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模擬量模塊、信號板
信號類型
| 模板型號 | 訂貨號 | 分辨率 | 負載信號類型 | 量程范圍 |
模擬量輸入 | ||||
| CPU 集成模擬量輸入 | 10 位 | 0 ~ 10 V | 0 ~ 27648 | |
SM 1231 4 x 模擬量輸入 | 6ES7 231-4HD32-0XB0 | 12 位 + 符號位 | ±10 V ,±5 V,±2.5 V | -27648 ~ 27648 |
0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
SM 1231 4 x 模擬量輸入 | 6ES7 231-5ND32-0XB0 | 15 位 + 符號位 | ±10 V ,±5 V,±2.5 V，±1.25 V | -27648 ~ 27648 |
0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
| SM 1231 8 x 模擬量輸入 | 6ES7 231-4HF32-0XB0 | 12 位 + 符號位 | ±10 V ,±5 V,±2.5 V | -27648 ~ 27648 |
| 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
SM 1234 4 x 模擬量輸入/ 2 x 模擬量輸出 | 6ES7 234-4HE32-0XB0 | 12 位 + 符號位 | ±10 V ,±5 V,±2.5 V | -27648 ~ 27648 |
| 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
| SB 1231 1 x 模擬量輸入 | 6ES7 231-4HA30-0XB0 | 11 位 + 符號位 | ±10 V ,±5 V,±2.5 V | -27648 ~ 27648 |
| 0~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
模擬量輸出 | ||||
SM 1232 2 x 模擬量輸出 | 6ES7 232-4HB32-0XB0 | 14 位 | ±10 V | -27648 ~ 27648 |
13 位 | 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | ||
SM 1232 4 x 模擬量輸出 | 6ES7 232-4HD32-0XB0 | 14 位 | ±10 V | -27648 ~ 27648 |
13 位 | 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | ||
| SM 1234 4 x 模擬量輸入/2 x 模擬量輸出 | 6ES7 234-4HE32-0XB0 | 14 位 | ±10 V | -27648 ~ 27648 |
13 位 | 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | ||
| SB 1232 1 x 模擬量輸出 | 6ES7 232-4HA30-0XB0 | 12 位 | ±10 V | -27648 ~ 27648 |
11 位 | 0~20 mA | 0 ~ 27648 | ||
輸入信號精度計算
先明確兩個模擬量輸入模塊參數(shù)：
- 模擬量轉(zhuǎn)換的分辨率
- 模擬量轉(zhuǎn)換的精度（誤差）
分辨率是 A/D 模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度，即用多少位的數(shù)值來表示模擬量。S7-1200 模擬量模塊的轉(zhuǎn)換分辨率是12位，能夠反映模擬量變化的小單位是滿量程的 1/4096 。
數(shù)字化模擬值的表示方法及示例：
分辨率 | 模擬值 | |||||||||||||||
位 | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
位值 |
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
12位 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
如上表所示，當轉(zhuǎn)換精度小于16位時，相應(yīng)的位左側(cè)對齊，小變化位為 16 - 該模板分辨率，未使用的低位補 “ 0 ”。 如表中 12 位 分辨率的模板則是從 16 - 12 = 4，即低字節(jié)的第四位 bit 3 開始變化，為其小變化單位 
= 8 （紅色圖框所示） ，bit 0~bit 2 則補“ 0 ”（紅色圖框黃色背景所示）。則 12 位模板 A/D 模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換精度為 / 
= 1/4096 。
模擬量轉(zhuǎn)換的精度除了取決于A/D轉(zhuǎn)換的分辨率，還受到轉(zhuǎn)換芯片的外圍電路的影響。在實際應(yīng)用中，輸入的模擬量信號會有波動、噪聲和干擾，內(nèi)部模擬電路也會產(chǎn)生噪聲、漂移，這些都會對轉(zhuǎn)換的后精度造成影響。這些因素造成的誤差要大于 A/D 芯片的轉(zhuǎn)換誤差。
模擬量量程計算
可以使用STEP 7 Basic 指令列表 "Convert" 中的 “ SCALE_X ” 和 “ NORM_X ” 來轉(zhuǎn)換模擬量值。
計算公式：
SCALE_X_OUT = [（NORM_X_VALUE - NORM_X_MIN）/（NORM_X_MAX - NORM_X_MIN）] * （SCALE_X_MAX - SCALE_X_MIN） + SCALE_X_MIN
一、測量值轉(zhuǎn)換為工程量
如下圖1 程序所示，為標準 0~20 mA 模擬量輸入信號，對應(yīng) 0 ~ 80 MPa 壓力的量程換算示例
圖 1.測量值轉(zhuǎn)換為工程量示例
其中參數(shù)含義如下表1 所示：
表 1.
