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西門子MM440通用型變頻器
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電壓電流模擬量信號
用戶可以使用CPU224XP本體集成的模擬量通道和擴展模塊上的模擬量通道接入或者輸出相應(yīng)信號量程的模擬量信號。
2.1 CPU 224 XP(si)的集成模擬量I/O
新產(chǎn)品CPU 224 XP在CPU上集成了兩個模擬量輸入端口和一個模擬量輸出端口。模擬量I/O有自己的一組端子，如果不用，端子可以移走。
技術(shù)規(guī)格
表. CPU 224 XP本體模擬量I/O規(guī)格
| 電壓信號 | 電流信號 |
模擬量輸入x 2 | ±10 V | － |
模擬量輸出x 1 | 0 - 10 V | 0 - 20 mA |
CPU 224 XP 的模擬量輸入/輸出通道的精度為 12位。具體參數(shù)請看《S7-200系統(tǒng)手冊》的附錄－CPU224 XP模擬量I/O參數(shù)表。 CPU 224 XP上的模擬量輸入轉(zhuǎn)換速度比模擬量擴展模塊慢，要求高的場合請使用模擬量擴展模塊。
CPU 224 XP 集成模擬量I/O接線
CPU 224 XP本體集成的模擬量I/O接線圖如下：
圖. 接線圖
圖中：
a:此處表示A+和B+都可以接±10V信號
b:電流型負載接在I和M端子之間
c:電壓型負載接在V和M端子之間
CPU 224 XP 模擬量相關(guān)常問問題
CPU 224 XP本體上有沒有電流信號模擬量輸入？
沒有。
CPU 224 XP本體上的模擬量輸入為何響應(yīng)速度是250ms，不同于模擬量擴展模塊的數(shù)據(jù)？
是這樣的。CPU 224 XP本體上的模擬量I/O芯片與模擬量模塊所用的不同，應(yīng)用的轉(zhuǎn)換原理不同，因此精度和速度不一樣。
CPU 224 XP的本體模擬量I/O如何尋址？
CPU 224 XP本體上的模擬量輸入通道的地址為AIW0和AIW2；模擬量輸出通道的地址為AQW0。
CPU 224 XP后面掛的模擬量模塊的地址如何分配？
S7-200的模擬量I/O地址總是以2個通道/模塊的規(guī)律增加。所以CPU 224 XP后面的*個模擬量輸入通道的地址為AIW4；*個輸出通道的地址為AQW4，AQW2不能用。
CPU 224 XP上的模擬量輸入是否需要在“系統(tǒng)塊”中設(shè)置濾波？
由于CPU 224 XP本體上的模擬量轉(zhuǎn)換芯片的原理與擴展模擬量模塊不同，不需要選擇濾波。
怎樣使用 S7-224 XP 的模擬量輸入通道接收電流信號？
S7-224 XP 的兩路模擬量輸入通道被出廠設(shè)置為電壓信號(0－10V)輸入。為了能夠輸入電流信號，必須在 A+ 與 M 端 (或 B+ 與 M 端) 之間并入一個500 歐姆的電阻。
與傳感器以及電壓源的兩線制連接方式如圖2 所示：
圖2
與傳感器以及電壓源的 3 線制連接方式如圖 3 所示：
圖3
與傳感器以及電壓源的 4 線制連接方式如圖 4 所示：
西門子MM440通用型變頻器
圖4
與電壓輸出的變送器及電流源的 4 線制連接方式如圖5所示：
圖5
注意：
在所有的連接方式中都必須確保外接電流源具有短路保護以防損壞。
以上所示的各種連接方式同樣適用于LOGO！基本型 (LOGO! 24?和 LOGO! 12/24) 的模擬量輸入。
因為沒有充分隔離，外接電阻也可成為干擾源。
為了得到盡量精確的測量結(jié)果，推薦使用公差盡可能小的電阻。
應(yīng)確保當在500歐電阻兩端施加大 28.8V 的電壓時，輸出功率為 1.66W。 市面上流通的電阻的功率大都是 0.25W到 0.5W。
2.3 EM231 4AI和EM235模塊的電壓電流輸入
模擬量模塊設(shè)置
應(yīng)用模擬量模塊時，需要根據(jù)輸入信號的規(guī)格設(shè)置右下角的DIP開關(guān)（Configuration開關(guān)）。DIP開關(guān)只對輸入信號有效，并且對所有的輸入通道都是相同的。
EM231、EM235帶模擬量輸入通道的模塊，還分別有電位器用于對輸入信號進行校正。EM231和EM235上的Gain（增益）電位器用于調(diào)整輸入信號和轉(zhuǎn)換數(shù)值的放大關(guān)系；EM235上的Offset（偏置）用于對輸入信號調(diào)零。如果沒有精確的信號源，請不要調(diào)整。詳細調(diào)整方法請參照《S7-200系統(tǒng)手冊》。
