【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 LED指示燈 模擬量輸入 /輸出模塊 ? 1．模擬量輸入 /輸出模塊原理 【 例 】 采用 8通道的模擬量輸入模塊 SM 33 8個(gè)通道都使能、電流測(cè)量模式、干擾電壓抑制、 50Hz和開(kāi)路監(jiān)測(cè)激活，計(jì)算采樣時(shí)間。 每個(gè)通道基本轉(zhuǎn)換時(shí)間為 22ms，每個(gè)通道開(kāi)路監(jiān)測(cè)時(shí)間為 10ms。計(jì)算可得： 22ms基本轉(zhuǎn)換時(shí)間＋ 10ms開(kāi)路監(jiān)測(cè)時(shí)間＝ 32ms轉(zhuǎn)換時(shí)間 32ms基本轉(zhuǎn)換時(shí)間 8通道＝ 256ms循環(huán)時(shí)間 則輸入的一個(gè)測(cè)量信號(hào)每 256ms可轉(zhuǎn)換和測(cè)量一次。 如果只有 4通道使能，則循環(huán)時(shí)間應(yīng)為一半，即 128ms。 模擬量輸入 /輸出模塊 與單片機(jī)不同， PLC的模擬量輸入模塊的 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程一般是周期性自動(dòng)進(jìn)行的，不需要用戶(hù)程序去啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程，用戶(hù)程序只需要直接讀取當(dāng)前最新的轉(zhuǎn)換結(jié)果就可以了?？梢躁P(guān)閉未用的通道，以減小模塊總的 A/D轉(zhuǎn)換周期。 A/D模塊示意圖如圖 225所示。 圖 225 A/D模塊示意圖 模擬量輸入 /輸出模塊 模擬量輸出模塊，是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，即 D/A模塊。數(shù)字量的位數(shù)和轉(zhuǎn)換速率是 D/A模塊的重要指標(biāo)。如圖 226所示。 圖 226 D/A模塊示意圖 模擬量輸入 /輸出模塊 采用標(biāo)準(zhǔn)模擬輸入信號(hào)的模擬執(zhí)行器可以直接連接到模擬輸出模塊上。模擬量處理過(guò)程如圖 227所示。 圖 227 模擬量處理過(guò)程 模擬量輸入 /輸出模塊 【 例 】 模擬量模塊的量程范圍： 0～ 10V，整個(gè)溫度范圍的工作極限：177。 %，如果實(shí)際值為 ，計(jì)算測(cè)量值的范圍。 電壓測(cè)量值最大測(cè)量誤差： 10V ＝ 50mV 在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的每一個(gè)電壓測(cè)量值其最大測(cè)量誤差為 177。 50mV。因此如果實(shí)際值為 177。 50mV，顯示的測(cè)量值可能在 。 精度取決于測(cè)量范圍的極值。即使測(cè)量范圍為雙極性，誤差也僅與測(cè)量范圍的極值有關(guān)，而不是與測(cè)量范圍有關(guān)。因此，對(duì)于測(cè)量范圍為 177。 10V的電壓，若整個(gè)溫度的范圍工作極限為 177。 %，其電壓誤差仍為 177。 50mV。 工作極限中還包括線(xiàn)性誤差。線(xiàn)性誤差表示實(shí)際模 /數(shù)或數(shù) /模轉(zhuǎn)換與理想轉(zhuǎn)換間的偏差。線(xiàn)性誤差可以便于客戶(hù)考慮所組態(tài)控制回路的特性。此誤差與輸入域有關(guān)，并表示了轉(zhuǎn)換的整體非線(xiàn)性度。 【 例 】 模擬量模塊的量程范圍：－ 10～ 10V，線(xiàn)性誤差 177。 %，計(jì)算誤差。 計(jì)算可得： 10V %＝ 177。 1mV，即誤差為 177。 1mV。 分辨率和精度間的聯(lián)系：為達(dá)到某一精度（工作極限）必須具備一定的分辨率。 模擬量輸入 /輸出模塊 ? 2． S7300模擬量輸入 /輸出模塊 （ 1）模擬量輸入模塊 SM331 模擬量輸入模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC與模擬量過(guò)程信號(hào)的連接，將現(xiàn)場(chǎng)的各種模擬量傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、溫度或電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PLC內(nèi)部能處理的數(shù)字信號(hào)，即 0～ 27648的整型數(shù)（ integer）。主要用于連接電壓和電流傳感器、熱電耦、電阻和熱電阻等，即用于直接連接不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器等。 分辨率是通過(guò)在硬件組態(tài)中選擇積分時(shí)間來(lái)間接定義的。