生产过程中有大量连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制，有的是非电量，如温度、压力、流量、液位、物体的成分（如气体中的含氧量）、频率等；有的是强电电量，如发电动机机组的电流、电压、有率、无率、率因数等。

模拟量模块包括模拟量输入模块（AI）SM331、模拟量输出模块（AO）SM332、模拟量输入/输出模块（AI/AO）SM334等。

（1）模拟量值的表示方法

S7-300/400的CPU用16位二进制补码定点数来表示模拟量值。其中，高位（第15位）为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。

模拟量输入模块的模拟量值与模拟量之间的对应关系如表2-16所示，模拟量的上、下限（±）分别对应于十六进制模拟量值6C00H和9400H（H表示十六进制数）。

（2）模拟量输入模块SM331

SM331用于将现场各种模拟量测量传感器输出的直流电压或电流信号转换为PLC内部处理用的数字信号。该类模块主要由A/D转换器、转换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器、逻辑电路等组成。图2-19所示为SM331 AI8×13位模拟量输入模块的内部电路及外部端子接线图，从图中可以看出SM331内部只有一个A/D转换器，各路模拟信号可以通过转换开关的切换，按顺序依次完成转换。

（3）模拟量输出模块SM332

SM332用于将S7-300系列PLC的数字信号转换成系统所需要的模拟量信号，控制模拟量调节器或执行机构。SM332目前有4种模块，其中SM332 AO4×12位模块的内部电路及外部端子接线

（4）模拟量输入/输出模块

模拟量输入/输出模块有SM334和SM335两个子系列，SM334为通用模拟量输入/输出模块，SM335为高速模拟量输入/输出模块，并具有一些特殊能。图2-21所示为SM334 AI4/AO 2×8/8位模块的内部电路及外部端子接线图。

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（5）模拟量输入模块的接线

在使用模拟量输入模块时，根据测量方法的不同，可以将电压、电流传感器、电阻器等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。

为了减少电子干扰，对于模拟信号应使用屏蔽双绞线电缆。模拟信号电缆的屏蔽层应两端接地。如果电缆两端存在电位差，将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰，在这种情况下，应让电缆的屏蔽层接地。

对于带隔离的模拟量输入模块，在CPU的M端和测量电路的参考点MANA之间没有电气连接。如果测量电路参考点MANA和CPU的M端存在一个电位差UISO，则必须选用带隔离模拟量输入模块。通过在MANA端子和CPU的M端子之间使用一根等电位连接导线，可以确保UISO不会超过允许值。

对于不带隔离的模拟量输入模块，在CPU的M端和测量电路的参考点MANA之间必须建立电气连接。为此，应连接MANA端子与CPU或IM153的M端子。MANA和CPU或IM153的M端子之间的电位差会造成模拟信号的中断。

各种参考连接如图2-22～图2-40所示，图中所涉及端子的意义如下所示。

M：接地端子；

M+：测量导线（正）；

M−：测量导线（负）；

MANA：模拟测量电路的参考电压；

L+：DC 24V电源端子；

S+：检测端子（正）；

S−：检测端子（负）；

IC+：恒定电流导线（正）；

IC−：恒定电流导线（负）；

COMP+：补偿端子（正）；

COMP−：补偿端子（负）；

P5V：模块逻辑电源；

KV+和KV−：分路比较端子；UCM：MANA测量电路的输入和参考电位之间的电位差；UISO：MANA和CPU的M端子之间的电位差。

① 连接隔离传感器。隔离传感器不能与本地接地电线连接，隔离传感器应无电势运行。对于隔离传感器，在不同传感器之间会引起电位差，这些电位差可能是由于干扰或传感器的本地分布情况造成的。为了防止在具有强烈电磁干扰的环境中运行时超过UCM的允许值，建议将M−与MANA连接，而对于二线电流型测量传感器和电阻型传感器，切勿将M−和MANA互连。

② 连接非隔离的传感器。非隔离传感器可以与本地电线连接（本地接地）。使用非隔离的传感器时，请务必将MANA连接至本地接地。由于本地条件或干扰，在本地分布的各个测量点之间会造成电位差UCM（静态或动态）。若电位差UCM超过允许值，必须在测量点之间使用等电位连接导线。

