西门子通信模块.ppt

2019 12 21 控制科学与工程学院 1 2 3 1数字量信号模块2 3 2模拟量信号模块 2 3信号模块 SM 输入 输出模块统称信号模块 SM 包括数字量 或开关量 输入模块和输出模块 模拟量输入模块和输出模块 位置输入模板 用于连接爆炸危险场合的输入模块和输出模块 2019 12 21 控制科学与工程学院 2 2 3 1数字量信号模块 SM321数字量输入模块 DI SM322数字量输出模块 DO SM323数字量输入 输出模块 DI DO SM327数字量输入 可配置输入或输出模块SM374仿真模块 2019 12 21 控制科学与工程学院 3 数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7 300内部信号电平 数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式 对现场输入元件 仅要求提供开关触点即可 输入信号进入模块后 一般都经过光电隔离和滤波 然后才送至输入缓冲器等待CPU采样 采样时 信号经过背板总线进入到输入映像区 1 数字量输入模块 DI 数字量输入模块SM321有14种型号数字量输入模块可供选择 常用的有四种型号模块可供选择 即直流16点输入 直流32点输入 交流32 16 点输入 交流8点输入模块 表2 6SM321数字量输入模板技术参数 2019 12 21 控制科学与工程学院 4 SM321数字量输入模板技术特性 2019 12 21 控制科学与工程学院 5 DI接口电路 直流 光电耦合器 发光二极管 限流电阻 滤波电路 外部用户接线 1 采用光电耦合器 防止强电干扰 3V 5V 2019 12 21 控制科学与工程学院 6 光电耦合器 降压电阻 交流滤波电路 外部用户接线 直流滤波电路 DI接口电路 交流 2019 12 21 控制科学与工程学院 7 汇点式输入接线方式 隔离式输入接线方式 DI模板的外部接线方式 2019 12 21 控制科学与工程学院 8 直流16点数字量输入模板的端子接线图和框图 2019 12 21 控制科学与工程学院 9 直流32点数字量输入模板的端子接线图和框图 2019 12 21 控制科学与工程学院 10 图2 5直流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图 2019 12 21 控制科学与工程学院 11 交流16点数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图 2019 12 21 控制科学与工程学院 12 图2 6交流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图 2019 12 21 控制科学与工程学院 13 带硬件和诊断中断的直流16点数字量输入模板的端子接线图和框图 2019 12 21 控制科学与工程学院 14 2 数字量输出模块 DO 数字量输出模块SM322将S7 300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平 同时又隔离和功率放大的作用 可直接用于驱动电磁阀 接触器 小型电动机 灯和电动机启动器等 按负载回路使用的电源不同 它可分为直流输出模块 交流输出模块和交直流两用输出模块 按输出开关器件的种类不同 它又可分为晶体管输出方式 可控硅输出方式和继电器触点输出方式 数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择 常用模块的有8点晶体管输出 16点晶体管输出 32点晶体管输出 8 16点可控硅输出 16点可控硅输出 8点继电器输出和16点继电器输出 2019 12 21 控制科学与工程学院 15 SM322数字量输出模板技术特性 2019 12 21 控制科学与工程学院 16 数字量输出模块SM322的技术特性 从响应速度上看 晶体管响应最快 继电器响应最慢 从安全隔离效果及应用灵活性角度来看 以继电器触点输出型最佳 2019 12 21 控制科学与工程学院 17 电路可分为译码 控制逻辑 输出锁存 光电隔离和输出驱动五个部分 光电耦合器 发光二极管 1 晶体管输出型每个输出点的最大带负载能力为0 75A 0 5A 但是因为有温度上升的限制 每4点输出总电流不得大于1A 0 8A 每点平均0 5 0 2A 晶体管输出型的接口 其响应速度较快 从光电耦合器动作 或关断 到晶体管导通的时间为15 s以下 DO接口电路 晶体管输出型 2019 12 21 控制科学与工程学院 18 光电耦合器 双向晶闸管 1 压敏电阻 5V 高频滤波电路 