模拟量转换后的模拟值表示方法

模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数值称为模拟值，用16位二进制补码定点数来表示，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值位数（即转换精度）可以设置为9～15位（与模块的型号有关，不包括符号位）。如果模拟值的精度小于15位，则模拟值左移，使其高位（符号位）在16位字的高位（第15位），左移后未使用的低位则填入0，这种处理方法称为“左对齐”。设模拟值的精度为12位加符号位，未使用的低位（第0～2位）为0，相当于实际的模拟值被乘以8。

表1-4给出了SM 331模拟量输入模块的模拟值与模拟量之间的对应关系，模拟量量程的上、下限（±）分别对应于十六进制模拟值6C00H和9400H（H表示十六进制数）。

模拟量输入模块在模块通电前或模块参数设置完成后次转换之前，上溢出时其模拟值为7FFFH，下溢出时模拟值为8000H。上、下溢出时SF指示灯闪烁，有诊断功能的模块可以产生诊断中断。

（2）模拟量输入模块测量范围的设置

模拟量输入模块的输入信号种类用安装在模块侧面的量程卡（或称为量程模块）来设置。量程卡插入输入模块后，如果量程卡上的标记C与输入模块上的标记相对，则量程卡被设置在C位置。模块出厂时，量程卡预设在B位置。用STEP 7设置量程时可以看到该量程对应的量程卡的位置，用户应正确地设置量程卡，否则将会损坏模拟量输入模块。

以模拟量输入模块6ES7 331-7KF02-0AB0为例，量程卡的B位置包括4种电压输入，C位置包括5种电流输入，D位置的测量范围只有4～20mA，其余21种温度传感器、电阻测量或电压测量的测量范围均应选择A位置。使用STEP 7中的硬件组态功能可以进一步确定测量范围。各位置对应的测量方法和测量范围都印在模拟量模块上。

（3）将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量

转换时应考虑变送器的输入/输出量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A/D转换后的数字之间的比例关系。下面以连接电压/电流传感器的模拟量输入模块（6ES7 331-7HF0X-0AB0）为例，介绍模拟量输入模块。

电源模块安装在DIN导轨的插槽1上，紧靠在CPU或扩展机架IM 361的左侧，用电源连接器连接到CPU或IM 36l上。这里以PS 307电源模块为例对电源模块进行相关介绍。

PS 307电源模块可以将AC 120/230V电压转换为DC 24V电压，可以为S7-300、传感器和执行器供电，输出电流有2A、5A或10A 3种。

PS 307 2A电源模块的接线图，电源模块方框图，模块的输入和输出之间有可靠的隔离，输出正常电压24V时，绿色LED亮；输出过载时，红色LED闪烁；输出电流大于2A时，电压跌落，跌落后输出电流会自动恢复；输出短路时输出电压消失，短路消失后电压会自动恢复

电源模块除了给CPU模块供电外，还要给输入/输出模块提供DC 24V电源。CPU模块上的M端子（系统的参考点）一般是接地的，接地端子与M端子用短接片连接。某些大型工厂（例如化工厂和发电厂）为了监视对地的短路电流，可能采用浮动参考电位，这时应将M点与接地点之间的短接片去掉，可能存在的干扰电流会通过集成在CPU中M点与接地点之间的RC电路对接地母线放电。

计数器模块的计数器均为0～32位或±31位加减计数器，可以判断脉冲的方向。其有比较功能，达到比较值时，通过集成的数字量输出响应信号，或通过背板总线向CPU发出中断。其可以2倍频和4倍频计数，4倍频是指在两个互差90°的A、B相信号的上升沿、下降沿都计数。通过集成的数字量输入模块可以直接接收启动、停止计数器等数字量信号。

以FM 350-l为例，它是单通道计数器模块，可以检测高达500kHz的脉冲，有连续计数、单向计数、循环计数3种工作模式。其有设定计数器、门计数器和用门功能控制计数器的启/停3种特殊功能；达到基准值、过零点和超限时都可以产生中断；有3个数字量输入和2个数字量输出。

2.位置控制与位置检测模块

常用的位置控制模块有FM 351、FM 352、FM 353、FM 354和FM 357，常用的位置检测模块有FM 352和SM 338。

FM 351双通道定位模块用于控制变级调速电动机或变频器。FM 353是步进电动机定位模块。FM 354伺服电动机定位模块用于要求动态性能快、精度高的定位系统。FM 357用于多4个插补轴的协同定位，既能用于伺服电动机，也能用于步进电动机。FM 352高速电子凸轮控制器用于顺序控制，它采用增量式编码器或式编码器，有32个凸轮轨迹，13个集成的数字输出端用于动作的直接输出。