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)據(jù)類型 | 參數(shù)含義 | 取值范圍 | |
電壓信號 | 電流信號 | |||
NORM_X_IN | Int | 模擬量通道輸入測量值 | -27648 ~ 27648 | 0 ~ 27648 |
NORM_X_LO_LIM | Int | 測量值下限 | -27648 | 0 |
NORM_X_HI_LIM | Int | 測量值上限 | 27648 | 27648 |
NORM_X_OUT | Real | 測量值規(guī)格化 | -1.0 ~ 1.0 | 0.0 ~ 1.0 |
SCALE_X_LO_LIM | Real | 工程量下限制 | --- | --- |
SCALE_X_HI_LIM | Real | 工程量上限制 | --- | --- |
SCALE_X_OUT | Real | 工程量值 | --- | --- |
注意：SM1231 新的模擬量模塊(例如 6ES7 231-4HD32-0XB0)增加了 4~20 mA范圍, 對于非標準信號例如電流通道接入 4 ~ 20 mA ，可以設(shè)置電流范圍 0-20mA 或者 4-20mA, 如下圖所示：
但是設(shè)置 0-20mA 或者 4-20mA 對應(yīng)不同的量程范圍和 NORM_X 通道測量值下限。如下表所示：
| 實際電流輸入 | 設(shè)置電流范圍 | 量程范圍 | NORM_X 通道測量值下限 |
| 0-20 mA | 0-20 mA | 0 -27648 | 0 |
| 4-20 mA | 0-20 mA | 5530- 27648 | 5530 |
| 4-20 mA | 0 - 27648 | 0 |
二、工程量轉(zhuǎn)換為測量值
如下圖2 程序所示，為標準 4~20 mA 模擬量輸入信號，對應(yīng) 0 ~ 80 MPa 壓力的量程換算示例，同理需修正通道測量輸出值下限 SCALE_X_LO_LIM 為 5530
圖 2. 工程量轉(zhuǎn)換為測量值
其中參數(shù)含義如下表2 所示：
表 2.
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)據(jù)類型 | 參數(shù)含義 | 取值范圍 | |
電壓信號 | 電流信號 | |||
NORM_X_IN | Real | 工程量給定值 | --- | --- |
NORM_X_LO_LIM | Real | 工程量下限值 | --- | --- |
NORM_X_HI_LIM | Real | 工程量上限值 | --- | --- |
NORM_X_OUT | Real | 工程量給定值規(guī)格化 | -1.0 ~ 1.0 | 0.0 ~ 1.0 |
SCALE_X_LO_LIM | Int | 測量輸出值下限 | -27648 | 0 |
SCALE_X_HI_LIM | Int | 測量輸出值上限 | 27648 | 27648 |
SCALE_X_OUT | Int | 測量輸出值 | -27648 ~ 27648 | 0 ~ 27648 |
說明：工程量相關(guān)值取決于使用現(xiàn)場，是無法確定有效值的，一能確定的關(guān)系是工程量給定或輸出值在工程量的下限值和上限值之間，在此不作過多表述。
使用以下這些模塊，可以通過 RS485 和 RS422 接口進行串行通訊，在圖中給出了端子分配。
圖1.（RS485）和圖2.（RS422）
- ET 200SP CM PtP
圖3.（RS485）和圖4.（RS422）
- S7-1500 CM PtP RS485/RS422 BA/HF
- CP 340 / CP 341
- CP440/CP 441-1 / CP 441-2
圖5.（RS485）和圖6.（RS422）
- ET 200S 1SI
圖7.和圖8.（RS485）
- CM1241
- CB1241
注意：
如果使用了超過 50m 的 RS485 連接線或 RS422 連接線，需要加約 330Ω 的終端電阻。
CM 1241 和 CB 1241 的模塊使用其它的終端電阻。
終端和偏置在 RS485 網(wǎng)絡(luò)的兩端設(shè)置，中間的設(shè)備不需要增加終端和偏置。
