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S7-200模擬量模塊選型提示之EM231和224XP
S7-200可以連接的模擬量信號分為電壓、電流和溫度信號。電壓范圍為：0-10V或0-5V等，電流范圍為：0-20mA或4-20mA?？梢允褂玫哪M量輸入模塊的型號為：EM231和EM235。您可以結(jié)合被測模擬量信號的范圍和模擬量模塊的特點(diǎn)來進(jìn)行選型，常見的選型問題如下
Q1： EM231的8通道模塊(訂貨號：6ES7 231-0HF22-0XA0)是否可同時(shí)接入8路電流信號？
A1：不可以。對于8通道的EM231而言，其前6個(gè)通道只能接入電壓信號，不能接入電流信號。此模塊只有后兩個(gè)通道才可以接入電流信號。并且當(dāng)后兩個(gè)通道使用電流信號時(shí)，前6個(gè)通道的電壓測量范圍必須是0-5V，而不能使用0-10V的信號。
所以，當(dāng)您需要接入8路電流信號時(shí)，只能使用兩個(gè)EM231的4通道的模塊（訂貨號：6ES7 231-0HC22-0XA0）
Q2：S7-200 CPU 224XP集成模擬量輸入是否可以連接電流信號？
A2：不推薦這樣連接。224XP集成的模擬量輸入可以連接-10V～+10V的電壓信號。對于電流信號而言是不能直接接入的。在某些情況下，有的客戶會使用電阻進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將電流變?yōu)殡妷哼M(jìn)行監(jiān)控。但是，這種方案是不推薦的。主要是由于以下因素導(dǎo)致：
（1）如果使用普通電阻，在使用中由于其阻值會隨著溫度的變化而變化，故測量的精度無法保證。
（2）如果使用精密電阻，當(dāng)電阻短路時(shí)也可能導(dǎo)致傳感器的輸出短路，如果沒有相應(yīng)的保護(hù)，很容易導(dǎo)致設(shè)備損壞。
基于以上因素，不建議使用224XP集成的模擬量輸入點(diǎn)連接電流信號。而應(yīng)該使用EM231（如訂貨號：6ES7 231-0HC22-0XA0）模塊。
Q3：CN的模擬量模塊和非CN的模擬量模塊能否混用？
A3：可以。實(shí)際使用中，二者在性能和操作上沒有任何差異。
Q4：S7-200測量0-20mA和4-20mA的電流信號時(shí)需要選擇不同的模塊嗎？設(shè)置上有差異嗎？
A4：不需要選擇不同的模塊。選擇同一種模塊，如EM231（訂貨號：6ES7 231-0HC22-0XA0）即可實(shí)現(xiàn)。對于S7-200模擬量模塊而言，量程設(shè)定是通過撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，對于4-20mA和0-20mA兩種量程，其撥碼設(shè)置是*一樣的。二者的區(qū)別是4-20mA對應(yīng)的數(shù)字量范圍是6400-32000。而0-20mA對應(yīng)的數(shù)字量范圍是0-32000。
S7-200模擬量模塊系列
模擬信號是指在一定范圍內(nèi)連續(xù)的信號（如電壓、電流)，這個(gè)“一定范圍”可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200模擬量時(shí)，需要注意信號量程范圍，撥碼開關(guān)設(shè)置，模塊規(guī)范接線，指示燈狀態(tài)等信息。
本文中，我們按照S7-200模擬量模塊類型進(jìn)行分類介紹：
1.AI 模擬量輸入模塊?
2.AO模擬量輸出模塊?