注意：
Gain（增益）和Offset（偏置）電位器不能用于調(diào)整0 - 20mA和4 - 20mA輸入轉(zhuǎn)換！
S7-200模擬量模塊沒有0 - 20mA與4 - 20mA電流型輸入的選擇開關(guān)，0/4 - 20mA模擬量信號的DIP開關(guān)設(shè)置一樣，但相應(yīng)的變換必須用程序?qū)崿F(xiàn)。
DIP開關(guān)設(shè)置
表. EM231 4AI DIP開關(guān)設(shè)置
| 單極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | ||
| SW1 | SW2 | SW3 | ||
| ON | OFF | ON | 0 - 10V | 2.5mV |
| ON | OFF | 0 - 5V | 1.25mV | |
| 0 - 20mA | 5μA | |||
| 雙極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | ||
| SW1 | SW2 | SW3 | ||
| OFF | OFF | ON | ±5V | 2.5mV |
| ON | OFF | ±2.5V | 1.25mV | |
表. EM235DIP開關(guān)設(shè)置
| 單極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | |||||
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | ||
| ON | OFF | OFF | ON | OFF | ON | 0 - 50 mV | 12.5μV |
| OFF | ON | OFF | ON | OFF | ON | 0 - 100 mV | 25μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | ON | ON | 0 - 500 mV | 125μV |
| OFF | ON | OFF | OFF | ON | ON | 0 - 1 V | 250μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | OFF | ON | 0 - 5 V | 1.25mV |
| 0 - 20 mA | 5μA | ||||||
| OFF | ON | OFF | OFF | OFF | ON | 0 - 10 V | 2.5mV |
| 雙極性 | 滿量程輸入 | 分辨率 | |||||
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | ||
| ON | OFF | OFF | ON | OFF | OFF | ±25 mV | 12.5μV |
| OFF | ON | OFF | ON | OFF | OFF | ±50 mV | 25μV |
| OFF | OFF | ON | ON | OFF | OFF | ±100 mV | 50μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | ON | OFF | ±250 mV | 125μV |
| OFF | ON | OFF | OFF | ON | OFF | ±500 mV | 250μV |
| OFF | OFF | ON | OFF | ON | OFF | ±1 V | 500μV |
| ON | OFF | OFF | OFF | OFF | OFF | ±2.5 V | 1.25mV |
| OFF | ON | OFF | OFF | OFF | OFF | ±5 V | 2.5 mV |
| OFF | OFF | ON | OFF | OFF | OFF | ±10 V | 5 mV |
模擬量接線圖
下列各圖是各種傳感器連接到S7-200 模擬量輸入模塊的示例：
圖. 四線制－外供電－電流型信號接線
圖 . 二線制－電流測量接線
上圖中的L+和M屬于為模擬量模塊供電的 CPU 傳感器電源。如果使用其他外接電源，只要用相應(yīng)電源的輸出端取代上圖中的L+和M，而且要使其 M 和為模塊供電的 M 連接起來，如圖 三線制電流信號測量接線 。
圖 . 三線制電流信號測量接線
CP 卡編程通信
