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SIMATIC S7-200 SMART， 模擬輸出 SM AQ02，2 AO， +/-10V，11 Bit 分辨率， 或 4-20mA，10 Bit 分辨率
西門子將展示其不斷完善的數字化企業(yè)解決方案，致力于實現“工業(yè)4.0”愿景，即第四次工業(yè)革命。“憑借一系列協同解決方案，我們?yōu)檫@種轉型創(chuàng)造了技術上的先決條件。通過實施數字化企業(yè)解決方案，用戶和客戶現在可以充分挖掘‘工業(yè)4.0’所帶來的全部潛力。”西門子股份公司管理委員會成員何睿祺（Klaus Helmrich）在4月23日的漢諾威工業(yè)博覽會新聞發(fā)布會上表示。西門子在位于9號展廳D35展位3,500平方米的展臺上，以“實現數字化企業(yè)——正當時！”為主題，展示了不同規(guī)模的企業(yè)該如何利用多個針對行業(yè)的數字化企業(yè)解決方案，來確保獲得真正的競爭優(yōu)勢。“通過我們的數字化企業(yè)產品和解決方案，我們的客戶已經實現了更高的靈活性、更短的產品上市時間、更高的生產效率以及更好的產品質量——而且這些都是在不中斷運營的情況下同步實現的。因此，我們的客戶就是西門子數字化企業(yè)解決方案能夠為離散型工業(yè)和過程工業(yè)帶來優(yōu)勢與附加價值的優(yōu)秀證明。”何睿祺表示。
西門子股份公司管理委員會成員何睿祺（Klaus Helmrich）在4月23日的漢諾威工業(yè)博覽會新聞發(fā)布會上講話
展會的亮點集中在數字化企業(yè)解決方案的進一步拓展——在設計、制造過程和架構領域，西門子可提供更為靈活的解決方案。其中包括數字化雙胞胎解決方案。此解決方案與西門子優(yōu)秀的自動化產品組合，以及基于云的開放式物聯網操作系統(tǒng)MindSphere共同創(chuàng)造了覆蓋生產全價值鏈的數字虛擬模型。與MindSphere的互聯，是實現數據驅動的新商業(yè)模式的基礎之一。“通過建立MindSphere World，我們與客戶及合作伙伴共同邁出了拓展MindSphere生態(tài)系統(tǒng)的新一步。對我們的客戶來說，西門子的MindSphere物聯網操作系統(tǒng)提供了設備互聯和數據分析的新維度。此外，我也很高興MindSphere World管理委員會已經批準了16個新候選機構的加入申請。”何睿祺表示。
西門子股份公司總裁兼*執(zhí)行官凱颯（Joe Kaeser）向德國總理默克爾和墨西哥總統(tǒng)培尼亞贈送運用西門子技術制造的運動鞋
在本次漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子還將展示其在云應用開發(fā)方面的創(chuàng)新。西門子將與客戶和合作伙伴一起，在MindSphere體驗區(qū)展示MindSphere 3.0版本的新更新與應用程序。此外，作為MindSphere Open Space Challenge（MindSphere開放空間挑戰(zhàn)）的一部分，外部開發(fā)者與初創(chuàng)公司將攜手進行開放式合作，共同創(chuàng)造基于MindSphere的新型客戶解決方案和商業(yè)模式。
西門子在漢諾威工業(yè)博覽會上還展示了面向未來的數據驅動應用——例如，Siemens Industrial Edge概念，這一邊緣計算解決方案可以使用戶*控制數據，并從其擴展功能和出色的現場性能中獲益。在增材制造領域，西門子展示了其無縫集成的產品組合和西門子增材制造網絡。在西門子增材制造網絡這一線上市場中，供應商、3D打印解決方案的現有及潛在用戶等不同參與者都可以建立并確定商業(yè)伙伴關系。
西門子2018年漢諾威工業(yè)博覽會展臺
在數字化時代，確保足夠的網絡信息安全水平是保護敏感數據的前提。西門子正在持續(xù)推動工業(yè)應用和基礎設施領域網絡信息安全的發(fā)展。基于“深度防御”理念，西門子為工業(yè)領域提供廣泛的產品和服務組合，其中包括工廠和網絡安全以及系統(tǒng)完整性。
在2018年漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子以汽車工業(yè)為例，說明了數字化如何能夠提升設計的靈活性和汽車制造的效率。數字化企業(yè)解決方案能提供獲得這些益處的手段。這包括充分整合生產的各個階段并建立統(tǒng)一的數據基礎，覆蓋汽車設計、生產規(guī)劃、汽車實際制造執(zhí)行，以及后續(xù)服務提供等階段。解決方案既適用于新建的生產工廠，也適用于現有工廠的升級，尤其對于添加了電動汽車和混合動力汽車的產線而言。
西門子2018年漢諾威工業(yè)博覽會展臺
過程工業(yè)的數字化轉型已經全面展開。在這方面，西門子能夠為企業(yè)提供包括一體化硬件和軟件的解決方案，從而使任何規(guī)模的公司都能夠實現數字化。在西門子的展臺上，參觀者可以了解到多樂士（Dulux）如何使用西門子的數字化解決方案成功成為一家數字化涂料工廠。一個真實工廠的虛擬模型，即“數字化雙胞胎”，可以為多樂士這樣的工廠運營商提供足夠的靈活性，以快速響應迅速變化的市場需求，比如生產季節(jié)流行的油漆顏色或進行小批量生產。
航空航天行業(yè)在數字化轉型方面一直處于優(yōu)秀。該行業(yè)產品的市場需求強勁，只有顯著提高生產率才能滿足。這就需要通過提高自動化程度并實現數字化工具和工作流程的端到端集成。依靠西門子數字化企業(yè)解決方案，中小型企業(yè)以及大型企業(yè)已經實現了在這些領域的提升，從而確保其競爭力。日益提高的靈活性使高效制造日趨多樣化的模型成為可能，即使這些模型批量較小。在2018年漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子正通過具體的案例來展示公司在此方面的能力。
1.1 熱電偶的工作原理
熱電偶和熱電阻一樣，都是用來測量溫度的。
熱電偶是將兩種不同金屬或合金金屬焊接起來，構成一個閉合回路，利用溫差電勢原理來測量溫度的，當熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會產生熱電動勢，溫差越大，熱電動勢越大，利用測量熱電動勢這個原理來測量溫度。