3.AI/AO模擬量輸入輸出模塊
4.常見問題分析
首先，請參見“S7-200模擬量全系列總覽表”，初步了解S7-200模擬量系列的基本信息，具體內(nèi)容請參見下文詳細(xì)說明：
AI 模擬量輸入模塊上海西門子紫色電纜代理商
A. 普通模擬量輸入模塊：
如果，傳感器輸出的模擬量是電壓或電流信號（如±10V或0~20mA），可以選用普通的模擬量輸入模塊，通過撥碼開關(guān)設(shè)置來選擇輸入信號量程。注意：按照規(guī)范接線，盡量依據(jù)模塊上的通道順序使用（A->D），且未接信號的通道應(yīng)短接。具體請參看《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》的附錄A-模擬量模塊介紹。
4AI EM231模塊：
首先，模擬量輸入模塊可以通過設(shè)置撥碼開關(guān)來選擇信號量程。開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模塊，一個(gè)模塊只能設(shè)置為一種測量范圍，且開關(guān)設(shè)置只有在重新上電后才能生效。也就是說，撥碼設(shè)置一經(jīng)確定后，這4個(gè)通道的量程也就確定了。如下表所示：
注：表中0~5V和0~20mA（4~20mA）的撥碼開關(guān)設(shè)置是一樣的，也就是說，當(dāng)撥碼開關(guān)設(shè)置為這種時(shí)，輸入通道的信號量程，可以是0~5V，也可以是0~20mA。
8AI EM231模塊：
8AI的EM231模塊，第0->5通道只能用做電壓輸入，只有第6、7兩通道可以用做電流輸入，使用撥碼開關(guān)1、2對其進(jìn)行設(shè)置：當(dāng)sw1=ON，通道6用做電流輸入；sw2=ON時(shí)，通道7用做電流輸入。反之，若選擇為OFF，對應(yīng)通道則為電壓輸入。
注：當(dāng)?shù)?、7道選擇為電流輸入時(shí)，第0->5通道只能輸入0-5V的電壓。
B. 測溫模擬量輸入模塊（熱電偶TC；熱電阻RTD）：
如果，傳感器是熱電阻或熱電偶，直接輸出信號接模擬量輸入，需要選擇特殊的測溫模塊。測溫模塊分為熱電阻模塊EM231RTD和熱電偶模塊EM231TC。注意：不同的信號應(yīng)該連接至相對應(yīng)的模塊，如：熱電阻信號應(yīng)該使用EM231RTD，而不能使用EM231TC。且同一模塊的輸入類型應(yīng)該*，如：Pt1000和Pt100不能同時(shí)應(yīng)用在一個(gè)熱電阻模塊上。
熱電偶模塊TC：
EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型熱電偶，不支持B型熱電偶。通過撥碼設(shè)置，模塊可以實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償，但仍然需要補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行熱電偶的自由端補(bǔ)償。另外，該模塊具有斷線檢測功能，未用通道應(yīng)當(dāng)短接，或者并聯(lián)到旁邊的實(shí)際接線通道上。?
熱電阻模塊RTD：
熱電阻的阻值能夠隨著溫度的變化而變化，且阻值與溫度具有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，這種關(guān)系是電阻變化率α。RTD模塊的撥碼開關(guān)設(shè)置與α有關(guān)，如下圖所示，就算同是 Pt100，α值不同時(shí)撥碼開關(guān)的設(shè)置也不同。在選擇熱電阻時(shí)，請盡量弄清楚α參數(shù)，按 照對應(yīng)的撥碼去設(shè)置。具體請參看《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》的附錄A-熱電偶和熱電阻擴(kuò)展模塊介紹。
EM231 RTD模塊具有斷線檢測功能，未用通道不能懸空，接法方式如下：
（1）請將一個(gè)電阻按照與已用通道相同的接線方式連接到空的通道，注意：電阻的阻值必須和RTD的標(biāo)稱值相同；
（2）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。
因?yàn)闊犭娮璺?線制、3線制、4線制，所以RTD模塊與熱電阻的接線有3種方式，如圖所示。其中，精度高的是4線連接，精度低的是2線連接。
提示：
（1）. 在STEP7 Micor/WIN軟件中（S7-200的編程軟件），對于模擬量輸入通道設(shè)有軟件濾波功能，如圖所示，具體請參見《S7-200 ? LOGO? SITOP 參考》->系統(tǒng)塊-模擬量濾波。
但是，在系統(tǒng)塊中設(shè)置模擬量通道濾波時(shí)，RTD和TC模塊占用的模擬量通道，應(yīng)禁止濾波功能。
（2） EM231 TC和RTD模塊上，均有24V電源指示燈和SF故障指示燈。如圖所示：（a）若24V電源指示燈=OFF，則說明該模塊沒有24V工作電源；（b）若SF紅燈閃爍，原因可能是：模塊內(nèi)部軟件檢測出外接斷線，或者輸入超出范圍。
注：具體請參見：《S7-200 ? LOGO? SITOP 參考》->EM231 RTD/EM231 TC。
AO模擬量輸出模塊
S7-200的擴(kuò)展模塊里，分別有2路、4路的模擬量輸出模塊EM232。根據(jù)接線方式（M-V或M-I）選擇輸出信號類型，電壓：±10V，電流：0~20mA（4~20mA）。
AI/AO模擬量輸入輸出模塊
(A) CPU模塊本體集成的2路AI和1路AO
S7-200只有CPU 224XP和CPU224XPsi，本體集成有模擬量通道。其中，2路AI是：電壓信號±10V，1路AO是：電壓信號0~10V；或者電流信號0~20mA(4~20mA)，輸出信號類型可以通過硬件接線來選擇。
