西門子S7-300信號(hào)，擴(kuò)展，數(shù)字，邏輯模塊

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確定基準(zhǔn)電位點(diǎn)很重要

今天，一個(gè)新來(lái)的熱線同事找我討論模擬量模塊的問(wèn)題，他在熱線上遇到了一些麻煩，用戶打電話反映在現(xiàn)場(chǎng)的S7 300模擬量模塊讀數(shù)不變化，怎么折騰都讀數(shù)是32767。盡管模擬量模塊大家都很熟悉，但是類似的問(wèn)題還經(jīng)常有用戶反應(yīng)。翻了翻手邊的資料，似乎沒(méi)有系統(tǒng)講解這個(gè)問(wèn)題的，于是把自己的經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)一下。

關(guān)于讀不出值的問(wèn)題，如果總是32767沒(méi)有變化，其實(shí)值已經(jīng)有了，只不過(guò)是超量程了。如果值為0，那就要注意模擬量是否有問(wèn)題了，使用萬(wàn)用表測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并沒(méi)有超限。為什么會(huì)出現(xiàn)這兩種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)檫x擇的參考電位不同，例如，現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的信號(hào)為5V，那首先要問(wèn)一下，基準(zhǔn)點(diǎn)是幾伏？10~15是5V，-10~ -5同樣也是5V，如果測(cè)量端基準(zhǔn)點(diǎn)是0V，那么測(cè)量就會(huì)有問(wèn)題，所以一定要保證兩端等電位。模擬量模塊的基準(zhǔn)電位點(diǎn)就是MANA  ，所有的接線都與之有關(guān)。

02

隔離與非隔離問(wèn)題系列

這里的隔離是指模擬量模塊的基準(zhǔn)電位點(diǎn)MANA  與地（也是PLC的數(shù)據(jù)地）隔離。隔離模塊MANA  與地M可以不連接，以MANA  作為測(cè)量端的參考電位；非隔離模塊MANA  與地M必須連接， 這樣地M 變?yōu)镸ANA作為測(cè)量端的參考電位。隔離模塊的好處就是可以避免共模干擾。如何知道模塊是否是隔離模塊，例如SM331模塊，可以從模板規(guī)范中查到。S7-300中只有一款SM334（SM355除外）模塊是非隔離的，此外CPU31XC集成的模擬量也是非隔離的，共同特點(diǎn)就是模塊的輸出和輸入公用M端。

同樣傳感器也有隔離與非隔離的問(wèn)題。通常非隔離的傳感器電源的負(fù)端與信號(hào)的負(fù)端公用一個(gè)端子，例如傳感器有三個(gè)端子 L， M 和S+，通過(guò)L， M端子向傳感器供電，S+，M為信號(hào)的輸出，公用M端。判斷傳感器是否隔離還是參考手冊(cè)。隔離傳感器信號(hào)負(fù)端與地M可以不連接，以信號(hào)負(fù)端作為信號(hào)源端的參考電位。非隔離傳感器信號(hào)負(fù)端必須在源端（設(shè)備端）接地，以源端的地作為信號(hào)的參考電位。

下面就是如何保證測(cè)量端與信號(hào)源端等電位接線的問(wèn)題。在下面建議的連接圖中所用的縮寫(xiě)詞和助記符含義如下：

M +： 測(cè)量導(dǎo)線（正）

M -：  測(cè)量導(dǎo)線（負(fù)）

MANA： 模擬量模塊基準(zhǔn)電位點(diǎn)

這里需要注意MANA  ，不同的接線方式都是以MANA  為參考基準(zhǔn)電位。

M：    接地端子 

L +： 24 VDC電源端子

UCM： MANA與模擬量輸入通道之間或模擬量輸入通道之間的電位差

UCM共模電壓，有兩種：

1）不同輸入信號(hào)負(fù)端的電位差，例如一個(gè)輸入信號(hào)為3V，另一個(gè)輸入信號(hào)也為3V，但是它們的基準(zhǔn)點(diǎn)電位可能不同，可能是1~4V或3~6V,那么它們之間的共模電壓為2V。

2）輸入信號(hào)負(fù)端與MANA的電位差。

模塊的UCM  是造成模擬量值超上限的主要原因。不同模塊UCM  的大值不同。

UISO： MANA和CPU的M端子之間的電位差

03

使用隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器

隔離傳感器與隔離模擬量信號(hào)連接圖如圖1所示：

圖1 連接隔離的傳感器至隔離的模擬量輸入模塊

這種實(shí)際變?yōu)榉歉綦x使用了，這種情況很少見(jiàn)。

有的模塊通道組間都是隔離的，沒(méi)有MANA  ，例如模塊6ES7331-7NF10-0AB0，接線如圖2所示：

這時(shí)每一個(gè)通道組（每組2通道）的M-就是MANA ，輸入通道組間UCM 大為以達(dá)到75VDC。 

都隔離的情況下連接信號(hào)負(fù)端與MANA 端就可以了(2線制和電阻測(cè)量除外)。手冊(cè)每個(gè)模塊接線圖中MANA都是建議接地的，我認(rèn)為這是在接地良好、不會(huì)產(chǎn)生共模電壓（例如單端接地）的情況下。

04

使用非隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器

這回我來(lái)講講使用非隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器的情況，模塊的MANA與地M不隔離，這樣必須連接MANA與地M，模擬量的參考點(diǎn)電位變成地M，典型接線如圖3所示：

非隔離的模塊都要求連接連接MANA與地M，例如模塊SM334(6ES7334-0CE01-0AA0)，在提示中強(qiáng)調(diào)必須連接，下面為引用手冊(cè)的提示部分。

05

使用隔離的模擬量模塊連接非隔離的傳感器

傳感器不隔離，那么信號(hào)源端以傳感器本地的地為基準(zhǔn)點(diǎn)電位。模塊是隔離的，以MANA點(diǎn)為測(cè)量基準(zhǔn)電位。典型接線如圖4所示：

從圖4可以看到，非隔離的傳感器信號(hào)負(fù)端在源端接地，但是如果連接多個(gè)非隔離的傳感器并且分布在不同的地方（不同的接地點(diǎn)），這種情況下就比較麻煩。各個(gè)傳感器信號(hào)的負(fù)端會(huì)有共模電壓UCM ，為了消除UCM ，將各個(gè)信號(hào)的負(fù)端在源端使用短而粗的導(dǎo)線進(jìn)行等電位連接，由于模塊的MANA和信號(hào)源端的地可能存在電位差，還要將MANA與源端的地進(jìn)行等電位連接。在這里不能在模塊處進(jìn)行短接，否則不能消除UCM。

如果工廠接地不好，還是使用隔離的傳感器。

06

使用非隔離的模擬量模塊連接非隔離的傳感器

如果使用非隔離的模擬量連接非隔離的傳感器，那么一定將所有的點(diǎn)接地并進(jìn)行等電位處理。典型接線如圖5所示：