双向晶闸管输出型 每点最大带负载能力为0 5 1A 每4点输出总电流不得大于1 6 4A 双向晶闸管输出型的响应速度最快 从晶闸管门极驱动到双向晶闸管导通的时间为1ms以下 DO接口电路 双向晶闸管或双向可控硅型 2019 12 21 控制科学与工程学院 19 光电耦合器 1 压敏电阻 稳压管V1既可防止继电器线圈过电压 同时可以抑制VT截止瞬间使继电器线圈上产生反向高压 从而保护VT以免反向击穿 继电器输出型接口在250VAC以下电路电压可驱动的负载能力为 纯电阻负载为2A 1点 感性负载为80VA以下 AC100V或AC200V 灯负载为100W以下 AC100V或AC200V 继电器输出型接口响应时间最慢 从输出继电器的线圈得电 或断电 到输出接点ON 或OFF 的响应时间均为10ms DO接口电路 继电器输出型 2019 12 21 控制科学与工程学院 20 汇点式输出 隔离式输出 DO模板的外部接线方式 2019 12 21 控制科学与工程学院 21 图2 732点数字量晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图 2019 12 21 控制科学与工程学院 22 晶体管型输出模块设有反极性保护措施 输出具有短路保护功能 适用于驱动电磁阀和直流接触器 晶体管输出方式的模块只能带直流负载 属于直流输出模块 32点数字量晶体管输出模板的端子接线图和框图 2019 12 21 控制科学与工程学院 23 图2 832点数字量晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接线图 2019 12 21 控制科学与工程学院 24 32点数字量晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接线图 可控硅输出方式属于交流输出模块 适用于驱动交流电磁阀 接触器 电机启动器和灯 2019 12 21 控制科学与工程学院 25 16点晶闸管输出端子连接及电气原理图 2019 12 21 控制科学与工程学院 26 图2 916点数字量继电器输出模块的内部电路及外部端子接线图 2019 12 21 控制科学与工程学院 27 16点数字量继电器输出模板的端子接线图和框图 继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块 直流可以从24V到120V 交流可以从48V到230V 继电器触点容量与负载电压有关 电压越高 触点容量越低 2019 12 21 控制科学与工程学院 28 SM323数字量输入 输出模板是在一块模板上同时具有数字量输入点和数字量输出点 有两种类型 一种是8点输入和8点输出模块 输入点和输出点均有一个公共端 另一种是16点输入 8点1组 和16点输出 8点1组 模块 I O额定负载电压24VDC 输入电流为7mA 最大输出电流为0 5A 每组总输出电流4A 输入电压 1 信号电平为11 30V 0 信号电平为 3 5V I O通过光耦与背板总线隔离 在额定输入电压下 输入延迟为1 2 4 8ms 输出具有电子短路保护功能 3 数字量输入 输出模块 DI DO SM323 2019 12 21 控制科学与工程学院 29 DI8 DO8直流模板SM323的端子接线图和框图 2019 12 21 控制科学与工程学院 30 图2 10SM323DI16 DO16 24VDC 0 5A内部电路及外部端子接线图 2019 12 21 控制科学与工程学院 31 图2 11SM327DI8 DX8内部电路及外部端子接线图 4 数字量输入 可配置输入或输出模块 SM327 2019 12 21 控制科学与工程学院 32 SM374仿真模块的操作面板 5 仿真模块 SM374 输入状态开关16个开关可进行输入信号仿真 输出状态LED16个LED指示输出端的信号状态 方式选择器用户可使用螺丝刀设定下列三种方式 16个输入端 用于仿真16DI 16个输出端 用于仿真16DO 8个输入端和8个输出端 仿真8DI 8DO 仿真模板用于在启动和运行时调试程序通过开关仿真传感器信号通过LED显示输出信号状态 2019 12 21 控制科学与工程学院 33 2 3 2模拟量信号模块 AI AO 1 SM331模拟量输入模块 AI 2 SM332模拟量输出模块 AO 3 SM334模拟量输入 输出模块 AI AO 2019 12 21 控制科学与工程学院 34 1 SM331模拟量输入模块 AI 1 功能 将控制过程中的模拟信号转换为PLC内部处理用的数字信号 2 基本结构 主要由A D转换器 切换开关 恒流源 补偿电路 光隔离器及逻辑电路组成 SM331的输入通道有 