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产品描述

产地德国 品牌西门子

西门子CPU1214C模块6ES7214-1BG40-0XB0

PROFIBUS DP系统组态可分为带DP口的主站系统,采用通讯模板CP的主站系统以及带智能从站的DP系统。三种DP系统中带DP口的主站系统,采用通讯模板CP的主站系统在硬件组态时基本相同。

 

1. PROFIBUS DP系统之一:带DP口的主/从系统

带DP口的主/从系统设计十分灵活,它允许用CPU中不同的数据区域来储存DP过程数据。对数据区域的选择取决于CPU的类型和应用。过程映像区,位存储器以及数据块都可用于DP输入,输出数据。

过程映像是标准的数据分配。在CPU的过程映像中须有充分的空间为DP保留一个连续的输入区域和一个连续的输出区域。这可能受*配置中过程映像大小和信号模块数量的限制。

位存储器与过程映像相同,这个区域适合于DP信号的全局存储。例如,如果过程映像可利用的空间(没有被*信号模块占据的空间)不够用,则可以使用位存储区。

数据块也可以用来存储DP信号。有关的DP数据区只被一个程序调用时使用这种存储。

F      建立S7-300 PLC主站的硬件组态(带DP口):双击“X2/DP”栏或“CP342-5”栏,在对话框内选中“DP-Master”

 

F      在PROFIBUS总线上添加ET-200 从站:

 

主站/从站的I/O地址不能重复,它是由系统软件分配的。如果用户需要对地址进行修改,可以通过模板特性对话框重新设置。

2.PROFIBUS DP系统之二:带通讯模板CP的主站系统。

采用通讯模板CP的主站/从站系统,则主站/从站的I/O地址可以重复,因为此时的PLC系统相当于两个CPU。用户可以通过模板特性对话框任意设置I/O地址,只是主站或从站内的I/O地址不能重复。

当配置CP时,必须设定操作模式。(Operating Mode)

CP342-5 DP总是需要DP-SEND和DP-RECV。这些组块通过底板总线在CPU和CP之间转移数据.

CP342-5的数据总是连续地传输。主站大数据长度是240字节,从站大数据长度是86字节。

DP-SEND(发送)将CPU中的的DP数据区的数据发送到PROFIBUS CP的发送缓冲器,以便传送给DP从站;DP-RECV(接收)从DP从站中读出数据,将PROFIBUSCP接收缓冲区的数据放入CPU的DP数据区中。

确定基准电位点很重要

今天,一个新来的同事找我讨论模拟量模块的问题,他在上遇到了一些麻烦,用户打反映在现场的S7 300模拟量模块读数不变化,怎么折腾都读数是32767。尽管模拟量模块大家都很熟悉,但是类似的问题还经常有用户反应。翻了翻手边的资料,似乎没有系统讲解这个问题的,于是把自己的经验归纳总结一下。

 

关于读不出值的问题,如果总是32767没有变化,其实值已经有了,只不过是超量程了。如果值为0,那就要注意模拟量是否有问题了,使用万用表测量现场信号并没有超限。为什么会出现这两种现象呢?这是因为选择的参考电位不同,例如,现场过来的信号为5V,那首先要问一下,基准点是几伏?10~15是5V,-10~ -5同样也是5V,如果测量端基准点是0V,那么测量就会有问题,所以一定要保证两端等电位。模拟量模块的基准电位点就是MANA  ,所有的接线都与之有关。

02

隔离与非隔离问题系列

这里的隔离是指模拟量模块的基准电位点MANA  与地(也是PLC的数据地)隔离。隔离模块MANA  与地M可以不连接,以MANA  作为测量端的参考电位;非隔离模块MANA  与地M必须连接, 这样地M 变为MANA作为测量端的参考电位。隔离模块的好处就是可以避免共模干扰。如何知道模块是否是隔离模块,例如SM331模块,可以从模板规范中查到。S7-300中只有一款SM334(SM355除外)模块是非隔离的,此外CPU31XC集成的模拟量也是非隔离的,共同特点就是模块的输出和输入公用M端。

 

同样传感器也有隔离与非隔离的问题。通常非隔离的传感器电源的负端与信号的负端公用一个端子,例如传感器有三个端子 L, M 和S+,通过L, M端子向传感器供电,S+,M为信号的输出,公用M端。判断传感器是否隔离还是参考手册。隔离传感器信号负端与地M可以不连接,以信号负端作为信号源端的参考电位。非隔离传感器信号负端必须在源端(设备端)接地,以源端的地作为信号的参考电位。

 

下面就是如何保证测量端与信号源端等电位接线的问题。在下面建议的连接图中所用的缩写词和助记符含义如下:

 

M +: 测量导线(正)

M -:  测量导线(负)

MANA: 模拟量模块基准电位点

 

