S7-200 SMART數(shù)字量I/O接線圖
不同型號CPU輸入/輸出接線
圖1. CPU SR20接線圖
圖2. CPU SR40接線圖、
圖3. CPU CR40接線圖
圖4. CPU ST40接線圖
圖5. CPU SR60接線圖
圖6. CPU ST60接線圖
數(shù)字量輸入接線
圖7. 漏型輸入接法 圖8. 源型輸入接法
對于大多數(shù)輸入來講,都是24VDC輸入,其中ST CPU的 I0.0-I0.3 支持 5-24V 輸入,另外ST20/30 的I0.6、I0.7也支持5-24V輸入。如下表所示:
S7-200 SMART的數(shù)字量輸入點(diǎn)內(nèi)部為雙向二級管,可以接成漏型(圖7)或源型(圖8),只要每一組接成一樣就行。
對于數(shù)字量輸入電路來說,關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸入點(diǎn)可以分組接不同的電源,這些電源之間沒有聯(lián)系也可以。
數(shù)字量輸出接線
圖9. 源型輸出 圖10. 繼電器輸出
晶體管輸出只能接成源型輸出(圖9),不能接成漏型,即輸出為24V。
繼電器輸出是一組共用一個(gè)公共端的干節(jié)點(diǎn),可以接交流或直流,電壓等級最高到220V。例:可以接24V/110V/220V交直流信號。但要保證一組輸出接同樣的電壓(一組共用一個(gè)公共端,如1L、2L)。對于弱小信號,如小于 5V 的信號,需要自己驗(yàn)證其輸出的可靠性。繼電器輸出點(diǎn)(圖10)接直流電源時(shí),公共端接正或負(fù)都可以。
對于數(shù)字量輸出電路來說,關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸出點(diǎn)可以分組接不同的電源,這些電源之間沒有聯(lián)系也可以。
1代表24VDC傳感器電源輸出
常問問題
1. 同一個(gè)模塊的數(shù)字量輸入端可以同時(shí)接NPN和PNP兩種信號的設(shè)備嗎?
不可以,因?yàn)镹PN和PNP兩種類型的信號在DI端形成的回路中對于DI點(diǎn)的電流方向相反,同樣地M點(diǎn)的電流方向也相反,如圖7和圖8,NPN和PNP回路的電流方向不同所示,如果把兩種信號接到一個(gè)M端,則M端有兩種電流流向,這是不正確的。因此不能在同一個(gè)模塊的DI輸入端同時(shí)接NPN和PNP兩種信號的設(shè)備。
2. DO分成晶體管和繼電器兩種類型,它們的區(qū)別是什么?
繼電器的負(fù)載電流比晶體管的大,但是輸出頻率受到機(jī)械裝置的影響不能太快,同時(shí)存在機(jī)械壽命的限制。晶體管的負(fù)載電流比繼電器的小,但是輸出頻率快,可以用于高速脈沖輸出,沒有機(jī)械壽命的限制。
