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在西门子 S7-1200 PLC 中，模拟量转换（模拟量输入 AI / 输出 AO 与实际物理量的换算）是工业控制的基础操作，核心是将传感器 / 执行器的物理信号（如温度、压力、电压、电流）与 PLC 内部的数字量（整数）进行双向转换。以下是详细的转换原理、计算公式、程序实现及实例说明：

一、模拟量转换的核心原理

S7-1200 的模拟量模块（如 SM 1231 AI、SM 1232 AO）会将外部模拟信号（如 4~20mA 电流、0~10V 电压）转换为 PLC 内部的数字量（整数），范围通常为0~27648（默认满量程对应值）。转换遵循 “线性比例” 原则：

• 输入转换（AI）：物理量 → 模拟信号 → 数字量（如 4~20mA 电流对应 0~27648 数字量）。

• 输出转换（AO）：数字量 → 模拟信号 → 物理量（如 0~27648 数字量对应 0~10V 电压）。

二、模拟量输入（AI）转换公式

以4~20mA 电流信号（对应物理量 0~100℃）为例，转换步骤：

1. 信号范围对应关系：

• 物理量：P_min（0℃）→ P_max（100℃）

• 模拟信号：I_min（4mA）→ I_max（20mA）

• 数字量：D_min（0）→ D_max（27648）

2. 转换公式：物理量代入数值：温度℃

3. 特殊情况：若信号为0~10V 电压（对应物理量 0~50Hz），公式相同，仅D_min=0、D_max=27648，物理量范围替换为 0~50Hz 即可。

三、模拟量输出（AO）转换公式

以输出 0~10V 电压（控制变频器 0~50Hz）为例，转换步骤：

1. 信号范围对应关系：

• 物理量：P_min（0Hz）→ P_max（50Hz）

• 模拟信号：V_min（0V）→ V_max（10V）

• 数字量：D_min（0）→ D_max（27648）

2. 转换公式：数字量代入数值：$D=0+\frac{(P-0)\times (27648-0)}{50-0}=\frac{P\times 27648}{50}$

四、S7-1200 程序实现（TIA Portal）

1. 模拟量输入（AI）转换（以 4~20mA→0~100℃为例）

• 步骤 1：读取 AI 模块的原始数字量（通过 “地址映射” 或 “系统块” 查看 AI 通道地址，如 IW256 对应 AI 模块第 1 通道）。

• 步骤 2：在 OB1 中编写转换逻辑（使用 “缩放” 指令或手动计算）。

  方法 1：使用SCALE_X指令（推荐，系统自带功能块）

  方法 2：手动计算（梯形图 / LAD）

  ladder

• // 读取AI原始值（IW256）到MW10
  L     IW256
  T     MW10
  
  // 转换为0~100℃：(MW10 * 100) / 27648
  L     MW10
  L     100
  *I
  L     27648
  /I
  T     MW20  // MW20为转换后的温度值（整数，精度0.1℃可乘以10后处理）

• IN：AI 原始数字量（如 IW256）

• LO_LIM：物理量最小值（0.0，单位℃）

• HI_LIM：物理量最大值（100.0，单位℃）

• LO_VAL：数字量最小值（0.0，对应 4mA）

• HI_VAL：数字量最大值（27648.0，对应 20mA）

• OUT：转换后的物理量（如 MW100，实数类型）

• 调用 “基本指令→转换操作→SCALE_X”，参数设置：

2. 模拟量输出（AO）转换（以 0~50Hz→0~10V 为例）

• 步骤 1：计算目标频率对应的数字量（如 30Hz）。

• 步骤 2：将数字量写入 AO 模块（地址如 QW256 对应 AO 模块第 1 通道）。

  方法 1：使用NORM_X指令（系统自带功能块）

  方法 2：手动计算（结构化文本 / ST）

  st

• // 目标频率30Hz转换为数字量
  "TargetFrequency" := 30.0;  // 目标频率
  "AODigital" := UINT#(("TargetFrequency" * 27648.0) / 50.0);  // 计算数字量
  QW256 := "AODigital";  // 写入AO模块

• IN：目标物理量（30.0，单位 Hz）

• LO_LIM：物理量最小值（0.0）

• HI_LIM：物理量最大值（50.0）

• LO_VAL：数字量最小值（0.0）

• HI_VAL：数字量最大值（27648.0）

• OUT：转换后的数字量（如 MW30）

• 调用 “基本指令→转换操作→NORM_X”，参数设置：

• 将 MW30 写入 AO 通道：L MW30; T QW256

五、关键注意事项

1. 信号类型匹配：

• AI 模块需与传感器信号类型一致（如 “4~20mA” 需在模块硬件配置中选择 “电流” 模式，通过 DIP 开关或 TIA Portal 设置）。

• 若信号为 “0~20mA”，则D_min=0、D_max=27648，公式中P_min对应 0mA 即可。

2. 精度处理：

• 转换结果如需更高精度（如保留 1 位小数），可先将物理量放大 10 倍（如 100℃→1000），计算后再除以 10。

• 推荐使用浮点数（REAL）计算，避免整数除法的截断误差。

3. 故障诊断：

• 接线是否正确（信号正、负、屏蔽层接地）。

• 模块是否报错（查看诊断缓冲区，如 “断线”“超量程”）。

• 传感器是否正常（用万用表测量实际输出信号）。

• 若转换值异常，检查：

六、实例：4~20mA 压力传感器（0~1MPa）转换

• AI 原始值：IW256=13824（对应 12mA，中间值）

• 转换计算：压力

• 程序验证：用SCALE_X指令，输入 13824，输出应为 0.5MPa。

S7-1200 的模拟量转换核心是 “线性比例换算”，通过系统功能块（SCALE_X/NORM_X）可简化编程，减少计算错误。实际应用中需根据传感器 / 执行器的信号范围调整参数，确保转换精度与现场需求匹配。