(B) EM235模擬量輸入輸出模塊
EM235模塊有4路AI和1路AO。通過撥碼開關(guān)設(shè)置來選擇4路AI通道的輸入信號程，如下表所示，這個(gè)模塊可以測量毫伏級（mV）的信號；1路AO是：電壓信號 ±10V；或電流信號0~20mA（4~20mA），可以根據(jù)硬件接線方式（M-V或M-I）選擇輸出信號類型。
注：模塊上的電位計(jì)是用來調(diào)節(jié)輸入信號和轉(zhuǎn)換數(shù)值的放大關(guān)系，在模塊出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好了，如無需要，請不要隨意更改。
常見問題分析
A．模擬量輸入與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系：
模擬量信號（0~10V，0~5V或0~20mA）在S7-200 CPU內(nèi)部用0~32000的數(shù)值表示（注：4~20mA對應(yīng)6400~32000），這兩者之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，如圖所示：
B．模擬量模塊的硬件接線介紹
（1）CPU 224 XP集成有2路電壓輸入，接線方法見a：分別為A+和M、B+和M，此時(shí)只能輸入±10V 電壓信號。
CPU 224XP還集成有1路模擬量輸出信號。電流輸出如圖b，將負(fù)載接在I和M端子之間；電壓輸出如圖c，將負(fù)載接在V和M端子之間。
（2）模擬量輸入的接線方式
以4AI EM231模塊為例，分別介紹電壓、電流型輸入信號的接線方式，如圖所示。注意：此接線圖是一個(gè)示意圖，表述的是不同的接線方式，并不是指該模塊只有A通道可以接入電壓，B通道必須懸空，C和D通道只能接入電流。
當(dāng)您的信號為電壓輸入時(shí)可以參考接線方法a，以此類推。
方式a. 電壓輸入方式：信號正接A+；信號負(fù)接A-；
方式b. 未用通道接法（不要懸空）：未用通道需短接，如B+和B-短接；
方式c. 電流輸入方式（四線制）：信號正接C+，同時(shí)C+與RC短接；信號負(fù)接C-，同時(shí)C-和模塊的M端短接。
方式d. 電流輸入方式（兩線制）：信號線接D+，同時(shí)D+與RD短接；電源M端接D-，同時(shí)和模塊的M端短接。
注：具體請參見：《S7-200 ? LOGO? SITOP 參考》->模擬量模塊接線。
（3）電流型信號輸入接線方式
電流型信號的接線方式，分為四線制、三線制、二線制接法。這里討論的“幾線制”，是以傳感器或儀表變送器是否需要外供電源來區(qū)別的，而并不是指EM231模塊需要幾根信號線，或該變送器的信號線輸出。
a. 四線制-電流型信號的接法：
四線制信號是指信號設(shè)備本身外接供電電源，同時(shí)有信號+、信號-兩根信號線輸出。供電電源可有220VAC或24VDC，接線如圖所示：
b. 三線制-電流型信號的接法：
三線制信號是指信號設(shè)備本身外接供電電源，只有一根信號線輸出，該信號線與電源線共用公共端，通常情況是共負(fù)端的。接線如圖所示：
注：若設(shè)備的24VDC供電電源與EM231模塊的供電電源不是同一個(gè)電源，那么，需要將模塊的M端與該通道的負(fù)端引腳短接（如，M和C-短接）。這是為了使模塊與測量通道工作在同一的參考電壓，也就是等電位。下面的二線制接法同理。
1.1 概述
無論在帶編碼器矢量控制（VC）和無編碼器矢量控制（SLVC）下，動(dòng)態(tài)優(yōu)化都是保證控制精度和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的前提。只有在矢量控制模式（P1300≥20）下，才需要對電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化。動(dòng)態(tài)優(yōu)化包括兩種模式：旋轉(zhuǎn)測量（包含飽和曲線測量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量和速度控制器優(yōu)化）和速度控制器優(yōu)化（包含轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量和速度控制器優(yōu)化）。
動(dòng)態(tài)識別必須在以下條件下才能完成：
1. 接線正確，并且變頻器和電機(jī)沒有絕緣故障；
2. 電機(jī)的銘牌參數(shù)準(zhǔn)確的輸入到變頻器中；
3. 電機(jī)在空載狀態(tài)下；
4. 電機(jī)可以自由旋轉(zhuǎn)；
5. 靜態(tài)識別已經(jīng)完成。
1.2 相關(guān)參數(shù)
當(dāng)執(zhí)行過旋轉(zhuǎn)測量以后，不必再執(zhí)行速度控制器優(yōu)化。速度控制器優(yōu)化已經(jīng)包含在旋轉(zhuǎn)測量中。如果選擇P1300≥20，并且沒有完成靜態(tài)識別，變頻器會報(bào)出A07994，提示電機(jī)靜態(tài)識別未完成。
表 STYLEREF 1 s 1? SEQ 表 * ARABIC s 1 1動(dòng)態(tài)優(yōu)化的參數(shù)設(shè)置
參數(shù)號 | 出廠值 | 描述 |
P1900 | 0 | 電機(jī)數(shù)據(jù)檢測及旋轉(zhuǎn)檢測 |
P1910 | 0 | 電機(jī)數(shù)據(jù)檢測 |
P1960 | 0 | 1（旋轉(zhuǎn)測量，無編碼器矢量控制下） |