表 24給出了積分時(shí)間、分辨率和擾動(dòng)頻率抑制三者的關(guān)系。 積分時(shí)間（ ms） 分辨率（位） 擾動(dòng)頻率抑制（ Hz） 9＋符號(hào)位 400 12＋符號(hào)位 60 20 12＋符號(hào)位 50 100 14＋符號(hào)位 10 表 24 積分時(shí)間 、 分辨率和擾動(dòng)頻率抑制的關(guān)系 模擬量輸入 /輸出模塊 該模塊具有如下特點(diǎn)： ① 分辨率為 9到 15位＋符號(hào)位（用于不同的轉(zhuǎn)換時(shí)間），可設(shè)置不同的測(cè)量范圍； ② 通過(guò)量程模塊可以機(jī)械調(diào)整電流 /電壓的基本測(cè)量范圍。用 STEP 7硬件組態(tài)工具可進(jìn)行微調(diào)； ③ 模塊可把診斷和超限中斷發(fā)送到 PLC的 CPU； ④ 模塊可向 CPU發(fā)送詳細(xì)的診斷信息。 模擬量輸入模塊 SM331按輸入點(diǎn)數(shù)可分為 2點(diǎn)和 8點(diǎn)，按分辨率位數(shù)可分為 9位、 12位、 13位、 14位，其實(shí)物外形如圖 228所示。 圖 228 模塊 SM331實(shí)物圖 模擬量輸入 /輸出模塊 例如， SM331 8 12位，其電壓額定值（ DC）為 24V，模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為 8點(diǎn)，光電耦合隔離，電阻有 PT/NI100，電偶有 E/N/J/K，轉(zhuǎn)換時(shí)間有 4/18/23/103ms，消耗電流 60mA，功耗 。內(nèi)部原理圖如圖 229所示。 圖 229 SM331 8 12位內(nèi)部原理圖 圖中， M＋：表示測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)，正端； M－：表示測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)，負(fù)端； MANA：表示模擬測(cè)量電路參考電壓； M：表示接地端子，是系統(tǒng)參考電位； L＋：表示 DC 24V電源端子。 模擬量輸入 /輸出模塊 （ 2）模擬量輸出模塊 SM332 模擬量輸出模塊將 S7300 PLC的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，其主要組成部分是D/A轉(zhuǎn)換器，適用于連接模擬量調(diào)節(jié)器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 SM332模塊有 4種規(guī)格，所有的模塊內(nèi)部都設(shè)有光隔電路。 該模塊具有以下特性： ① 分辨率為 12到 15位； ② 各種電壓和電流測(cè)量范圍可用參數(shù)賦值軟件為每一通道單獨(dú)設(shè)置范圍； ③ 發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，模塊以中斷方式將診斷報(bào)警報(bào)文傳送到 PLC的 CPU中； ④ 模塊可向 CPU發(fā)送詳細(xì)的診斷信息。 模擬量輸入 /輸出模塊 例如： SM332 2 12位，為 2點(diǎn)輸出，光電耦合隔離，電壓額定值（ DC）為 24V，輸出量為：電壓、電流，精度為： 1 12位，每通道轉(zhuǎn)換時(shí)間： ，消耗電流60mA，功耗 。其內(nèi)部原理圖如圖 230所示。 圖 230 SM332 2 12位內(nèi)部原理圖 圖中， QI0：表示模擬量電流輸出； QV0：表示模擬量電壓輸出； S＋：表示測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)，正端； S－：表示測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)，負(fù)端； MANA：表示模擬測(cè)量電路參考電壓； M：表示接地端子，是系統(tǒng)參考電位； L＋：表示 DC 24V電源端子。 S7300電源模塊 負(fù)載電源模塊安裝在 CPU/IM 361/IM153（插槽 1）左邊的 DIN導(dǎo)軌上。通過(guò)所提供的電源連接器連接到 CPU/IM 361/IM153上。該電源模塊的前面板如圖 231所示。 圖 231 電源模塊示意圖 S7300電源模塊 電源模塊的容量要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中需要供電的負(fù)載大小有關(guān)。 PS307輸出電流有三種規(guī)格： 2A、 5A和 10A。其工作原理及對(duì)應(yīng)端子完全一樣。均包括防短路和開(kāi)路保護(hù)，可靠隔離，向總線(xiàn)提供電流 。實(shí)際電源模塊如圖 232所示。 