个 每个通道即可测量电压信号也可以测量电流信号 且可以选用不同的量程 模拟量转换为数字量是顺序执行的 每个模拟量通道的输入信号是被依次轮流转换的 2019 12 21 控制科学与工程学院 35 3 SM331的扫描时间 SM331的通道转换时间包括由积分时间决定的基本转换时间和用于电阻测量 断线监视的附加转换时间 基本转换时间取决于D A输入模块的转换方法 例如积分方法和瞬时值转换法 采用积分法 4档积分时间2 5 16 7 20和100ms 基本转换时间分别为3ms 17ms 22ms和102ms 电阻测量的附加转换时间为lms 断线监视的附加转换时间为10ms 电阻测量和断线监视都有的附加转换时间为16ms 积分时间可以在STEP7中设置 SM331的扫描 循环 时间是指模拟量输入模块对所有被激活的模拟量输入通道进行转换和处理的时间的总和 如果模拟量输入通道进行了通道分组 还需要考虑到通道组之间的转换时间 对于一个积分时间设定为20ms 8个输入通道都接有外部信号且都需断线监视的SM331模块 其循环时间为 22 10 8 256ms 2019 12 21 控制科学与工程学院 36 A D转换部件是模块的核心 其转换原理采用积分方法 积分时间直接影响到A D转换时间和A D转换的精度 SM331可选四档积分时间 2 5ms 16 7ms 20ms和l00ms 相对应的以位表示的精度为8 12 12和14 每一种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率f0 以上四种积分时间分别对应400Hz 60Hz 50Hz和10Hz 2019 12 21 控制科学与工程学院 37 SM331的扫描 循环 时间是指模拟量输入模块对所有被激活的模拟量输入通道进行转换和处理的时间的总和 某一通道从开始转换模拟量输入值起 一直持续到再次开始转换的时间称为模入模块的循环时间 它是模块中所有活动的模拟量输入通道的转换时间的总和 实际上 循环时间是对外部模拟量信号的采样间隔 为了缩短循环时间 应该使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道 使其不占用循环时间 2019 12 21 控制科学与工程学院 38 4 模拟值的表示方法模拟量输入 输出模块中模拟量对应的数字值称为模拟值 SM331模块的模拟值用16位的二进制补码来表示 最高位 第15位 为符号位 表示是正数 表示是负数 模拟量的模拟值位数 即转换精度 可以设位9 15位 如果模拟值小于15位 则模拟值左移模拟值左移后的空位补0 标有 的位就是不用的位 一般填入 0 S7 300模拟值所有可能的精度 2019 12 21 控制科学与工程学院 39 模拟量的表达方式和测量值的分辨率 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 210 211 212 213 214 VZ 16进制 位值 十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 位的序号 单位 位的分辨率 符号 1 1 1 15 0或1 2019 12 21 控制科学与工程学院 40 SM331模拟量输入模块的模拟值 2019 12 21 控制科学与工程学院 41 在不同测量范围下模拟量的表达方式 范围 上溢 超出范围 额定范围 低于范围 下溢 测量范围 10V 电压例如 11 759 11 7589 10 0004 10 007 50 7 5 10 00 10 0004 11 759 11 76 单位 32767 32511 27649 2764820736 20736 27648 27649 32512 32768 2019 12 21 控制科学与工程学院 42 5 SM331模块的测量范围的设置 使用量程卡来设置量程模板可以设定为位置ABC和D 模拟量输入模块SM331的输入信号种类和量程可以用安装在模块侧面的量程卡来设置 每两个通道为一组 共用一个量程卡 模拟量输入模块有8个通道 故有4个量程卡 量程卡插入模拟量输入模块后 如果量程卡的C标记与模块的标记相对 则量程卡被设置在C的位置 模块在出厂时 量程卡预设在B的位置上 2019 12 21 控制科学与工程学院 43 模拟量输入通道的测量方法和测量范围的设定 量程卡的B位置包括4种电压输入 量程卡的C位置包括5种电流输入量程卡的D位置的测量范围只有4 20mA电流输入 其余的温度传感器 电阻的测量或电压的测量范围应选择量程卡的A位置 进一步确定模拟量输入模块量程范围需要使用STEP7的硬件组态功能 注意 如果没有正确地设置量程卡可能会损坏模拟量输入模块 