3（速度控制器優(yōu)化，無編碼器矢量控制下） | ||
2（旋轉(zhuǎn)測量，帶編碼器矢量控制下） | ||
4（速度控制器優(yōu)化，帶編碼器矢量控制下） | ||
P1961 | 40% | 檢測飽和曲線時(shí)的轉(zhuǎn)速 |
P1965 | 40% | 檢測轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)的轉(zhuǎn)速 |
P1967 | 100% | 速度控制器優(yōu)化的動(dòng)態(tài)系數(shù) |
注意：在動(dòng)態(tài)優(yōu)化過程中，電機(jī)會頻繁的加速和減速，可以通過設(shè)置P1961和P1965限制優(yōu)化過程中電機(jī)的高轉(zhuǎn)速；
G120（cu2x0x-2x）變頻器執(zhí)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化過程中，表1-2中的這些參數(shù)會被自動(dòng)測量和設(shè)置，以幫助變頻器提高控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其中，轉(zhuǎn)速控制器適配的說明和使用請參看《G120(CU2x0x-2)轉(zhuǎn)速控制器適配》文檔。
表 STYLEREF 1 s 1? SEQ 表 * ARABIC s 1 2動(dòng)態(tài)優(yōu)化測量的參數(shù)
參數(shù)號 | 描述 | 參數(shù)號 | 描述 |
r331 | 實(shí)際的電機(jī)勵(lì)磁電流 | P1464 | 轉(zhuǎn)速控制器適配轉(zhuǎn)速下限 |
P341 | 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 | P1465 | 轉(zhuǎn)速控制器適配轉(zhuǎn)速上限 |
P342 | 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比 | P1470 | 無編碼器運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速控制器的P增益 |
P360 | 電機(jī)勵(lì)磁電感 | P1472 | 無編碼器運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速控制器的積分時(shí)間 |
P1460 | 轉(zhuǎn)速控制器P增益適配轉(zhuǎn)速下限 | P1496 | 加速度前饋定標(biāo) |
P1461 | 轉(zhuǎn)速控制器P增益適配轉(zhuǎn)速上限比例系數(shù) | r1968 | 轉(zhuǎn)速控制器優(yōu)化的動(dòng)態(tài)系數(shù) |
P1462 | 轉(zhuǎn)速控制器積分時(shí)間適配轉(zhuǎn)速下限 | r1973 | 檢測出編碼器的脈沖數(shù) |
P1463 | 轉(zhuǎn)速控制器積分時(shí)間適配轉(zhuǎn)速上限比例系數(shù) |
|
|
1.3 動(dòng)態(tài)優(yōu)化操作步驟
無編碼器矢量控制動(dòng)態(tài)優(yōu)化操作步驟
當(dāng)完成變頻器的快速調(diào)試以后，進(jìn)行如下設(shè)置：
1、設(shè)置P1900=1，P1910=1，P1960=1；
2、此時(shí)屏幕上出現(xiàn)報(bào)警代碼A07991和A07980，提示靜態(tài)識別和動(dòng)態(tài)優(yōu)化已經(jīng)激活；
3、啟動(dòng)變頻器，靜態(tài)識別開始，電機(jī)發(fā)出蜂鳴聲；
4、靜態(tài)識別結(jié)束后，報(bào)警代碼A07991消失，蜂鳴聲消失，變頻器自動(dòng)停機(jī)；
5、再一次啟動(dòng)變頻器，動(dòng)態(tài)優(yōu)化開始，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)；
6、動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)束后，報(bào)警代碼A07980消失，變頻器自動(dòng)停機(jī)；
7、將P0971=1，執(zhí)行Copy RAM to ROM.
帶編碼器矢量控制動(dòng)態(tài)優(yōu)化操作步驟
當(dāng)完成變頻器的快速調(diào)試以后，進(jìn)行如下設(shè)置：
1、設(shè)置P1900=1，P1910=1，P1960=2；
2、此時(shí)屏幕上出現(xiàn)報(bào)警代碼A07991和A07980，提示靜態(tài)識別和動(dòng)態(tài)優(yōu)化已經(jīng)激活；
3、啟動(dòng)變頻器，靜態(tài)識別開始，電機(jī)發(fā)出蜂鳴聲；
4、靜態(tài)識別結(jié)束后，報(bào)警代碼A07991消失，蜂鳴聲消失，變頻器自動(dòng)停機(jī)；
5、再一次啟動(dòng)變頻器，動(dòng)態(tài)優(yōu)化開始，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)；
6、動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)束后，報(bào)警代碼A07980消失，變頻器自動(dòng)停機(jī)；
7、將P0971=1，執(zhí)行Copy RAM to ROM.
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