器来完成。传感器输出的非标准电信号输送给变送器，经变送器将非标准电信号转化成标准电信号。根据国际标准，标准信号分为电压型和电流型两种类型。电压型的标准信号DC0-10V和0-5V等；电流型的标准型号为DC0-20MA和DC4-20MA。

③A/D转换。变送器将其输出的标准信号传送给模拟量输入扩展模块后，模拟量输入扩展模块将模拟量信号转化为数字量信号。

02、 温度传感器接线

（1）变送器信号的选择：

①电压型变送器的选用：早期的变送器大多为电压输出型，即测量信号转换成0-5V或0-10V电压输出。这是运算放大器直接输出，信号功率小于0.05W，通过A/D转换电路转换成数字信号供S7-1200PLC读取、控制。但在信号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合，电压输出型变送器的使用受到了极大限制，暴露了抗干扰能力较差、线路损耗导致精度降低等缺点；所以电压信号一般只使用与短距离传输。

②电流型变送的选用：当现场与控制室之间的距离较远，连接电线的电阻较大时，如果用电压信号远传，电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，而用恒电流信号远传，只要传送回路不出现分支，回路中的电流将不会随电线长短而改变，从而保证了传送的精度；所以一般远距离传输用的都是电流信号。

（2）温度变送器及传感器，如图3-5-3：

图3-5-3 温度变送器及传感器

（3）变送器的类型及接线

变送器分为四线制、三线制、二线制接线法。这里讨论的“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，而并不是指模块需要几根线或该变送器有几根输出信号线。以下介绍三线制电压型变送器接线方法如图3-5-4：

图3-5-4 温度变送器接线

03、 模拟量与数字量的转换

在实际的工程项目中，读者往往采集温度、压力、流量等信号，那么在程序中如何处理这些模拟量信号呢？换句话说编写模拟量程序的目的是什么呢？编写模拟量程序的目的是将模拟量转换成对应的数字量，最终将数字量转换成工程量（物理量）。

模拟量转换为工程量分为单极性和双极性两种。双极性的-27648对应工程量的最小值，27648对应工程量的最大值。

单极性模拟量分为两种，即4-20mA和0-10V、0-20mA。

（1）第一种为4-20mA,是带有偏移量的。

因为4mA为总量的20%，而20mA转换为数字量为27648，所以4mA对应的数字量为5530。模拟量转换为数字量是S7-1200PLC完成的，读者要在程序中将这些数值转换为工程量。

（2）第二种是没有偏移量的

没有偏移量的是如0-10V、0-20mA等模拟量，27648对应最大工程量，0对应工程量的最小值。

（3）模拟量信号（0-10V、0-5V或0-20mA）在S7-1200PLC CPU内部用0-27648的数值表示（4-20mA对应5530-27648），这两者之间有一定的数学关系，如图3-5-5

图3-5-5 模拟量信号与数字量曲线

04、 标准化指令和缩放指令

（1）标准化指令（NORM_X）

NORM_X指令：使用“NORM_X”指令，可将输入VALUE中变量的值映射到线性标尺对其标准化。使用参数MIN和MAX定义输入VALUE值范围的限值：

注意：可以从指令框“<???>”下拉列表中选择该指令的数据类型。

标准化指令的计算公式是：OUT= (VALUE - MIN) / (MAX - MIN)，其中 (0.0 <= OUT <= 1.0)，计算原理如图3-5-6

图3-5-6 标准化指令公式对应计算原理图

用一个例子来说明标准化指令（NORM_X）的使用，梯形图如图3-5-7所示：

当I0.0闭合激活标准化指令，要标准化的VALUE存储在MW10中，VALUE的范围是0-27648，将VALUE标准化的输出范围是0.0-1.0。假设MW10中是13824，那么MD12中的标准化的结果是0.5。