3. S7-200 SMART CPU數(shù)字量輸出可以接漏型的設(shè)備嗎?
不可以,S7-200 SMART CPU 本體和擴(kuò)展模塊的DO端都只能接源型24V類型的設(shè)備,即集電極開路的PNP設(shè)備。
4. S7-200 SMART I/O擴(kuò)展模塊DIAG指示燈以紅色閃爍的原因?
對于數(shù)字量擴(kuò)展模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍的原因主要是缺少24V直流供電電源,建議查看CPU的信息來確認(rèn)具體報(bào)錯(cuò)原因,查看CPU信息的方法請見硬件診斷或診斷方法舉例。
I/O擴(kuò)展模塊缺少24V直流供電電源時(shí),所有通道指示燈也以紅色閃爍。建議核對模塊接線圖,尤其是模塊供電端含兩排端子的,確定供電接線是否正確,以EM DR32為例,正確的接線方式如下圖所示。
圖11. EM DR32接線圖
S7-200 SMART 開關(guān)量輸出的典型抑制電路
S7-200 SMART 開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí),需要配備抑制電路。抑制電路可以限制開關(guān)量輸出斷開時(shí)感應(yīng)電壓升高,可保護(hù)輸出,并防止切斷感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的高壓導(dǎo)致CPU損壞或CPU內(nèi)部固件錯(cuò)誤。
此外,抑制電路還可以限制關(guān)斷感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的電氣噪聲。配備一個(gè)外部抑制電路,使其從電路上跨接在負(fù)載兩端并且在位置上接近負(fù)載,這樣對降低電氣噪聲最有效。
S7-200 SMART晶體管輸出內(nèi)部回路已經(jīng)包括抑制電路,該電路足以滿足大多數(shù)應(yīng)用中感性負(fù)載的要求。
繼電器輸出觸點(diǎn)由于可用于直流或交流負(fù)載,所以未提供內(nèi)部保護(hù)。
注:給定抑制電路的有效性取決于具體應(yīng)用,必須進(jìn)行驗(yàn)證其是否適合您的具體應(yīng)用。
開關(guān)直流感性負(fù)載的晶體管或繼電器輸出的典型抑制電路見表1所示:
開關(guān)交流感性負(fù)載的繼電器輸出的典型抑制電路見表2所示:
S7-200 SMART 模擬量模塊接線圖
1.普通模擬量模塊接線
模擬量類型的模塊有三種:普通模擬量模塊、RTD模塊和TC模塊。
普通模擬量模塊可以采集標(biāo)準(zhǔn)電流和電壓信號。其中,電流包括:0-20mA、4-20mA兩種信號,電壓包括:+/-2.5V、+/-5V、+/-10V三種信號。
注意:
S7-200 SMART CPU普通模擬量通道值范圍是0~27648或-27648~27648。
普通模擬量模塊接線端子分布如下圖1 模擬量模塊接線所示,每個(gè)模擬量通道都有兩個(gè)接線端。
圖1 模擬量模塊接線
模擬量電流、電壓信號根據(jù)模擬量儀表或設(shè)備線纜個(gè)數(shù)分成四線制、三線制、兩線制三種類型,不同類型的信號其接線方式不同。
四線制信號指的是模擬量儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來有4根線。儀表或設(shè)備有單獨(dú)的供電電源,除了兩個(gè)電源線還有兩個(gè)信號線。四線制信號的接線方式如下圖2模擬量電壓/電流四線制接線所示。
圖2 模擬量電壓/電流四線制接線
三線制信號是指儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來有3根線,負(fù)信號線與供電電源M線為公共線。三線制信號的接線方式如下圖3 模擬量電壓/電流三線制接線所示。
圖3 模擬量電壓/電流三線制接線
兩線制信號指的是儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來只有兩個(gè)接線端子。由于S7-200 SMART CPU模擬量模塊通道沒有供電功能,儀表或設(shè)備需要外接24V直流電源。兩線制信號的接線方式如下圖4 模擬量電壓/電流兩線制接線所示。
圖4 模擬量電壓/電流兩線制接線
不使用的模擬量通道要將通道的兩個(gè)信號端短接,接線方式如下圖5 不使用的通道需要短接所示。
圖5 不使用的通道需要短接
2. RTD模塊接線
RTD熱電阻溫度傳感器有兩線、三線和四線之分,其中四線傳感器測溫值是最準(zhǔn)確的。S7-200 SMART EM RTD模塊支持兩線制、三線制和四線制的RTD傳感器信號,可以測量PT100、PT1000、Ni100、Ni1000、Cu100等常見的RTD溫度傳感器,具體型號請查閱《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊》。
S7-200 SMART EM RTD模塊還可以檢測電阻信號,電阻也有兩線、三線和四線之分。
EM RTD模塊的接線方法如下圖6 傳感器RTD/電阻信號接線所示。
圖6 RTD傳感器/電阻信號接線
3. TC模塊接線
熱電偶測量溫度的基本原理是:兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)回路中就會(huì)有電流通過,此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢。
S7-200 SMART EM TC模塊可以測量J、K、T、E、R&S和N型等熱電偶溫度傳感器,具體型號請查閱《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊》。 TC模塊的接線說明參考圖7 TC信號接線。
圖7 TC信號接線
注意:
每個(gè)模塊的接線圖請參考《S7-200 SMART 系統(tǒng)手冊》中“技術(shù)規(guī)范”章節(jié)。
模擬量常問問題
1. S7-200 SMART 普通模擬量模塊可以連接4-20mA的信號嗎?
可以,S7-200 SMART CPU模擬量模塊可以檢測0~20mA和4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號;兩種電流信號的接線、在STEP 7-Micro/WIN SMART軟件中的參數(shù)設(shè)置都是一樣的。區(qū)別在于:0~20mA對應(yīng)的通道值量程是0~27648,而4~20mA對應(yīng)的通道值量程是5530~27648。
2. S7-200 SMART RTD模塊可以測量電阻值嗎?
可以,S7-200 SMART RTD模塊最大可以測量3000Ω的電阻值。如下圖所示,在“類型”下拉菜單中選擇電阻類型;在“電阻” 下拉菜單中中選擇可測量電阻的最大值,如圖 2.31選擇阻值量程范圍所示。
圖1.選擇阻值量程范圍
3. S7-200 SMART RTD和TC模塊如何得到實(shí)際溫度值?
把S7-200 SMART EM RTD和TC模塊的通道值除以10就是實(shí)際的溫度值。由于RTD和TC模塊的通道值是整數(shù)值,需要把整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)才能在計(jì)算后得到帶有小數(shù)位的溫度值。
4. 模擬量模塊分辨率和轉(zhuǎn)換精度的區(qū)別?
分辨率是A/D模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度,即用多少位的數(shù)值來表示模擬量。以下舉例說明10位分辨率和11位分辨率的區(qū)別。S7-200 SMART CPU模擬量0~20mA的通道值范圍為0~27648。如果分辨率為10位,則表示當(dāng)外部電流信號的變化大于0.01953125mA時(shí),模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片才認(rèn)為外部信號有變化。如果分辨率為11位,則表示當(dāng)外部電流信號的變化大于0.009765625mA時(shí),模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片即認(rèn)為外部信號有變化。
圖2.模擬量分辨
模擬量轉(zhuǎn)換的精度除了取決于A/D轉(zhuǎn)換的分辨率,還受到轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路的影響。在實(shí)際應(yīng)用中,輸入的模擬量信號會(huì)有波動(dòng)、噪聲和干擾,內(nèi)部模擬電路也會(huì)產(chǎn)生噪聲、漂移,這些都會(huì)對轉(zhuǎn)換的最后精度造成影響。這些因素造成的誤差要大于A/D芯片的轉(zhuǎn)換誤差。
表1.模擬量擴(kuò)展模塊基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)