ET200SP CM PtP
圖1 .顯示了 RS485 接口通訊的端子分配。
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圖. 1
圖 2.顯示了 RS422 接口通訊的端子分配。
圖. 2
S7-1500 CM PtP RS485/RS422 BA/HF, CP 340,CP341,CP440, CP 441-1 和 CP 441-2 通訊模塊的 RS485 和 RS422 接口連接
圖 3.顯示了 RS485 接口通訊的端子分配
圖. 3
圖 4.顯示了 RS422 接口通訊的端子分配
圖. 4
ET200S 1SI
圖 5.顯示了 RS485 接口通訊的端子分配。
圖. 5
圖 6.顯示了 RS422 接口通訊的端子分配。
圖. 6
CM1241
圖 7 顯示了 RS485 接口通訊的端子分配。
可以使用西門子9-針的 PROFIBUS DP 頭連接 CM1241。
使用 RS 485 公頭連接器可以在一個 RS485 網(wǎng)絡(luò)中連接多個設(shè)備，連接器可以在終端網(wǎng)絡(luò)選擇終端電阻。更多的信息參考下列鏈接中 S7-1200 手冊的第13.2 章節(jié)。
注意：下面的特性用于自己設(shè)計連接器使用。
Fig. 7
CB 1241
Fig. 8顯示了 RS485 連接通訊的端子分配.
CB1241 提供了內(nèi)部的終端電阻，不具備 9-針的母 D 型連接器。
連接終端電阻時，將 TRA 和 TA 短接，TRB 和 TB 短接。
Fig. 8
大 I/O 能力計算
S7-1200 大I/O能力取決于以下幾個因素，這些因素之間互相影響、制約，必須綜合考慮：
- CPU 輸入/輸出過程變量映像區(qū)大小
- CPU 本體的 I/O 點數(shù)
- CPU 帶擴展模塊的數(shù)目，見表1（CPU 所帶智能通訊模塊安裝于 CPU 左側(cè)，不占用擴展模板資源數(shù)）
- CPU 的 5 VDC 電源是否滿足所有擴展模塊的需要
5 VDC 電源需求請參考 S7-1200 PLC 電源需求與計算，其它影響因素請參考如下表1 。
表1. S7-1200 PLC 影響 I/O 能力的性能參數(shù)
CPU 參數(shù) | CPU 1211C | CPU 1212C | CPU 1214C | CPU 1215C | CPU 1217C |
3 CPUs | DC/DC/DC, AC/DC/RLY, DC/DC/RLY | ||||
集成數(shù)字量 I/O | 6 輸入 / 4 輸出 | 8 輸入/ 6 輸出 | 14 輸入 / 10 輸出 | ||
集成模擬量 I/O | 2 輸入 | 2 輸入/ 2 輸出 | 2 輸入/ 2 輸出 | ||
過程映像區(qū) | 1024 字節(jié)輸入 / 1024 字節(jié)輸出 | ||||
信號板擴展 | 多1個 | ||||
信號模塊擴展 | 無 | 多2個 | 多8個 | ||
大本地數(shù)字量 I/O | 14 | 82 | 284 | ||
大本地模擬量 I/O | 3 | 19 | 67 | 69 | 69 |
通信模塊擴展 | 多3個 | ||||
S7-1200 PLC 電源需求與計算
S7-1200 CPU 提供 5 VDC 和 24 VDC 電源：
- 當有擴展模板時，CPU 通過 I/O 總線為其提供 5 VDC 電源，所有擴展模塊的 5 VDC 電源消耗之和不能超過該 CPU 提供的電源額定值。若不夠用不能外接 5 VDC 電源。
- 每個 CPU 都有一個 24 VDC 傳感器電源，它為本機輸入點和擴展模塊輸入點及擴展模塊繼電器線圈提供 24 VDC。如果電源要求超出了 CPU 模塊的電源額定值，你可以增加一個外部 24 VDC 電源來提供給擴展模塊。
所謂電源計算，就是用 CPU 所能提供的電源容量，減去各模塊所需要的電源消耗量。
S7-1200 系統(tǒng)電源數(shù)據(jù)簡表
詳情請參考新的《 S7-1200 系統(tǒng)手冊》或模塊說明書。
表2. CPU 的供電能力
CPU 型號 | 電流供應(yīng) (mA) | |
5 VDC | 24 VDC | |
