01
確定基準(zhǔn)電位點很重要
今天,一個新來的售后同事找我討論模擬量模塊的問題,他在售后上遇到了一些麻煩,用戶打電話反映在現(xiàn)場的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,但是類似的問題還經(jīng)常有用戶反應(yīng)。翻了翻手邊的資料,似乎沒有系統(tǒng)講解這個問題的,于是把自己的經(jīng)驗歸納總結(jié)一下。
關(guān)于讀不出值的問題,如果總是32767沒有變化,其實值已經(jīng)有了,只不過是超量程了。如果值為0,那就要注意模擬量是否有問題了,使用萬用表測量現(xiàn)場信號并沒有超限。為什么會出現(xiàn)這兩種現(xiàn)象呢?這是因為選擇的參考電位不同,例如,現(xiàn)場過來的信號為5V,那首先要問一下,基準(zhǔn)點是幾伏?10~15是5V,-10~ -5同樣也是5V,如果測量端基準(zhǔn)點是0V,那么測量就會有問題,所以一定要保證兩端等電位。模擬量模塊的基準(zhǔn)電位點就是MANA ,所有的接線都與之有關(guān)。
02
隔離與非隔離問題系列
這里的隔離是指模擬量模塊的基準(zhǔn)電位點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題。通常非隔離的傳感器電源的負(fù)端與信號的負(fù)端公用一個端子,例如傳感器有三個端子 L, M 和S+,通過L, M端子向傳感器供電,S+,M為信號的輸出,公用M端。判斷傳感器是否隔離最好還是參考手冊。隔離傳感器信號負(fù)端與地M可以不連接,以信號負(fù)端作為信號源端的參考電位。非隔離傳感器信號負(fù)端必須在源端(設(shè)備端)接地,以源端的地作為信號的參考電位。
下面就是如何保證測量端與信號源端等電位接線的問題。在下面建議的連接圖中所用的縮寫詞和助記符含義如下:
M +: 測量導(dǎo)線(正)
M -: 測量導(dǎo)線(負(fù))
MANA: 模擬量模塊基準(zhǔn)電位點
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)不同輸入信號負(fù)端的電位差,例如一個輸入信號為3V,另一個輸入信號也為3V,但是它們的基準(zhǔn)點電位可能不同,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 的最大值不同。
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
這種方式最簡單,都與地隔離,都不需要接地,但是輸入信號(傳感器)負(fù)端與MANA 電壓超過UCM最大限制,例如SM331(6ES7331-7KF02-0AB0)為2.5 VDC,就需要短接信號負(fù)端與MANA ,否則會出現(xiàn)超上限問題?,F(xiàn)場可以查看一下,幾乎所有超上限問題都是沒有連接信號負(fù)端與MANA 。如果UISO 超過限制,例如75V DC,就需要連接信號負(fù)端、MANA 端以及接地端M,這時模塊以大地M端為參考電位,實際變?yōu)榉歉綦x使用了,這種情況很少見。
有的模塊通道組間都是隔離的,沒有MANA ,例如模塊6ES7331-7NF10-0AB0,接線如圖2所示:
這時每一個通道組(每組2通道)的M-就是MANA ,輸入通道組間UCM 最大為以達(dá)到75VDC。
都隔離的情況下連接信號負(fù)端與MANA 端就可以了(2線制和電阻測量除外)。手冊每個模塊接線圖中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,那么信號源端以傳感器本地的地為基準(zhǔn)點電位。模塊是隔離的,以MANA點為測量基準(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負(fù)端在源端接地,但是如果連接多個非隔離的傳感器并且分布在不同的地方(不同的接地點),這種情況下就比較麻煩。各個傳感器信號的負(fù)端會有共模電壓UCM ,為了消除UCM ,將各個信號的負(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,最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接地并進(jìn)行等電位處理。典型接線如圖5所示:
從圖5可以看到,按照隔離與非隔離的要求,模塊不隔離,必須連接MANA與地M,傳感器不隔離則需要連接信號負(fù)端到本地的地,這樣一邊以信號源的地作為基準(zhǔn)點,一邊以模塊的地M作為基準(zhǔn)點,為了消除兩者之間的電位差(共模電壓UCM),需要使用足夠粗的導(dǎo)線進(jìn)行等電位連接。
如果整個工廠有等電位的接地網(wǎng),使用非隔離的儀表和模塊就比較簡單,只需要連接MANA到本地的地M即可,因為每個點都等電位。往往事與愿違,由于非隔離的儀表價格便宜,越是使用這樣儀表的地方,地通常打得都不會好,就更別提接地網(wǎng)和等電位連接了。不采取措施肯定有問題,必須保證等電位。使用萬用表可以測量,那是因為萬用表與地是隔離的,最大的共模電壓UCM 也可能不同 ,與模塊不在相同的條件下。建議使用隔離的傳感器和模塊。
講了一系列的接線方式,最終的結(jié)論就是模擬量接線的幾種方式都集中在一點上,就是信號源端與測量端一定要等電位。
講到這里我覺得還是要再擴(kuò)展一下,利用這個原則同樣也可以解決數(shù)字量接線問題。下面是在現(xiàn)場遇見的一個問題,如圖6所示,CPU與I/O的供電分開,I/O是一個非隔離模塊,當(dāng)現(xiàn)場給出信號,但是I/O模塊的輸入燈沒有點亮,在CPU中也不能讀出,使用萬用表測量,在端子上有24V電壓。模塊沒有問題,將兩個電源PS的M端短接,就可以檢測到輸入信號,這也是由于參考點電位不同造成的。希望一點小小的提示可以幫助大家解決現(xiàn)場模擬量接線的問題。