可用于S7-200編程的CP卡包括CP5611（用于PCI總線的PC機），CP5511/CP5512（用于筆記本電腦）。以下統(tǒng)稱為CP卡。
使用CP卡進行編程通信，應(yīng)使用MPI電纜，或者PROFIBUS電纜連接CPU上的編程口，或者帶編程口的網(wǎng)絡(luò)連接器上的擴展編程口，或者EM277模塊上的通信口。
CP5613不能連接S7-200 CPU通信口編程。
CP5511/CP5512/CP5611不能在Windows XP Home版下使用。
所有的CP卡不支持S7-200的自由口編程調(diào)試。
CP卡與S7-200通信時，不能選擇“CP卡（auto）”
MPI的低通信速率為19.2K。
通過CPU的PPI通信口下載程序
在MicroWin 編程軟件的Set PG/PC Interface中選擇CP5611（PPI）、CP5611（MPI）或CP5611（PROFIBUS），然后在“properties”中選擇合適的波特率。
注意：
- 選擇“CP 卡（PPI）”方式時 ， 如果在通信卡的屬性中選中“Advanced PPI”，則不能與網(wǎng)絡(luò)上的 PPI 主站通信。
- 如果要通過“CP卡（MPI）”方式與S7-200通信，應(yīng)注意CPU通信口的當前通信速率。S7-200 CPU通信口的缺省速率為9.6 K，而MPI的低速率為19.2 K。應(yīng)使兩者*，必要時須重新設(shè)置CPU通信口的速率。
- 選擇“CP卡（PROFIBUS）”和“CP卡（MPI）”方式時，必須在通信卡的屬性中選中“PG/PC is the only master on the bus”。
通過EM277模塊的編程
在Micro/Win 編程軟件的Set PG/PC Interface中選擇CP5611（PPI）
CP5611（PROFIBUS）或CP5611（MPI）；然后在“properties（屬性）”中選擇合適的波特率及其它設(shè)置。
注意：
- 選擇“CP卡（PPI）”時，必須在屬性中選中“Advanced PPI"
- CP卡連接到EM277模塊時，可以使用MPI電纜或者PROFIBUS電纜
- 注意檢查EM277地址設(shè)置開關(guān)是否到位，如果重新設(shè)置了地址開關(guān)，必須重新上電一次
- 一定要注意通信硬件是否符合標準，特別是連接EM277做高速通信時
- 選擇“CP卡（PROFIBUS）”和“CP卡（MPI）”方式時，必須在通信卡的屬性中選中“PG/PC is the only master on the bus”
S7-200的電源需求與計算
S7-200 CPU模塊提供5VDC和24VDC電源：
- 當有擴展模塊時CPU通過I/O總線為其提供5V電源，所有擴展模塊的5V電源消耗之和不能超過該CPU提供的電源額定。若不夠用不能外接5V電源。
- 每個CPU都有一個24VDC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24VDC。如果電源要求超出了CPU模塊的電源定額，你可以增加一個外部24VDC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。
電源計算的例子可參見《S7-200系統(tǒng)手冊》。
以下為S7-200系統(tǒng)電源數(shù)據(jù)簡表。詳情請參考新的《S7-200系統(tǒng)手冊》或模塊說明書。
表1. CPU的供電能力
| CPU型號 | 電流供應(yīng) | |
|---|---|---|
| ＋5VDC | +24VDC | |
| CPU221 | 0 mA | 180mA |
| CPU222 | 340 mA | 180mA |
| CPU224/224 XP | 660 mA | 280mA |
| CPU226/226 XM | 1000 mA | 400mA |
表2. 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 | |
|---|---|---|
| ＋5VDC | +24VDC | |
| 每點輸入 | - | 4mA/每輸入 |
如果數(shù)字量輸入點使用外接24VDC電源，則不必納入計算。
表3. 數(shù)字擴展模塊所消耗的電流
| 數(shù)字擴展模塊型號 | 電流需求 | |
|---|---|---|
| ＋5VDC | +24VDC | |
| EM 221 DI 8 x 24VDC | 30 mA | 4 mA/輸入 |