如果将非隔离的传感器连接到光隔离的门口，如图2-24所示，CPU既可以在接地模式下运行，也可以在未接地模式下运行。如果将非隔离的传感器连接到不带隔离的模块，如图2-25所示，CPU只能在接地模式下运行。非隔离的二线变送器和非隔离的阻性传感器均不能与非隔离的模拟输入一起使用。

⑥ 连接热敏电阻和普通电阻。热敏电阻和普通电阻均可以使用二线制、三线制或四线制端子进行接线。对于四线端子和三线端子，模块可以通过端子IC+和IC−提供恒定电流以补偿测量电缆中产生的电压降。如果使用4位或3位端子进行测量，可以补偿2位端子的测量，测量结果将更。

在带有4个端子模块上连接三线电缆时，通常应当短接M−和IC−，并确保所连接电缆IC+和M+都直接连接到热敏电阻，如图2-31所示。SM331 AI8×RTD接法例外，其连接电路如图2-32所示，必须确保IC−和M−电缆直接连接到热敏电阻上。

对于不带隔离的电压输出型模拟量输出模块，若采用二线制电路，则只需将QV和MANA端子与负载相连即可，其输出精度一般，参考连接如图2-42所示。

对于带隔离的电流型模拟量输出模块，必须将负载连接到该模块的QI和MANA端，而MANA端与CPU的M端不能相连，参考连接如图2-43所示。

对于不带隔离的电流型模拟量输出模块，必须将负载连接到该模块的QI和MANA端，而MANA端与CPU的M端相连。

2.3.2 S7-400系列PLC的信号模块

将S7-400系列PLC的信号模块（SM）插入机架并用螺钉拧紧即可，模块紧靠插入式前连接器。当接线器次插入时，记号元件便会嵌入，该连接器就只能插入具有相同电压范围的模块中。更换模块时，前连接器及其完全接好的线可用于其他相同类型的模块。

1. 数字量模块

（1）数字量输入模块SM421

数字量输入模块将传来的外部数字信号电平转换成S7-400信号电平，模块适于连接开关和二线BERO接近开关。模块的绿色LED指示输入信号的状态；红色LED分别指示当模块处于诊断和过程中断时的内部和外部错误。

可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程序控制器作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充能的原则设计。PLC是一种工业计算机，其种类繁多，不同厂家的产品有各自的特点，但作为工业标准设备，可编程序控制器又有一定的共性。

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1.1.1 PLC的发展历史

20世纪60年代以前，汽车生产线的自动控制系统基本上都由继电器控制装置构成。当时每次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，福特汽车公司的老板曾经说：“不管顾客需要什么，我生产的汽车都是黑色的”，从侧面反映汽车改型和升级换代比较困难。为了改变这一现状，1969年，美国的通用汽车公司（GM）公开招标，要求用新的装置取代继电器控制装置，并提出十项招标指标，要求编程方便、现场可修改程序、维修方便、采用模块化设计、体积小以及可与计算机通信等。同一年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上台可编程序控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成，并取得了满意的效果，可编程序控制器从此诞生。由于当时的PLC只能取代继电器接触器控制，能于逻辑运算、计时以及计数等，所以称为“可编程逻辑控制器”。伴随着微电子技术、控制技术与信息技术的不断发展，可编程序控制器的能不断增强。美国电气制造商协会（NEMA）于1980年正式将其命名为“可编程序控制器”，简称PC，由于这个名称和个人计算机的简称相同，容易混淆，因此在我国，很多人仍然习惯称可编程序控制器为PLC。可以说PLC是在继电器控制系统基础上发展起来。

由于PLC具有易学易用、操作方便、可靠性高、体积小、通用灵活和使用寿命长等一系列优点，因此，PLC很快就在工业中得到了广泛的应用。同时，这一新技术也受到其他国家的重视。1971年日本引进这项技术，很快研制出日本台PLC，欧洲于1973年研制出台PLC，我国从1974年开始研制，1977年国产PLC正式投入工业应用。

进入20世纪80年代以来，随着电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到快速发展（例如GE的RX7i，使用的是赛扬CPU，其主频达1GHz，其信息处理能力几乎和个人电脑相当），使得PLC在设计、性能价格比以及应用方面有了突破，不仅控制能增强，耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理和图像显示的发展，已经使得PLC普遍用于控制复杂生产过程。PLC已经成为工厂自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。