这里需要注意MANA  ,不同的接线方式都是以MANA  为参考基准电位。

 

M:    接地端子 

L +: 24 VDC电源端子

UCM: MANA与模拟量输入通道之间或模拟量输入通道之间的电位差

 

UCM共模电压,有两种:

1)不同输入信号负端的电位差,例如一个输入信号为3V,另一个输入信号也为3V,但是它们的基准点电位可能不同,可能是1~4V或3~6V,那么它们之间的共模电压为2V。

2)输入信号负端与MANA的电位差。

模块的UCM  是造成模拟量值超上限的主要原因。不同模块UCM  的值不同。

 

UISO: MANA和CPU的M端子之间的电位差

03

使用隔离的模拟量模块连接隔离的传感器

隔离传感器与隔离模拟量信号连接图如图1所示:

图1 连接隔离的传感器至隔离的模拟量输入模块

 

,都与地隔离,都不需要接地,但是输入信号(传感器)负端与MANA  电压超过UCM限制,例如SM331(6ES7331-7KF02-0AB0)为2.5 VDC,就需要短接信号负端与MANA  ,否则会出现超上限问题。现场可以查看一下,几乎所有超上限问题都是没有连接信号负端与MANA  。如果UISO   超过限制,例如75V DC,就需要连接信号负端、MANA 端以及接地端M,这时模块以大地M端为参考电位,实际变为非隔离使用了,这种情况很少见。

 

有的模块通道组间都是隔离的,没有MANA  ,例如模块6ES7331-7NF10-0AB0,接线如图2所示:

这时每一个通道组(每组2通道)的M-就是MANA ,输入通道组间UCM 为以达到75VDC。 

 

都隔离的情况下连接信号负端与MANA 端就可以了(2线制和电阻测量除外)。手册每个模块接线图中MANA都是建议接地的,我认为这是在接地良好、不会产生共模电压(例如单端接地)的情况下。

04

使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器

这回我来讲讲使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器的情况,模块的MANA与地M不隔离,这样必须连接MANA与地M,模拟量的参考点电位变成地M,典型接线如图3所示:

非隔离的模块都要求连接连接MANA与地M,例如模块SM334(6ES7334-0CE01-0AA0),在提示中强调必须连接,下面为引用手册的提示部分。

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使用隔离的模拟量模块连接非隔离的传感器

传感器不隔离,那么信号源端以传感器本地的地为基准点电位。模块是隔离的,以MANA点为测量基准电位。典型接线如图4所示:

从图4可以看到,非隔离的传感器信号负端在源端接地,但是如果连接多个非隔离的传感器并且分布在不同的地方(不同的接地点),这种情况下就比较麻烦。各个传感器信号的负端会有共模电压UCM ,为了消除UCM ,将各个信号的负端在源端使用短而粗的导线进行等电位连接,由于模块的MANA和信号源端的地可能存在电位差,还要将MANA与源端的地进行等电位连接。在这里不能在模块处进行短接,否则不能消除UCM。

如果工厂接地不好,还是使用隔离的传感器。

06

使用非隔离的模拟量模块连接非隔离的传感器

如果使用非隔离的模拟量连接非隔离的传感器,那么一定将所有的点接地并进行等电位处理。典型接线如图5所示:

从图5可以看到,按照隔离与非隔离的要求,模块不隔离,必须连接MANA与地M,传感器不隔离则需要连接信号负端到本地的地,这样一边以信号源的地作为基准点,一边以模块的地M作为基准点,为了消除两者之间的电位差(共模电压UCM),需要使用足够粗的导线进行等电位连接。

 

如果整个工厂有等电位的接地网,使用非隔离的仪表和模块就比较简单,只需要连接MANA到本地的地M即可,因为每个点都等电位。往往事与愿违,由于非隔离的仪表价格便宜,越是使用这样仪表的地方,地通常打得都不会好,就更别提接地网和等电位连接了。不采取措施肯定有问题,必须保证等电位。使用万用表可以测量,那是因为万用表与地是隔离的,的共模电压UCM   也可能不同 ,与模块不在相同的条件下。建议使用隔离的传感器和模块。

 

讲了一系列的接线方式,终的结论就是模拟量接线的几种方式都集中在一点上,就是信号源端与测量端一定要等电位。

讲到这里我觉得还是要再扩展一下,利用这个原则同样也可以解决数字量接线问题。下面是在现场遇见的一个问题,如图6所示,CPU与I/O的供电分开,I/O是一个非隔离模块,当现场给出信号,但是I/O模块的输入灯没有点亮,在CPU中也不能读出,使用万用表测量,在端子上有24V电压。模块没有问题,将两个电源PS的M端短接,就可以检测到输入信号,这也是由于参考点电位不同造成的。

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