化工儀器網(wǎng)
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RS-485網(wǎng)絡的硬件組成
在S7-200系統(tǒng)中，無論是組成PPI、MPI還是RPOFIBUS-DP網(wǎng)絡，用到的主要部件都是一樣的：
- PROFIBUS電纜：電纜型號有多種，其中基本的是PROFIBUS FC（Fast Connect快速連接）Standard電纜（訂貨號6XV1 830-0EH10）
- PROFIBUS網(wǎng)絡連接器：網(wǎng)絡連接器也有多種形式，如出線角度不同等等
連接網(wǎng)絡連接器
A. 電纜和剝線器。使用FC技術(shù)不用剝出裸露的銅線。
圖1. 剝好一端的PROFIBUS電纜與快速剝線器（FCS，訂貨號6GK1905-6AA00）。
B. 打開PROFIBUS網(wǎng)絡連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊，然后掀開芯線鎖。
圖2. 打開的PROFIBUS連接器
C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護層，將芯線按照相應的顏色標記插入芯線鎖，再把鎖塊用力壓下，使內(nèi)部導體接觸。應注意使電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。
圖3. 插入電纜
由于通信頻率比較高，因此通信電纜采用雙端接地。電纜兩頭都要連接屏蔽層。
D. 復位電纜壓塊，擰緊螺絲，消除外部拉力對內(nèi)部連接的影響。
網(wǎng)絡連接器主要分為兩種類型：帶和不帶編程口的。不帶編程口的插頭用于一般聯(lián)網(wǎng)，帶編程口的插頭可以在聯(lián)網(wǎng)的同時仍然提供一個編程連接端口，用于編程或者連接HMI等。
圖4. 左側(cè)為不帶編程口的網(wǎng)絡連接器（訂貨號：6ES7 972-0BA52-0XA0）
右側(cè)的是帶編程口的網(wǎng)絡連接器（訂貨號：6ES7 972-0BB52-0XA0）
線型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
通過PROFIBUS電纜連接網(wǎng)絡插頭，構(gòu)成總線型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
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圖5. 總線型網(wǎng)絡連接
在上圖中，網(wǎng)絡連接器A、B、C分別插到三個通信站點的通信口上；電纜a把插頭A和B連接起來，電纜b連接插頭B和C。線型結(jié)構(gòu)可以照此擴展。
注意圓圈內(nèi)的“終端電阻”開關(guān)設置。網(wǎng)絡終端的插頭，其終端電阻開關(guān)必須放在“ON”的位置；中間站點的插頭其終端電阻開關(guān)應放在“OFF”位置。
終端電阻和偏置電阻
一個正規(guī)的RS-485網(wǎng)絡使用終端電阻和偏置電阻。在網(wǎng)絡連接線非常短、臨時或?qū)嶒炇覝y試時也可以不使用終端和偏置電阻。
- 終端電阻：在線型網(wǎng)絡兩端（相距遠的兩個通信端口上），并聯(lián)在一對通信線上的電阻。根據(jù)傳輸線理論，終端電阻可以吸收網(wǎng)絡上的反射波，有效地增強信號強度。兩個終端電阻并聯(lián)后的值應當基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗
- 偏置電阻：偏置電阻用于在電氣情況復雜時確保A、B信號的相對關(guān)系，保證“0”、“1”信號的可靠性
西門子的PROFIBUS網(wǎng)絡連接器已經(jīng)內(nèi)置了終端和偏置電阻，通過一個開關(guān)方便地接通或斷開。終端和偏置電阻的值*符合西門子通信端口和PROFIBUS電纜的要求。 合上網(wǎng)絡中網(wǎng)絡插頭的終端電阻開關(guān)，可以非常方便地切斷插頭后面的部分網(wǎng)絡的信號傳輸。
與其他設備通信時（采用PROFIBUS電纜），對方的通信端口可能不是D-SUB9針型的，或者引腳定義*不同。如西門子的MM4x0變頻器，RS-485通信口采用端子接線形式，這種情況下需要另外連接終端電阻，西門子可以提供一個比較規(guī)整的外接電阻。對于其他設備，可以參照《S7-200系統(tǒng)手冊》上的技術(shù)數(shù)據(jù)制作。
西門子網(wǎng)絡插頭中的終端電阻、偏置電阻的大小與西門子PROFIBUS電纜的特性阻抗相匹配，強烈建議用戶配套使用西門子的PROFIBUS電纜和網(wǎng)絡插頭?？梢员苊庠S多麻煩。
記住聯(lián)網(wǎng)的格言：你糊弄它，它就糊弄你！
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 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 ，可以設置電流范圍 0-20mA 或者 4-20mA, 如下圖所示：
但是設置 0-20mA 或者 4-20mA 對應不同的量程范圍和 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 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)絡的兩端設置，中間的設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。
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)絡中連接多個設備，連接器可以在終端網(wǎng)絡選擇終端電阻。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。
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