S7-300/400 PLC 模拟量输入/输出的量程转换

1 模拟量输入/输出量程转换的概念.......................................................................................3
2 S7-300/400 PLC 模拟量输入/输出模板..............................................................................3
2.1 需要使用的模板..........................................................................................................3
2.2 涉及的信号类型..........................................................................................................3
3 STEP 7 中模拟量输入/输出的编程.....................................................................................3
3.1 FC105/FC106 在哪里.................................................................................................3
3.2 FC105/FC106 功能描述.............................................................................................5
3.2.1 FC105 功能描述....................................................................................................5
3.2.2 FC106 功能描述....................................................................................................5
3.3 FC105/FC106 参数定义.............................................................................................6
3.3.1 FC105 的参数定义...............................................................................................6
3.3.2 FC106 的参数定义................................................................................................6
3.4 例子程序.....................................................................................................................7
3.4.1 FC105 例子程序....................................................................................................7
3.4.2 FC106 例子程序....................................................................................................8

1 模拟量输入/输出量程转换的概念
实际的工程量，如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出
标准电压、电流、温度、或电阻信号供PLC 采集，PLC 的模拟量输入模板将该电压、电流、
温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量——整形数(INTEGER)。在PLC 程序内部要对相应
的信号进行比较、运算时，常需将该信号转换成实际物理值（对应于传感器的量程）。而经程
序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数，再经模拟量输出模板转换成电
压、电流信号去控制现场执行机构。这样就需要在程序中调用功能块完成量程转换。
如一个压力调节回路中，压力变送器输出4-20mA DC 信号到SM331 模拟量输入模板，
SM331 模板将该信号转换成0-27648 的整形数，然后在程序中要调用FC105 将该值转换成0-
10.0（MPa）的工程量（实数），经PID 运算后得到的结果仍为实数，要用FC106 转换为对
应阀门开度0-100%的整形数0-27648 后，经SM332 模拟量输出模板输出4-20mA DC 信号到
调节阀的执行机构。
本文主要讨论S7-300/400 PLC 编程中模拟量的量程转换。
2 S7-300/400 PLC 模拟量输入/输出模板
2.1 需要使用的模板
使用西门子S7-300/400 PLC 进行模拟量输入/输出需要使用的模板：
S7-300 系列PLC：SM331 系列模拟量输入模板；SM332 系列模拟量输出模板；SM334/335
系列模拟量输入/输出模板。
S7-400 系列PLC：SM431 系列模拟量输入模板；SM432 模拟量输出模板。
目前常用的模板规格型号参见模板手册，请链接到如下网址下载模板手册：
S7-300: http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/8859629
S7-400: http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/1117740
2.2 涉及的信号类型
电压，电流，温度，电阻。
3 STEP 7 中模拟量输入/输出的编程
3.1 FC105/FC106 在哪里
在编程界面下，在Program elements 中的Libraries 下的Standard Library 下的TI-S7
Converting Blocks 中就可以找到，见下图：

注意：请不要使用S5-S7 Converting Blocks 下的FC105, FC106，该路径下的功能是用于S5
输入输出模板的，在S7 输入输出模板上无法使用。
3.2 FC105/FC106 功能描述
在编程界面下选中该功能块，按一下计算机键盘上的F1 功能键，即可打开关于该功能块的在
线帮助，包括该功能块的功能，管脚参数定义、例子程序等。建议用户使用STEP 7 在线帮
助，可以提供全面的编程帮助。
3.2.1 FC105 功能描述
SCALE（FC105）功能将一个整形数INTEGER（IN）转换成上限、下限之间的实际的工程值
(LO_LIM and HI_LIM)，结果写到OUT。公式如下：
OUT = [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2–K1)) * (HI_LIM–LO_LIM)] + LO_LIM
常数 K1 和K2 的值取决于输入值（IN）是双极性BIPOLAR 还是单极性UNIPOLAR。
???? 双极性 BIPOLAR：即输入的整形数为 –27648 到 27648，此时 K1 = –27648.0 ， K2 =
+27648.0
???? 单极性 UNIPOLAR：即输入的整形数为 0 到 27648，此时 K1 = 0.0 ， K2 = +27648.0
如果输入的整形数大于 K2，输出 (OUT) 限位到HI_LIM, 并返回错误代码。如果输入的整形数
小于K1，输出限位到LO_LIM，并返回错误代码。
反向定标的实现是通过定义LO_LIM > HI_LIM 来实现的。反向定标后的输出值随着输入值的
增大而减小。
3.2.2 FC106 功能描述
UNSCALE（FC106）功能将一个实数REAL (IN) 转换成上限、下限之间的实际的工程值
(LO_LIM and HI_LIM)，数据类型为整形数。结果写到OUT。公式如下：
OUT = [ ((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM)) * (K2–K1) ] + K1
常数 K1 和K2 的值取决于输入值（IN）是双极性BIPOLAR 还是单极性UNIPOLAR。

???? 双极性 BIPOLAR：即输出的整形数为 –27648 到 27648，此时 K1 = –27648.0 ， K2 =
+27648.0
???? 单极性 UNIPOLAR：即输出的整形数为 0 到 27648，此时 K1 = 0.0 ， K2 = +27648.0
如果输入值在下限LO_LIM 和上限HI_LIM 的范围以外，输出 (OUT) 限位到与其相近的上限或
下限值（视其单极性UNIPOLAR 或双极性BIPOLAR 而定），并返回错误代码。
3.3 FC105/FC106 参数定义
3.3.1 FC105 的参数定义

错误信息：
如输入的整形数大于K2，则输出(OUT) 限位到 HI_LIM，并返回错误值。如输入的整形数小于
K1，输出限位到LO_LIM，并返回错误值。ENO 端的信号状态置为0 且返回值RET_VAL 为
W#16#0008。
3.3.2 FC106 的参数定义

错误信息：
如果输入值在下限LO_LIM 和上限HI_LIM 的范围以外，输出 (OUT) 限位到与其相近的上限或
下限值（视其单极性UNIPOLAR 或双极性BIPOLAR 而定），并返回错误代码。ENO 端的信
号状态置为0 且返回值RET_VAL 为 W#16#0008。
3.4 例子程序
3.4.1 FC105 例子程序
如输入I0.0 为 1，SCALE 功能被执行。下面的例子中，整形数 22 将被转换成0.0 到100.0 的
实数并写到OUT。输入是双极性BIPOLAR，用 I2.0 来设置。

执行前：
IN----------------------MW10=22
HI_LIM---------------MD20=100.0
LO_LIM--------------MD30=0.0
OUT-------------------MD40=0.0
BIPOLAR------------I2.0=TRUE
执行后：
OUT------------------MD40=50.03978588

3.4.2 FC106 例子程序
如输入I0.0 为 1，UNSCALE 功能被执行。下面的例子中，实数50.03978588 将被转换成0.0
到100.0 的工程量，再转换成整形数并写到OUT。输入是双极性BIPOLAR，用 I2.0 来设置。

执行前：
IN---------------------- MD10=50.03978588
HI_LIM---------------MD20=100.0
LO_LIM--------------MD30=0.0
OUT-------------------MW40=0
BIPOLAR------------I2.0=TRUE
执行后：
OUT------------------MW40=22
注意：通常在一个项目都有不只一个模拟量需要转换，FC105 和FC106 在程序中都可多次调
用，调用的方法同上述例子程序。