图3-5-7 标准化指令示例

（2）缩放指令（SCALE_X）

SCALE_X指令：使用“SCALE_X”指令，可将输入VALUE的值映射到指定的值范围来对其缩放。当执行缩放指令时，输入VALUE的浮点值会缩放到有参数MIN和MAX定义的值范围。缩放结果为整数，存储在OUT输出中。缩放指令参数见下表：

注意：可以从指令框“<???>”下拉列表中选择该指令的数据类型。

缩放指令的计算公式是：OUT= VALUE (MAX - MIN) + MIN，其中 (0.0 <= VALUE <= 1.0)，计算原理如图3-5-8；

用一个例子来说明标准化指令（NORM_X）的使用，梯形图如图3-5-8所示，当I0.0闭合激活标准化指令，要标准化的VALUE存储在MD16中，VALUE的范围是0-27648，将VALUE标准化的输出范围是0-27648。假设MD10中是0.5，那么MW20中的标准化的结果是13824。

图3-5-8 缩放指令示例

四、任务实施

本任务的实施步骤主要分为PLC接线、IO地址分配以及程序设计思路：

01、 IO地址分配

输入地址

说明

温度显示地址

说明

IW64

模拟量输入

MD24

温度显示

02、 程序设计思路

1）使用标准化指令，把采集过来的模拟量值进行标准化，标准化后的范围值在0.0-1.0之间。

2）再使用缩放指令，把标准化后的数值进行缩放，缩放后的范围值在温度传感器量程（-50.0-200.0℃）范围之间。

03、 程序设计

五、经验与总结

1、模拟量的换算，主要是要理解模拟量与数字量之间的关系。

2、在本任务中，主要使用的是标准化和缩放指令进行模拟量采集换算，换算的时候要注意数字量及工程量数值的填写，以免换算错误。

3、在上述例子中，温度传感器的量程为-50℃-200℃，所以在缩放指令中需要正确填写数值。

4、如果现场有多个温度传感器，可以使用带参数子程序的方式编写更加方便。

5、如果现场的传感器是4-20mA电流输出的，那么在标准化指令中的MIN管脚填写的数值应该是5530，而不是0。

（技成培训网原创，作者：郭彪，未经授权不得转载，违者必究）

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既然在的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器?装有热继电器是否就可以不装熔断器?为什么?

因为熔断器的主要作用是作为电路的短路保护元件，而热继电器的主要作用是作为电动机的长期过载保护元件，所以在电动机的主电路中装有熔断器，还需要装热继电器。

不可以。因为熔断器和热继电器的保护功能不同，热继电器具有热惯性，在电路过载时不能瞬时动作而切断电源，而熔断器可以在电路发生短路故障时瞬时切断电源而起保护作用。

选用时间继电器应注意些什么问题?空气阻尼式时间继电器有哪些类型的触点，? 各有什么功能？

(1)根据电路对延时触头要求选择延时方式；精度和范围选择继电器类型；根据使用场合、工作环境选择类型。

（2）通电延时和断电延时

试述“自锁”、“互锁（联锁）”的含义？并举例说明各自的作用。

自锁：利用接触器自身常开触点来维持接触器连续通电。电动机的连续运转控制。

互锁：利用接触器或继电器的常闭触点，在一条支路通电时保证另一条支路断电。电动机的正反转控制。

试比较交流接触器与中间继电器的相同及不同之处，并说明如果采用PLC控制，还需要中间继电器吗？ 相同：电磁机构相同；

不相同：用途不同。接触器用于自动接通和断开大电流负荷电路。中间继电器用于增加控制点数或信号放大。 不需要。

电器有几种分类方式？都是按什么分类的？

答：有三种分类方式。

分别为：1、按工作电压等级分类；2、按用途分类；3、按工作原理分类。 2. 断路器（也叫自动开关）它同时具有那些保护作用？（6分） 答：具有欠压 ; 过载 ; 短路 等保护作用。 3.FX系列有几条基本指令？几条辑运算指令？（3分） 答：基本指令LD（取）、 LDI（取反）、 OUT （输出） 4.FX系列有几条逻辑运算指令？（6分） 答：辑运算指令AND （与）、ANI （与非）、OR （“或”）、 ORI （“或非”）、ANB （块“与”）、ORB （块“或”） 1．什么是低压电器？低压电器是怎样分类的？ 答：（1）低压电器通常是指工作在交流50Hz（60Hz）、额定电压小于1200V和直流额定电压小于1500V的电路中，起通断、保护、控制或调节作用的电器。