5. S7-200 SMART I/O擴(kuò)展模塊DIAG指示燈以紅色閃爍的原因?
S7-200 SMART I/O擴(kuò)展模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍的原因有兩個(gè),建議查看CPU的信息來確認(rèn)具體報(bào)錯(cuò)原因,查看CPU信息的方法請見硬件診斷或診斷方法舉例。
(1) 模塊缺少24V直流供電電源; I/O擴(kuò)展模塊缺少24V直流供電電源時(shí),所有通道指示燈也以紅色閃爍。建議核對模塊接線圖,尤其是模塊供電端含兩排端子的,確定供電接線是否正確,以EM DR32為例,正確的接線方式如下圖所示。
圖3. EM DR32接線圖
(2) 模擬量模塊上通道斷線或是輸入值超量程。 模擬量模塊上通道斷線或是輸入值超量程,除了會(huì)引起模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍,斷線或是超量程的通道的指示燈也以紅色閃爍,以提示用戶存在故障通道。
以RTD或TC模塊為例,如果RTD或TC模塊選擇了斷線報(bào)警,如圖2.39啟動(dòng)斷線報(bào)警所示。則模塊會(huì)檢測每個(gè)通道的斷線情況。默認(rèn)情況下,該選項(xiàng)是沒有被激活的。RTD或TC模塊對于沒有使用的通道的處理方法如下:
①RTD模塊:將一個(gè)100Ohm的電阻按照與已用通道相同的接線方式連接到空的通道;或者將已經(jīng)接好的那一路熱電阻的所有引線,一一對應(yīng)連接到空的通道上。
②TC模塊:短接未使用的通道,或者并聯(lián)到旁邊的實(shí)際接線通道上。 圖2.39 啟動(dòng)斷線報(bào)警 如果不是通道斷線引起的報(bào)警,就是輸入值超量程了。默認(rèn)情況下,RTD和TC模塊的通道輸入值超上下限報(bào)警是激活的。發(fā)生了該報(bào)警,用戶需要判斷引起通道值超量程的原因:是信號問題還是模塊硬件的問題。
圖4.模擬量斷線報(bào)警
6. 為什么使用S7-200 SMART模擬量輸入模塊時(shí)接收到變動(dòng)很大的不穩(wěn)定的值?
可能的原因如下:
1.可能模擬量輸入模塊和現(xiàn)場傳感器分別使用了自供電或隔離的電源,而兩個(gè)電源沒有彼此連接,即模擬量輸入模塊的電源和現(xiàn)場傳感器的信號地沒有連接;這將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的上下振動(dòng)的共模電壓,影響模擬量輸入值。
2.另一個(gè)原因可能是模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好受到電磁干擾。
可以用如下方法解決:
1.連接現(xiàn)場傳感器的負(fù)端與模塊上的公共M端以補(bǔ)償此波動(dòng),如圖1所示:(但要注意,確保這是兩個(gè)電源系統(tǒng)之間的唯一聯(lián)系。)
背景是:
模擬量輸入模塊內(nèi)部是非隔離的;
共模電壓必須小于12V且大于-12V;
對于60Hz干擾信號的共模抑制比為40dB;
圖5. 傳感器信號等電位連接
注意:模塊中未使用的通道直接短接本通道的+、-,已使用的通道將傳感器的負(fù)端與模塊上的公共M端短接 。
2.使用模擬量輸入濾波。
選擇需要濾波的通道;
選擇濾波強(qiáng)度;
圖6. 設(shè)置模擬量輸入濾波
模擬量輸入值的濾波過程會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的模擬信號,通常過濾對于在處理變化緩慢的信號時(shí)非常有用,例如溫度測量。可以為濾波分為4個(gè)級別(無、弱、中、強(qiáng))。可組態(tài)模塊在組態(tài)的周期數(shù)內(nèi)平滑模擬量輸入信號,從而將一個(gè)平均值傳送給程序邏輯,濾波級別越高,經(jīng)濾波處理的模擬值就越穩(wěn)定,但無法反應(yīng)快速變化的實(shí)際信號。
S7-200 SMART模擬量輸入模塊接收到測量值波動(dòng)時(shí)的檢測方法和步驟
當(dāng) S7-200 SMART模擬量輸入模塊接收到測量值波動(dòng)時(shí),可通過如下圖的步驟進(jìn)行檢查:
圖7. 測量值波動(dòng)時(shí)的檢測方法
注意:
A.上圖中所提到的等電位連接以及不用通道短接請參考本頁圖5。
B.屏蔽層單端接地:是在屏蔽電纜的一端將金屬屏蔽層直接接地,另一端不接地或通過保護(hù)接地。
在屏蔽層單端接地情況下,非接地端的金屬屏蔽層對地之間有感應(yīng)電壓存在,感應(yīng)電壓與電纜的長度成正比,但屏蔽層無電勢環(huán)流通過。單端接地就是利用抑制電勢電位差達(dá)到消除電磁干擾的目的。
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