没有量程卡的模拟量输入模块可以通过接线方式来设置测量的量程范围 2019 12 21 控制科学与工程学院 44 例1 用于测量锅炉炉膛压力 60Pa 60Pa 的变送器的输出信号为4 20mA 模拟量输入模块将0 20mA转换为数字0 27648 设转换后得到的数字为N 试求以0 1Pa为单位的压力值 解 4 20mA的模拟量对应于数字量5530 27648 即 600 600 0 1Pa 对应于数字量5530 27648 压力的计算公式应为 详见大中型PLC应用教程 廖常初 机械工业出版社 page25 被测物理量 A D输出的数字 6 将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 转换时要注意变送器的输入 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关系 2019 12 21 控制科学与工程学院 45 压力变送器量程为 60Pa 60Pa 输出信号为DC4 20mA 模拟量输入模块的额定输入电流为DC0 20mA 转换为数字0 27648 设转换后的数字为N 试求以0 1Pa为单位的压力值 60Pa 60Pa 4 20mA 0 20mA 0 27648 4 20mA 5530 27648 60Pa 60Pa 4 20mA 5530 27648 线性关系 2019 12 21 控制科学与工程学院 46 600 600 27648 5530 A D转换后1个字所代表的模拟量 模拟量P A D转换为N个字 则 60Pa 60Pa 4 20mA 5530 27648 线性关系 2019 12 21 控制科学与工程学院 47 解 0 2000 C对应于转换后的数字0 27648 转换公式为 T 2000 N 27648 C 被测物理量 A D输出的数字 例2 温度变送器的量程为0 2000 C 输出信号为4 20mA A D模块的量程为4 20mA 转换后的数字量为0 27648 设转换后得到的数字量为N 试求N表示的实际温度值T 2019 12 21 控制科学与工程学院 48 8通道的12位模拟量输入模块 7 SM331模块的技术参数 2019 12 21 控制科学与工程学院 49 8 SM331模板 SM331AI8 12位 6ES7331 7KF02 0AB0 4组8输入 被测值精度 每组可设定 取决于所设定的积分时间 9位 符号 12位 符号 14位 符号 每个通道组的可选测量方法 电压 电流 电阻 温度 每个通道组的可选测量范围 可编程诊断 可编程诊断中断 带有极限监控功能的两个通道 可编程极限中断 与底板总线接口的光电隔离 与负载电压的光电隔离不适用于双线变送器 2019 12 21 控制科学与工程学院 50 图2 13AI8 13位模拟量输入模块 2019 12 21 控制科学与工程学院 51 SM331AI8 12位的端子接线图和框图 6ES7331 7KF02 0AB0 2019 12 21 控制科学与工程学院 52 SM331AI8 RTD的端子连接图和框图 2019 12 21 控制科学与工程学院 53 测量 正 SM331AI2 12位的端子连接图和框图 测量 负 接地 模拟测量电路的参考电压 24VDC电源端子 恒定电流 正 恒定电流 负 补偿端子 正 补偿端子 负 2019 12 21 控制科学与工程学院 54 9 SM331输入模板的接线 模拟信号电缆 为了减少干扰使用双绞屏蔽电缆 模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地 带隔离的模拟量输入模板 对于带隔离的模拟量输入模板在CPU的M端和测量的参考点MANA之间没有电气连接 不带隔离的模拟量输入模板 对于不带隔离的模拟量输入模板在CPU的M端和测量的参考点MANA之间 必须建立电气连接 带隔离的传感器 带隔离的传感器不能与本地接地电线连接 2019 12 21 控制科学与工程学院 55 1 连接隔离传感器 隔离传感器连接带隔离的AI 隔离传感器连接不带隔离的AI 对于带隔离的传感器在不同传感器之间会引起电位差 这些电位差可能是由于干扰或传感器的本地布置情况造成的 为了防止在具有强烈电磁干扰的环境中运行时超过ECM的允许值 建议将M 与MANA连接 2019 12 21 控制科学与工程学院 56 2 连接非隔离传感器 非隔离传感器连接带隔离的AI 非隔离传感器连接不带隔离的AI 如果使用的是不带隔离的传感器 必须将MANA连接至本地接地 由于本地条件或干扰在本地分部的各个测量点之间会造成电位差ECM 静态或动态 如果电位差ECM超过允许值在测量点之间必须使用等电位连接导线 2019 12 21 控制科学与工程学院 57 3 