（2）低压电器的分类方法很多，按照不同的分类方式有不同的类型，主要有按照用途分类、按照工作条件分类、按照操作方法分类和按照工作原理分类等分类方法。

1．三相异步交流电动机换向的原理是什么？

答：改变通电相序。

2．直流电动机换向的原理是什么？

答：改变定子或者转子的极性。

3．三相异步交流电动机有哪几种调速方法？

答：变频调速；变极调速；变转差率。

4．直流电动机有哪几种调速方法？

答：弱磁调速；调压调速；串电阻调速。

5．电气控制系统的常用保护环节有哪些？

答：电压保护；电流保护；还有速度保护、漏电保护、超速保护、行程保护、油压

6．常用的电气系统图有哪些？答：原理图、接线图和布置图。

7．多地启动和停止控制用在什么场合？

答：多用于大型设备的控制。

8、什么是额定电流？什么是约定发热电流？两者有什么区别？

答：

（1） 额定工作电流：在规定的条件下，保证电器正常工作的电流。

（2） 约定发热电流：在规定的条件下实验，电器在8小时工作制下，各部件的温升不超过极限数值时所承载的最大电流。 额定电流通常是持续工作的条件下，而约定发热电流是在8小时工作制下，后者大于前者。

9、单相异步电动机有几种启动方法？

答：单相异步电动机的启动方法分为单相分相启动、单相电容启动、单相电容启动运转3种方法

10、单相异步电动机有几种常用的调速方法？

答：电抗器调速和晶闸管调速

11．大功率的三相异步交流电动机为何要减压启动？

答：电动机空载启动电流通常是额定电流的4～8倍，若不降压启动，较大的电压降将严重影响周边设备或者变压器的正常工作。

12．直流电动机启动时为何要在电枢中串入电阻？

答：直流电动机的空载启动电流通常是额定电流的10～20倍，在电枢中串入电阻是为了降压启动，减小启动电流。

13．三相异步交流电动机减压启动的常用方法有哪些？

答：星形-三角形减压启动、自耦变压器减压启动等。

14．三相异步交流电动机制动的常用方法有哪些？

答：机械制动、反接制动、自励发电-短接制动、电容-电磁制动和能耗制动等。

15．直流电动机制动的常用方法有哪些？

答：反接制动和能耗制动。

16．三相异步交流电动机调速的常用方法有哪些？

答：变频调速；变极调速；变转差率。

19．单相异步电动机只有一个绕组吗？

答：实用单相异步电动机通常有2个绕组。

20．按钮和行程开关的工作原理、用途有何异同？

答：按钮和行程开关的工作原理基本相同，当按下按钮时，先断开常闭触头，后接通常开触头；当按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触头自动复位的先后顺序相反。

用途：

一般用于发出启动或停止指令，它可以与接触器或继电器配合，对电动机等实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。多为手控制。

行程开关用于控制机械设备的运动部件行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当安装在生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关时，行程开关的触头动作，实现电路的切换。

