模拟量模块的使用及信号的采集与处理
一、实验目的
1、熟悉可编程序控制器的工作原理、主要参数、硬件结构、模块特性、安装配置及指令系统、程序设计、调试方法。
2、熟悉S7-300模拟量模块的工作原理，掌握硬件安装接线的方法及软件的设置及编程。
3、掌握模拟量模/数、数/模转换的原理，输入输出编程方法及STEP7开发环境的使用。
二、实验要求
1、器材需求：
装有Step-7的计算机，S7-300 PLC（包括电源模块、CPU模块、通信模块和至少一个模拟量模块），数字万用表、PLC实验台及实验用导线若干。
2、以尽可能直观的方式验证模拟量输入、输出模块的结果及精度。
三、实验原理
通过PLC模拟量模块采集0-10V模拟电压再输出的方式，验证其模拟量模块的转换速度及精度。
模拟量输出框图：
图3-1 模拟量输出框图
四、实验步骤
1、接线
本实验除了PLC的电源模块、CPU模块和通信模块，输入/输出模块只用到模拟量模块SM334。模拟量I/O模块SM334有两种规格，一种是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位，另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。
SM334模块输入测量范围为0～10 V或0～20 mA，输出范围为0～10 V或0～20 mA。它的I/O测量范围的选择是通过恰当的接线而不是通过组态软件编程设定的。与其它模拟量模块不同，SM334没有负的测量范围，且精度比较低。
本实验的I/O模块选用SM334AI4/AO2x12bit模拟量模块，输入信号为实验台提供的0-10V连续可调直流电源，SM334 AI4/AO2x12bit模块的原理图如下：
图3-1 SM334 AI4/AO2x12bit示意图
接线方法：将模块的电位参考端和每个通道的电位参考端接地（或电源负
极），将所选输入通道的输入端接到实验台0-10V直流电源的正极，并用数字万用表测量输入的模拟电压值和SM334 AI4/AO2x12bit模块模出口的电压值。
电压电流模拟值表示：
系统字电压量程系统字电流量程
范
围十进制十六进制1V~5V 0V~10V
界
限
十进制十六进制0~20mA 4~20mA
32767 7FFF 5.741 11.852 上
溢32767 7FFF 23.70 22.96 上
溢
32512 7F00 32512 7F00
32511 7EFF 5.704 11.759 过
冲
范
围32511 7EFF 23.52 22.81 过
冲
范
围
27649 6C01 27649 6C01
27648 6C00 5 10 标
称
范
围27648 6C00 20 20 标
称
范
围
20736 5100 4 7.5 20736 5100 15 16
1 1 1.1447 0.3617 1 1 0.7234 4.5787 0 0 1 0 0 0 0 4
-1 FFFF
不支持
负值下
冲
范
围
-1 FFFF 下
冲
范
围
-4864 ED00 0.296 -4864 ED00 -3.52 1.185
-4865 ECFF 下
溢-4865 ECFF 下
溢
-32678 8000 -32678 8000
2、硬件组态
STEP7编程环境要求对所需模块进行硬件组态，本实验组态如下：
图3-2 S7-300硬件组态图
3、SM334AI4/AO2x12bit模块的参数设置
通用模拟量输入/输出模块SM334 AI4/AO2x12bit(6ES7 334-0KE00-0AB0)，该模块有4输入通道（默认地址：PIW304-PIW311）、2输出通道(默认地址：PQW304-PQW307)，测量范围：0～10V电压、0～10KΩ电阻或Pt 100），输出范围0～10V电压值或4～20mA电流值。
（1） Addresses：地址设置
输入/输出通道地址设为系统缺省值（System default）：
图3-3 SM334AI4/AO2x12bit地址设置
（2）Inputs：输入设置
测量信号类型（Measuring Type）：将所需通道设为E（电压），其他通道关闭。
测量信号范围（Measuring Range）：SM334 AI4/AO2x12bit模块默认0～10V。
积分时间（Integration Time:）：设为20ms
图3-4 SM334AI4/AO2x12bit输入设置
（3）Outputs：输出设置
输出信号类型（Type of Outpus）：设为E（电压）
输出信号范围（Outpu Range）：系统默认0～10V
图3-5 SM334AI4/AO2x12bit输出设置
3、程序梯形图
图3-6 程序梯形图
五、实验结果及分析
本实验记录了11组模入/模出的输入电压和输出电压的值，结果如下：
标号标准电压源/V PLC输出值/V 系统十六进制误差值/V 误差率/%
1 0 0 0000 0 0
2 0.68 0.67 0750 -0.01 1.47
3 1.30 1.29 0e10 -0.01 0.769
4 2.36 2.3
5 1970 -0.01 0.424