连接电压传感器 连接电压传感器至带隔离的AI 注意不带隔离的双线变送器和不带隔离的阻性传感器不能与不带隔离的模拟输入一起使用 2019 12 21 控制科学与工程学院 58 4 连接2线变送器 连接2线变送器至带隔离的AI 连接从L 供电的2线变送器至带隔离的AI 双线变送器采用通过模拟量输入模板的端子进行短路保护供电 然后 该变送器将所测得的变量转换为电流 双线变送器必须是一个带隔离的传感器 2019 12 21 控制科学与工程学院 59 5 连接4线变送器 连接4线变送器至带隔离的AI 四线变送器使用单独的电源 2019 12 21 控制科学与工程学院 60 6 连接热敏电阻和普通电阻 热敏电阻与隔离AI之间的2线连接 热敏电阻与隔离AI之间的3线连接 在连接时应确保所连接电缆IC 和M 都直接连接到了热敏电阻 2019 12 21 控制科学与工程学院 61 在连接时应确保所连接电缆IC 和M 以及电缆IC 和M 都直接连接到了热敏电阻 热敏电阻与隔离AI之间的4线连接 6 连接热敏电阻和普通电阻 续 通过端IC 和IC 将恒定电流送到电阻型温度计或电阻 通过M 和M 端子测得在电阻型温度计或电阻上产生的电压 4线回路可以获得很高的测量精度 2019 12 21 控制科学与工程学院 62 6 连接热敏电阻和普通电阻 续 热敏电阻与AI8 RTD之间的3线连接 AI8 RTD的三位端子 一般必须在M 和IC 之间插入一根跳线在连接时应确保所连接电缆IC 和M 都直接连接到了热敏电阻 2019 12 21 控制科学与工程学院 63 6 连接热敏电阻和普通电阻 续 热敏电阻与AI8 13位之间的2线连接 热敏电阻与AI8 13位之间的3线连接 热敏电阻与AI8 13位之间的4线连接 2019 12 21 控制科学与工程学院 64 7 连接热电偶 使用内部补偿的热电偶连接带隔离的AI 通过补偿盒将热电偶连接到带隔离的AI SM331使用参考接点温度为0 的补偿盒 补偿盒必须有一个带隔离的电源 电源应有适当的滤波措施 2019 12 21 控制科学与工程学院 65 7 连接热电偶 续 通过参考结将热电偶连接到AI8xTC 2019 12 21 控制科学与工程学院 66 7 连接热电偶 续 使用热敏电阻连接带外部补偿的热电偶 2019 12 21 控制科学与工程学院 67 2 SM332模拟量输出模块 AO 1 模拟量输出模块的功能S7 300的模拟量输出模块SM332用于将CPU送给它的数字信号转换为成比例的电流信号或电压信号 对执行机构进行调节或控制 2 基本结构 2019 12 21 控制科学与工程学院 68 3 模拟量输出通道的转换 循环和响应时间 循环时间是模拟量输出模块所有被激活的模拟量输出通道的转换时间的总和 为了减少模拟量输出模块的循环时间应关闭没有使用的模拟量通道 模拟量输出通道的转换时间由内部存储器传送数字输出值的时间和数字量到模拟量的转换时间组成 SM332每个通道的最大转换时间为0 8 1 5ms建立时间是指从转换结束到模拟量输出到达指定的值的时间 它与负载的性质 阻性负载 容性负载或感性负载 有关 SM332的建立时间为0 1 0 5ms 响应时间是指内部存储器中得到数字量输出值到模拟量输出达到指定值的时间 2019 12 21 控制科学与工程学院 69 4 模拟量输出模块的技术参数 模拟量输出模块SM332目前有4种 分辨率从12位到15位 规格 8通道的12位模拟量输出模块 AO8 12bit 4通道的12位模拟量输出模块 AO4 12bit 2通道的12位模拟量输出模块 AO2 12bit 4通道的16位模拟量输出模块 AO4 16bit SM332的每种模块均有诊断中断功能 模块用红色LED指示组故障 可以读取诊断信息 额定负载电压均为DC24V 模块与背板总线有光电隔离 使用屏蔽电缆时最大距离为200m 有短路保护 短路电流最大25mA 最大开路电压18V 模拟量输出模板的主要技术特性见page32表2 10 2019 12 21 控制科学与工程学院 70 SM332模拟量输出模块的技术参数 2019 12 21 控制科学与工程学院 71 8 SM332模板 特点 4通道4输出 每个输出通道可以编程为 电压输出 电流输出 精度12位 可编程诊断 可编程诊断中断 可编程替代值输出 隔离底板总线接口和负载电压 模拟量输出模板SM332AO4 12位 6ES7332 5HD01 0AB0 2019 12 21 控制科学与工程学院 72 AO4 12位模拟量输出模块 2019 12 21 控制科学与工程学院 73 模拟量输出模板SM332AO4 12位的模板视图和框图 电流输出 正 检测 接地 24VDC电源端子 电压输出 正 检测 模拟电路的参考电压 2