| EM 221 DI 8 x 120/230VAC | 30 mA | - |
| EM 221 DI 16 x 24VDC | 70 mA | 4 mA/輸入 |
| EM 222 DO4 x 24VDC-5A | 50 mA | - |
| EM 222 DO 4 x Relays-10A | 40 mA | 20mA/輸出 |
| EM 222 DO8 x 24VDC | 30 mA | - |
| EM 222 DO 8 x Relays | 40 mA | 9mA/輸出 |
| EM 222 DO 8 x 120/230VAC | 110 mA | - |
| EM 223 24VDC 4 In/4 Out | 40 mA | 4 mA/輸入 |
| EM 223 24VDC 4 In/4 Relays | 40 mA | 4 mA/輸入 9mA/輸出 |
| EM 223 24VDC 8 In/8 Out | 80 mA | 4 mA/輸入 |
| EM 223 24VDC 8 In/8 Relays | 80 mA | 4 mA/輸入 9 mA/輸出 |
| EM 223 24VDC 16 In/16 Out | 160 mA | 4 mA/輸入 |
| EM 223 24VDC 16 In/16 Relays | 150 mA | 4 mA/輸入 |
EM 223 24VDC 32 In/32 Out | 240 mA | 4 mA/輸入 |
| EM 223 24VDC 32 In/32 Relays | 205 mA | 4 mA/輸入 9mA/輸出 |
表4. 模擬擴展模塊所消耗的電流
| 模擬擴展模塊訂貨號 | 電流需求 | |
|---|---|---|
| ＋5VDC | +24VDC | |
| EM 231 4 Inputs | 20 mA | 60 mA |
| EM 231 8 Inputs | 20 mA | 60 mA |
| EM 232 2 Outputs | 20 mA | 70 mA |
| EM 232 4 Outputs | 20 mA | 60 mA |
| EM 235 4 Inputs / 1 Output | 30 mA | 60 mA |
表5. TC（熱電偶）和RTD（熱電阻）模塊所消耗的電流
| 熱電偶和熱電阻模塊型號 | 電流需求 | |
|---|---|---|
| ＋5VDC | +24VDC | |
| EM 231 TC, 4 Inputs | 87 mA | 60 mA |
| EM 231 TC, 8 Inputs | 87mA | 60mA |
| EM231 RTD, 2 Inputs | 87 mA | 60 mA |
| EM231 RTD, 4 Inputs | 87 mA | 60 mA |
表6. 智能模塊所消耗的電流
| 智能模塊訂貨號 | 電流需求 | |
|---|---|---|
| ＋5VDC | +24VDC | |
| EM277 | 150 mA | － |
| 30 mA；通信端口激活時 | ||
| 60 mA；通信端口加90mA/5V負載時 | ||
| 180 mA；通信端口加120mA/24V負載時 | ||
| EM241 | 80 mA | 70 mA |
| EM253 | 190mA | 不一定，詳見技術(shù)數(shù)據(jù) |
| CP243-1 | 55 mA | 60 mA |
| CP243-1 IT | 55 mA | 60 mA |
| CP243-2 | 220 mA | 100 mA |
注意：
- EM277模塊本身不需要24VDC電源，這個電源是通信端口用的。24VDC電源需求取決于通信端口上的負載大小。
- CPU上的通信口，可以連接PC/PPI電纜和TD 200并為它們供電，此電源消耗已經(jīng)不必再納入計算。
S7-200支持的通信協(xié)議
表1. S7-200系統(tǒng)支持的通信協(xié)議略表
| 協(xié)議類型 | 端口位置 | 接口類型 | 傳輸介質(zhì) | 通信速率 | 備注 |
|---|---|---|---|---|---|
| PPI | EM241模塊 | RJ11 | 模擬電話 | 33.6Kbits/s | 數(shù)據(jù)傳輸速率 |
CPU口0/1 | DB-9針 | RS-485 | 9.6K,19.2K,187.5K | 主、從站 | |
| MPI | 19.2K,187.5K | 僅從站 | |||
| EM277 | DB-9針 | RS-485 | 19.2K...187.5K...12M | 速率自適應(yīng) 從站 | |