圖 232 電源模塊實(shí)物圖 S7300通信模塊 下面主要以 CP340通信模塊為例進(jìn)行介紹。 CP 340通信模塊是一種滿(mǎn)足串行通信的完整的經(jīng)濟(jì)型解決方案，該模塊提供了一個(gè)具有中斷功能的帶隔離通信接口。它可以用在 SIMATIC S7300和 ET 200M中（以S7為主站）。 CPU支持過(guò)程通信，即通過(guò)總線(xiàn)（ ASI或 PROFIBUS）對(duì) I/O模塊周期尋址（過(guò)程映像交換），并且支持?jǐn)?shù)據(jù)通信，即在自動(dòng)控制系統(tǒng)之間或人機(jī)界面（ HMI）和幾個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通信會(huì)周期地進(jìn)行或被用戶(hù)程序或功能塊調(diào)用。 它可以執(zhí)行多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因而可與各種各樣的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸： （ 1） ASCII：采用簡(jiǎn)單的傳輸協(xié)議（例如：起止式協(xié)議或者采用帶區(qū)塊檢測(cè)協(xié)議）與非西門(mén)子系統(tǒng)連接。可以通過(guò)用戶(hù)程序來(lái)掃描和控制接口的握手信號(hào)； （ 2）打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序：用于將過(guò)程狀態(tài)和事件記錄到打印機(jī)中； （ 3） 3964（ R，不適用于 RS 485）：利用標(biāo)準(zhǔn)的和已公開(kāi)的西門(mén)子 3964（ R）協(xié)議，連接西門(mén)子和非西門(mén)子設(shè)備。也可以采用帶缺省值的 3964（ R）驅(qū)動(dòng)程序和可編程的 3964（ R）驅(qū)動(dòng)程序。 模塊有 3種不同物理接口： （ 1） RS 232C（ ） （ 2） 20mA（ TTY） （ 3） RS 422/RS 485（ ） S7300接口模塊 所有接口模塊都具有以下特性： （ 1）設(shè)計(jì)緊湊：堅(jiān)固的塑料機(jī)殼內(nèi)包含連接電纜用的接口； （ 2）安裝簡(jiǎn)單：接口模塊安裝在 DIN導(dǎo)軌上（ 3號(hào)插槽）并和其他模塊一樣經(jīng)過(guò)總線(xiàn)連接器連接到 I/O模塊； （ 3）無(wú)故障組態(tài)：接口模塊自組態(tài)，無(wú)須地址分配； （ 4）狀態(tài)和故障 LED顯示。 S7300接口模塊 ? 1． IM365接口模塊 IM365接口模塊的連接如圖 233所示。其外形如圖 234所示。 注：① 在機(jī)架 1中 ② 在機(jī)架 0中 圖 233 IM365連接圖 圖 234 IM365接口模塊實(shí)物圖 S7300接口模塊 ? 2． IM360/361接口模塊 對(duì)于較大型擴(kuò)展項(xiàng)目， IM360和 IM361是理想解決方案。 IM360插入到 CR中，作為發(fā)送模塊，必須插入 CR的 3號(hào)槽位。 IM361插入到各個(gè) ER中，作為接收模塊，必須插入 ER的 3號(hào)槽位。數(shù)據(jù)通過(guò)連接電纜 368從 IM360傳送到 IM361，或者從 IM361傳送到下一個(gè) IM361，相鄰兩個(gè)機(jī)架間的距離為 4cm至 10m。 每個(gè) IM361需要一個(gè)單獨(dú)的 DC 24V的外部電源，給擴(kuò)展機(jī)架上的所有模塊供電?？赏ㄟ^(guò)電源連接器連接 PS 307負(fù)載電源。它對(duì)模塊的選擇沒(méi)有限制，所有 S7300模塊都可用在 ER中，但每個(gè)機(jī)架最多可以 8個(gè)模塊。 IM361是 1對(duì) 3接口模塊，消耗 DC 24V電流 ，提供到擴(kuò)展機(jī)架的電流為 800mA，功耗為。其面板前示圖如圖 235所示。 圖 235 IM361前示圖 S7300接口模塊 IM360是 1對(duì) 3接口模塊，消耗總線(xiàn)電流為 350mA，提供到擴(kuò)展機(jī)架的電流為800mA，功耗為 。其面板前示圖如圖 236所示。 圖 236 IM360前示圖 S7300接口模塊 以上三種接口模塊的主要技術(shù)規(guī)范如表 25所示。 技 術(shù) 規(guī) 范 6ES7 3603AA010AA0 6ES7 3613CA010AA0 6ES7 3650BA010AA0 電源電壓額定值 DC 24V √ 從背板總線(xiàn) 5VDC的最大消耗值 350mA 100mA 從電源 L＋最大供電值 500mA 典型功耗值 2W 5W 每個(gè) CPU最多的接口數(shù)量 1 3 1∶ 1對(duì) 寬度 40mm 80mm 40mm 高度 125mm 125mm 125mm