CPU 1211C | 750 | 300 |
CPU 1212C | 1000 | 300 |
CPU 1214C | 1600 | 400 |
| CPU 1215C | 1600 | 400 |
CPU 1217C | 1600 | 400 |
表3. CPU 上及擴展模塊上的數(shù)字量輸入所消耗的電流
| CPU 上及擴展模塊上的數(shù)字量 | 電流需求 (mA) | |
5 VDC | 24 VDC | |
| 每點輸入 | ---- | 4 mA/輸入 |
注意：如果數(shù)字量輸入點使用外接24VDC電源，則不必納入計算。
表4. 數(shù)字擴展模塊所消耗的電流
數(shù)字擴展模塊型號 | 訂貨號 | 電流需求 | |
5 VDC (mA) | 24 VDC | ||
SM 1221 8 x 24 VDC輸入 | 6ES7 221-1BF30-0XB0 | 105 | 4 mA/輸入 |
SM 1221 16 x 24 VDC輸入 | 6ES7 221-1BH30-0XB0 | 130 | 4 mA/輸入 |
SM 1222 8 x 24 VDC輸出 | 6ES7 222-1BF30-0XB0 | 120 | --- |
SM 1222 16 x 24 VDC輸出 | 6ES7 222-1BH30-0XB0 | 140 | --- |
SM 1222 8 x 繼電器輸出 | 6ES7 222-1HF30-0XB0 | 120 | 11 mA/輸出 |
SM 1222 16 x 繼電器輸出 | 6ES7 222-1HH30-0XB0 | 135 | 11 mA/輸出 |
SM 1223 8 x 24 VDC輸入/8 x 24 VDC輸出 | 6ES7 223-1BH30-0XB0 | 145 | 4 mA/輸入 |
SM 1223 16 x 24 VDC輸入/16 x 24 VDC輸出 | 6ES7 223-1BL30-0XB0 | 185 | 4 mA/輸入 |
SM 1223 8 x 24 VDC 輸入/8 x 繼電器輸出 | 6ES7 223-1PH30-0XB0 | 145 | 4 mA/輸入 11 mA/輸出 |
SM 1223 16 x 24 VDC 輸入/16 x 繼電器輸出 | 6ES7 223-1PL30-0XB0 | 180 | 4 mA/輸入 11 mA/輸出 |
表5.模擬擴展模塊所消耗的電流
| 模擬擴展模塊型號 | 訂貨號 | 電流需求 (mA) | |
5 VDC | 24 VDC | ||
SM 1231 4 x 模擬量輸入 | 6ES7 231-4HD30-0XB0 | 80 | 45 |
SM 1231 8 x 模擬量輸入 | 6ES7 231-4HF30-0XB0 | 90 | 45 |
SM 1232 2 x 模擬量輸出 | 6ES7 232-4HB30-0XB0 | 80 | 45 (無負載) |
SM 1232 4 x 模擬量輸出 | 6ES7 232-4HD30-0XB0 | 80 | 45 (無負載) |
SM 1234 4 x 模擬量輸入/2 x 模擬量輸出 | 6ES7 234-4HE30-0XB0 | 80 | 60 (無負載) |
SM 1231 4 x TC 模擬量輸入 | 6ES7 231-5QD30-0XB0 | 80 | 40 |
SM 1231 4 x RTD 模擬量輸入 | 6ES7 231-5PD30-0XB0 | 80 | 40 |
表6.信號板所消耗的電流
| 信號板型號 | 訂貨號 | 電流需求 | |
5 VDC (mA) | 24 VDC | ||
SB 1223 2 x 24 VDC 輸入/2 x 24 VDC 輸出 | 6ES7 223-0BD30-0XB0 | 50 | 4 mA/輸入 |
SB 1232 1 路模擬量輸出 | 6ES7 232-4HA30-0XB0 | 15 | 40 mA (無負載) |
SB 1221,200kHz 4 x 5 VDC 輸入 | 6ES7 221-3AD30-0XB0 | 40 | 15 mA/輸入 +15 mA |
SB 1222,200kHz 4 x 5 VDC 輸出 | 6ES7 222-1AD30-0XB0 | 35 | 15 mA |