| PROFIBUS-DP | 9.6K,19.2K...187.5K...12M | ||||
| S7協(xié)議 | CP243-1/ CP243-1 IT | RJ45 | 以太網(wǎng) | 10Mbits/s, 100Mbits/s | 自適應(yīng) |
| AS-Interface | CP243-2 | 接線端子 | AS-i網(wǎng)絡(luò) | 5/10ms循環(huán)周期 | 主站 |
| USS | CPU口0 | DB-9針 | RS-485 | 1200bits/s...9.6K...115.2K | 主站 自由口庫指令 |
| Modbus RTU | 主站/從站 自由口庫指令 | ||||
| EM241 | RJ11 | 模擬電話 | 33.6Kbits/s | 數(shù)據(jù)傳輸速率 | |
| 自由口 | CPU口0/1 | DB-9針 | RS-485 | 1200...9.6K...115.2K | |
S7-200 CPU上的通信口（Port0，Port1）可以工作在“自由口”模式下。 所謂自由口就是建立在RS-485半雙工硬件基礎(chǔ)上的串行通信功能，其字節(jié)傳輸格式為：一個起始位、7位或8位數(shù)據(jù)、一個可選的奇偶校驗位、一個停止位。凡支持此格式的通信對象，一般都可以與S7-200通信。在自由口模式下，通信協(xié)議*由通信對象，或者用戶決定。
網(wǎng)絡(luò)通信
一些通信標準只支持一對一的通信方式；另一些支持網(wǎng)絡(luò)通信。S7-200支持多種網(wǎng)絡(luò)通信方式。
網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議要比一對一的通信更為復雜。網(wǎng)絡(luò)通信對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備也有一定的要求，通信設(shè)備能否*符合網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的要求會影響、制約實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)通信的完整功能。考察這些網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的要求，對于項目的規(guī)劃、設(shè)計、調(diào)試具有重要的意義。選用適當?shù)脑O(shè)備可以有目的地利用網(wǎng)絡(luò)通信要求的特點，做到經(jīng)濟合理。
在用戶的實際工作中，上述的制約更多地在使用了非西門子的第三方產(chǎn)品時出現(xiàn)。
S7-200的特點就是支持網(wǎng)絡(luò)通信。連接到S7-200編程口的設(shè)備都可以認為是連接到了S7-200通信網(wǎng)絡(luò)上。一個典型的例子是安裝了編程軟件Micro/WIN的計算機，通過編程電纜與CPU通信口相連，這也可以認為是一個通信網(wǎng)絡(luò)。
通信協(xié)議規(guī)定了通信設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，可分為：
- 通信從站：從站不能主動發(fā)起通信數(shù)據(jù)交換，只能響應(yīng)主站的訪問，提供或接受數(shù)據(jù)。從站不能訪問其他從站。在多數(shù)情況下，S7-200在通信網(wǎng)絡(luò)中作為從站，響應(yīng)主站設(shè)備的數(shù)據(jù)請求。
- 通信主站：可以主動發(fā)起數(shù)據(jù)通信，讀寫其他站點的數(shù)據(jù)。
S7-200 CPU在讀寫其他S7-200 CPU數(shù)據(jù)時（使用PPI協(xié)議）就作為主站（PPI主站也能接受其他主站的數(shù)據(jù)訪問）；S7-200通過附加擴展的通信模塊也可以充當主站。
安裝編程軟件Micro/WIN的計算機一定是通信主站；所有的HMI（人機操作界面）也是通信主站；與S7-200通信的S7-300/400往往也作為主站。
只有一個主站，其他通信設(shè)備都處于從站通信模式的網(wǎng)絡(luò)就是單主站網(wǎng)絡(luò)。單主站網(wǎng)絡(luò)的例子有：
- 一個S7-200 CPU和Micro/WIN（編程計算機）的通信