交流接触器在运行中有时在线圈断电后，衔铁仍掉不下来，电动机不能停止，这时应如何处理？故障原因在哪里？应如何排除？

答：首先用电源开关将整个回路的电源切断，再用手动按钮下压，查看主触头是否复位，若已经复位，可再通电，若因主触头熔焊在一起，则可将接触器拆除更换。

接触器的线圈额定电流和额定电压与接触器的额定电流和接触器的额定电压有何区别？

答：线圈的额定电压标注在线包上，与是控制回路的电压一致；而额定电压标注在铭牌上，与主回路的电压一致。

接触器的使用类别的含义是什么？

答：接触器用于不同的负载时，其对主触头的接通和分断能力要求不同，按不同的使用条件来选用相应的使用类别的接触器便能满足其要求。

线圈电压为220V的交流接触器误接入380V交流电源会发生什么问题？为什么？

答：通常会烧毁。因为电压过大。

中间继电器的作用是什么？中间继电器和接触器有何区别？在什么情况下中间继电器可以取代接触器启动电动机？

答：中间继电器的作用是：

中间继电器主要起中间转换（传递、放大、翻转分路和记忆）作用，其输入为线圈的通电和断电，输出信号是触头的断开和闭合，它可将输出信号同时传给几个控制元件或回路。中间继电器的触头额定电流要比线圈额定电流大得多，因此具有放大信号的作用，一般控制线路的中间控制环节基本由中间继电器组成。

区别如下：

用途上的区别：接触器是指仅有一个起始位置，能接通、承载或分断正常条件（包括过载运行条件）下电流的非手动机械开关电器。接触器不能切断短路电流，它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是交、直流电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。中间继电器触头和线圈通常都用在控制回路。

使用回路区别：中间继电器的触点和线圈一般都用于控制回路，而接触器线圈在控制回路。 结构上的区别：中间继电器一般没有灭弧装置，而接触器通常有。 小功率、轻负载的电动机。

电动机的启动电流很大，当电动机启动时，热继电器会不会动作？为什么？

答：正常情况下不会动作；因为电动机启动的时间比较短，因此热继电器不会动作。

低压电器的发展趋势是什么？

答：（1）智能化（2）电子化（3）产品的模块化和组合化（4）产品的质量和可靠性明显提高

定时器有几种类型?各有何特点?与定时器相关的变量有哪些?梯形图中如何表示这些变量?

答：系统提供3种定时指令：TON(通电延时)、TONR(有记忆通电延时)和TOF(断电延时)。指令操作数有3个：编号、预设值和使能输入。

S7-200定时器的分辨率(时间增量/时间单位/分辨率)有3个等级：lms、10ms和l00ms。

(1)、接通延时定时器指令：TON，用于单一间隔定时。 (2)、有记忆接通延时定时器指令：TONR，用于对许多间隔的累计定时。只能用复位指令进行复位操作，使当前值清零。 (3)、断开延时定时器指令：TOF，用于断开后的单一间隔定时。

计数器有几种类型?各有何特点?与计数器相关的变量有哪些?梯形图中如何表示这些变量?

答：计数器指令有3种：增计数CTU、增减计数CTUD和减计数CTD。 指令操作数有4个方面：编号、预设值、脉冲输入和复位输入。

(1)、增计数器指令：CTU，计数输入端(CU)脉冲输入的每个上升沿，计数器计数1次。 (2)、增减计数器指令：CTUD，CU输入端用于递增计数，CD输入端用于递减计数。CU输入的每个上升沿，计数器当前值增加1个单位，CD输入的每个上升沿，都使计数器当前值减小1个单位。

(3)、减计数器指令：CTD，CD输入的每个上升沿时，计数器当前值减小1个单位。

电气控制线路常用的保护环节有哪些?各采用什么电气元件?

答：电气控制线路常用的保护环节有以下几种。

①、短路保护:短路时熔断器FU的熔体熔断而切断电路起保护作用。

②、电动机长期过载保护:采用热继电器FR。由于热继电器的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值的电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触头使控制电路断电。

③、欠电压、失电压保护:通过接触器KM的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压(如停电)时，接触器KM断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。

④、自锁、互锁保护:将其中一个接触器的常闭触头串入另一个接触器线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的启动按钮，另一个接触器也无法通电。

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