SB 1223,200kHz 2 x 5 VDC 輸入/2 x 5 VDC 輸出 | 6ES7 223-3AD30-0XB0 | 35 | 15 mA/輸入 +15 mA |
SB 1221,200kHz 4 x 24 VDC 輸入 | 6ES7 221-3BD30-0XB0 | 40 | 7 mA/輸入 +20 mA |
SB 1222,200kHz 4 x 24 VDC 輸出 | 6ES7 222-1BD30-0XB0 | 35 | 15 mA |
SB 1223,200kHz 2 x 24VDC輸入/2x24 VDC輸出 | 6ES7 223-3BD30-0XB0 | 35 | 7 mA/輸入 +30 mA |
表7.通訊模塊所消耗的電流
| 通訊模塊型號 | 訂貨號 | 電流供應(yīng) (mA) | |
5 VDC | 24 VDC | ||
CM 1241 RS232 | 6ES7 241-1AH30-0XB0 | 220 | --- |
CM 1241 RS485 | 6ES7 241-1CH30-0XB0 | 220 | --- |
電源需求計算實例
以下實例是 PLC 電源計算實例，該 PLC 包括一個 CPU 1214C AC/DC/繼電器型、1xSM 1231 4 x 模擬量輸入、 3xSM 1223 8 DC輸入/8 繼電器輸出和 1xSM 1221 8DC 輸入。該實例一共有 46 點輸入和 34 點輸出 。電源需求如下表8.所示
表8.電源需求計算實例列表
| CPU 電源計算 | 5 VDC | 24 VDC |
| CPU 1214C AC/DC/繼電器型 | 1600 mA | 400 mA |
| 減 | ||
| 系統(tǒng)要求 | 5 VDC | 24 VDC |
| CPU 1214C， 14點輸入 | --- | 14 * 4 mA = 56 mA |
| 1 個 SM 1231 | 1 * 80 mA = 80 mA | 1 * 45 mA = 45 mA |
| 3 個 SM 1223 | 3 * 145 mA = 435 mA | 3 * 8 * 4 mA = 96 mA |
3 * 8 * 11 mA = 264 mA | ||
| 1 個 SM 1221 | 1 * 105 mA = 105 mA | 8 * 4 mA = 32 mA |
| 總要求 | 620 mA | 493 mA |
| 等于 | ||
| 電流差額 | 5 VDC | 24 VDC |
| 總電流差額 | 980 mA | - 93 mA |
注意：該 CPU 已分配驅(qū)動內(nèi)部繼電器線圈所需的電源，則電源計算中無需包括 CPU 內(nèi)部繼電器線圈的功率要求。
由表中可以看出，所選 CPU 已經(jīng)為 SM 提供了足夠的 5 VDC 電流，但沒有通過傳感器電源為所有輸入和擴展繼電器線圈提供足夠的 24 VDC 電流。I/O 需要 493 mA 而 CPU 只能提供 400 mA。則該系統(tǒng)而外需要一個至少為 93 mA 的 24 VDC 電源以運行所有包括的 24 VDC 輸入和輸出。
常見問題
CPU 提供的 5 VDC 電源能否使用外部電源擴展？
答：不能，根據(jù)模板 5 VDC 電源使用情況選擇合適的 CPU 。
CPU 提供的 24 VDC 電源不夠用時，能否使用外部電源擴展？
答：可以，根據(jù)需要可以選擇使用外部電源。
通訊模板（CM）和信號板（SB）是否占用信號擴展模板數(shù)量？
答：
- 擴展模板僅指信號模板，安裝于 CPU 的右側(cè)，共有 8 個擴展槽位
- 通訊模塊安裝于 CPU 左側(cè)，并不占用擴展模板資源數(shù)
- 信號模塊安裝于 CPU 上側(cè)，每個 CPU 多只能安裝 1 個，并不占用擴展模板資源數(shù)
S7-1200 模板安裝位置如下：
- 1 號槽位為CPU
- 紅色圖框為信號板（SB）安裝位置
- 藍色圖框內(nèi)為 101 ~ 103 三個槽位，為通訊模板（CM）安裝位置
- 綠色圖框內(nèi)為 2 ~ 9 八個槽位，為信號模板（SM）安裝位置
通電時能否插拔模板？
答：不能，所有的信號板、信號模板和通訊模板都不支持通電時的插入和拔除 。
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