- 一個S7-200 CPU和一個HMI（如TD200）的通信
- 多個CPU聯(lián)網(wǎng)（但它們都處于PPI從站模式時），與Micro/WIN的通信
- 多個CPU聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上只有一個HMI（如TP170B等）
- 一個CPU使用USS協(xié)議與一個或多個西門子驅(qū)動裝置通信
- 一個Modbus RTU主站與從站的通信
一個通信網(wǎng)絡(luò)中，如果有多個通信主站存在，就稱為多主站網(wǎng)絡(luò)。屬于多主站網(wǎng)絡(luò)的情況有：
- 一個S7-200 CPU連接一個HMI，同時需要Micro/WIN的編程通信
- S7-200 CPU聯(lián)網(wǎng)，有CPU做PPI主站訪問其他CPU的數(shù)據(jù)，同時需要Micro/WIN編程、監(jiān)視
- CPU聯(lián)網(wǎng)，有兩個以上的CPU做PPI通信主站
- 一個S7-200 CPU連接多個HMI
- 聯(lián)網(wǎng)的多個CPU，連接多個HMI
- 上述情況的組合
單主站和多主站網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)并不總是不變的。例如一個僅包括一個CPU和一個TD200的單主站網(wǎng)絡(luò)，如果要與Micro/WIN進行編程通信，它就變成了多主站網(wǎng)絡(luò)。
并不是所有的設(shè)備都支持多主站網(wǎng)絡(luò)通信！在多主站網(wǎng)絡(luò)中，主站要輪流控制網(wǎng)絡(luò)上的通信，這就要求它們有交換令牌的能力。不是所有的設(shè)備都有這個能力。參見多主站通信能力。
S7-200 CPU使用自由口通信模式時，既可以做主站，又可以做從站。如S7-200用USS協(xié)議控制西門子驅(qū)動裝置時是主站；使用Modbus RTU從站指令庫時它就是從站。這說明所謂主、從是由通信協(xié)議決定的，用戶在編制通信協(xié)議時自己定義各通信設(shè)備在通信活動中的角色。
服務(wù)器和客戶端
服務(wù)器（Server）與客戶端（Client）的關(guān)系有些像從站與主站的關(guān)系。服務(wù)器總是等待客戶端發(fā)起數(shù)據(jù)訪問。這個概念常常在以太網(wǎng)通信中使用。
一個通信對象是服務(wù)器還是客戶端取決于它們在通信活動中的具體作用。例如，CP243-1以太網(wǎng)模塊既可以配置為服務(wù)器等待客戶端來訪問，也可以配置為客戶端訪問其他服務(wù)器。CP243-1作為服務(wù)器時，運行在計算機上的PC Access軟件作為客戶端通過CP243-1訪問CPU的數(shù)據(jù)；而PC Access軟件本身是OPC Server，OPC Client軟件（如支持OPC的HMI軟件）可以訪問它。
CP243-1/CP243-1 IT與S7-300/400的以太網(wǎng)模塊一樣，既可以做服務(wù)器，也可以做客戶端；S7-200的OPC Server——PC Access與CP243-1連接時是客戶端，同時對上位的監(jiān)控軟件是服務(wù)器。
PPI, MPI和PROFIBUS
PPI，MPI和PROFIBUS都是基于OSI（開放系統(tǒng)互聯(lián)）的七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，符合歐洲標準EN50170所定義的PROFIBUS標準，基于令牌的的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。這些協(xié)議是非同步的（串行的）基于字符的通信協(xié)議，字符格式包括一個起始位、8個數(shù)據(jù)位、一個偶校驗位和一個停止位。其通信幀包括特定的起始和結(jié)束字符、源和目的站的地址、幀長度和數(shù)據(jù)校驗和。
在波特率*、各站地址不同的情況下，PPI，MPI和PROFIBUS可以同時在一個網(wǎng)絡(luò)上運行，并且互不干擾。
這就是說如果一個網(wǎng)絡(luò)上有S7-300、S7-200，S7-300之間可以通過MPI或PROFIBUS通信，而在同時在同一個網(wǎng)絡(luò)上的TP170 micro觸摸屏可以與一個S7-200 CPU通信。
化工儀器網(wǎng)