FM 352高速布尔处理器可以高速地进行布尔控制，即数字量控制。SM 338用超声波传感器检测位置，具有无磨损、保护等级高、精度稳定以及与传感器的长度无关等优点，可以提供多3个值编码器（SSI）和CPU之间的接口，将SSI的信号转换为S7-300的数字值；并可以为编码器提供DC 24V电源。

3.闭环控制模块

FM 355闭环控制模块有4个闭环控制通道，用于控制压力、流量、液位等，有自优化温度控制算法和PID算法。FM 355C是具有4个模拟量输出端的连续控制器；FM 355S是具有8个数字输出点的步进或脉冲控制器。

FM 355-2是适用于温度闭环控制的4通道闭环控制模块，可以方便地实现在线自优化温度控制。FM 355-2C是具有4个模拟量输出端的连续控制器。FM 355-2S是具有8个数字输出端的步进或脉冲控制器。

4.称重模块

SIWAREX U称重模块是紧凑型电子秤，可用于化学工业和食品工业等行业来测定料仓和储斗的料位，可以对起重机载荷进行监控，也可对传送带载荷进行测量或对工业提升机、轧机超载进行安全防护等。

SIWAREX M称重模块是有校验能力的电子称重和配料单元，可以组成多料秤称重系统，安装在易爆区域；还可以作为独立于PLC的现场仪器使用。

5.前连接器

前连接器用于将传感器和执行元件连接到信号模块，有20针和40针两种。它被插入信号模块上，有前盖板保护。更换模块时只需要拆下前连接器，不用花费很长的时间即可完成重新接线。模块上有两个带顶罩的编码元件，次插入时，顶罩会地插入前连接器，前连接器以后只能插入同样类型的编码元件。

6.TOP连接器

TOP连接器包括前连接器模块、连接电缆和端子块，所有部件均可以方便地连接，并可以单独更换。TOP全模块化端子允许方便、快速和无错误地将传感器和执行元件连接到S7-300，长距离为30m，模拟信号模块的负载电源L+和地端M的允许距离为5m。超过5m时，前连接器一端和端子块一端均需要加电源。

前连接器模块可以代替前连接器插入信号模块，用于连接16通道或32通道的信号模块。

7.仿真模块

仿真模块SM 374用于调试程序，用开关来模拟实际的输入信号，用LED灯显示输出信号的状态。模块上有一个功能设置开关，可以仿真16点输入和16点输出或8点输入和8点输出，具有相同的起始地址。

8.占位模块

占位模块DM 370为模块保留一个插槽，如果用一个其他模块代替占位模块，整个配置和地址都将保持不变。只有当为可编程信号模块进行模块化处理时，才能在STEP 7中组态DM 370占位模块。如果该模块为某个接口模块预留了插槽，则可在STEP 7中删除模块组态。

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9.模拟器模块

模拟器模块DM 374的16个开关可以被设置为16路输入、16路输出或8路输入、8路输出。

10.位置解码器模块

位置解码器模块SM 338额定输入电压为24V DC，与CPU没有电气隔离，主要用于连接多达3个值编码器（SSI）（帧长度为13位的值编码器、帧长度为21位的值编码器、帧长度为25位的值编码器）的输入以及2个用于冻结编码器数值的数字量输入，采集方式为周期采集或同步采集。它允许在运动系统中对编码器值直接做出反应，并且支持同步模式。

11.接口模块

IM 360/IM 361、IM 365为接口模块，通过接口模块实现系统的扩展。IM 360/IM 361用于配置一个中央控制器和3个扩展机架，IM 365用于配置一个中央控制器和一个扩展机架。

在PLC产品领域，SIMATIC S7-400被设计成生产和过程自动化的系统解决方案。S7-400的主要特色为极高的处理速度、强大的通信性能和卓越的CPU资源裕量。S7-400可以与SIMATIC组态工具配套使用，从而进行高效率的配置和编程，尤其是应用于工程量较大的自动化解决方案中，例如语言SCL以及用于顺序控制、状态图和面向工艺的图形组态工具等。S7-400能够保存整个项目数据，包括CPU的符号和说明等，有助于便捷地进行检修和维护。此外，功能强大的集成系统的诊断功能可以增强控制器的实用性，并提高其工作效率。为此，S7-400增加了可以设置的过程诊断功能，可以据此分析过程问题，从而减少停机时间，并进一步提高生产效率。1.3.1　整体设计

S7-400自动化系统采用模块化设计，通常包括一个机架（CR）、一个电源（PS）、一个信号模块（SM）和一个CPU，。它所具有的模块的扩展和配置功能使其能够按照不同的需求灵活组合。模块能带电插拔，且具有很高的电磁兼容性、抗冲击和耐震动性能，因而能大限度地满足各种工业标准