結構示意圖如下：
圖1 熱電偶測量結構示意圖
注意：如上圖所示，熱電偶是有正負極性的，所以需要確保這些導線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差
為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；
③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；
④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離；
⑤ 熱電偶對于外界的干擾比較敏感，因此安裝還需要考慮屏蔽的問題。
1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別
| 屬性 | 熱電阻 | 熱電偶 |
| 信號的性質 | 電阻信號 | 電壓信號 |
| 測量范圍 | 低溫檢測 | 高溫檢測 |
| 材料 | 一種金屬材料（溫度敏感變化的金屬材料） | 雙金屬材料在（兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個不同金屬的兩端產生電動勢差） |
| 測量原理 | 電阻隨溫度變化的性質來測量 | 基于熱電效應來測量溫度 |
| 補償方式 | 3線制和4線制接線 | 內部補償和外部補償 |
| 電纜接點要求 | 電阻直接接入可以更精確的避免線路的的損耗 | 要通過補償導線直接接入到模板；或補償導線接到參比接點，然后用銅制導線接到模板 |
表1 熱電偶與熱電阻的比較
2. 熱電偶的類型和可用模板
2.1熱電偶類型
根據使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，以分度號區(qū)分，分度號代表溫度范圍，且代表每種分度號的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓，熱電偶的分度號有主要有以下幾種。
| 分度號 | 溫度范圍(℃) | 兩種金屬材料 |
| B型 | 0~1820 | 鉑銠—鉑銠 |
| C型 | 0~2315 | 鎢3稀土—鎢26 稀土 |
| E型 | -270~1000 | 鎳鉻—銅鎳 |
| J型 | -210~1200 | 鐵—銅鎳 |
| K型 | -270~1372 | 鎳鉻—鎳硅 |
| L型 | -200~900 | 鐵—銅鎳 |
| N型 | -270~1300 | 鎳鉻硅—鎳硅 |
| R型 | -50~1769 | 鉑銠—鉑 |
| S型 | -50~1769 | 鉑銠—鉑 |
| T型 | -270~400 | 銅—銅鎳 |
| U型 | -270~600 | 銅—銅鎳 |
表2 分度號對照表
2.2可用的模板
| CPU類型 | 模板類型 | 支持熱電偶類型 |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0（8點） | E,J,K,L,N |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0（2點） | E,J,K,L,N | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0（8點） | B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0（8點） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0（16點） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
| 6ES7 431-7KF00-0AB0（8點） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
表3 S7 300/400 支持熱電偶的模板及對應熱電偶類型
3. 熱電偶的補償接線
3.1 補償方式
熱電偶測量溫度時要求冷端的溫度保持不變，這樣產生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時冷端的環(huán)境溫度變化，將嚴重影響測量的準確性，所以需要對冷端溫度變化造成的影響采取一定補償的措施。
由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本可以用補償導線延伸冷端到溫度比較穩(wěn)定的控制室內，但補償導線的材質要和熱電偶的導線材質相同。熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度變化造成的影響，補償方式見下表。
| 溫度補償方式 | 說 明 | 接 線 | |
| 內部補償 | 使用模板的內部溫度為參比接點進行補償，再由模板進行處理。 | 直接用補償導線連接熱電偶到模擬量模板輸入端。 | |
| 外部補償 | 補償盒 | 使用補償盒采集并補償參比接點溫度，不需要模板進行處理。 | 可以使用銅質導線連接參比接點和模擬量模板輸入端。 |
| 熱電阻 | 使用熱電阻采集參比接點溫度，再由模板進行處理。 | ||
| 如果參比接點溫度恒定可以不要熱電阻參考 | |||
表4 各類補償方式
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3.2各補償方式接線
3.2.1內部補償
內部補償是在輸入模板的端子上建立參比接點，所以需要將熱電偶直接連接到模板的輸入端，或通過補償導線間接的連接到輸入端。每個通道組必須接相同類型的熱電偶，連接示意圖如下。
| CPU類型 | 支持內部補償模板類型 | 可連接熱電偶個數 |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個（4種類型，同通道組必須相同） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個（1種類型，同通道組必須相同） | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個（8種類型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 多8個（8種類型） |
表5 支持內部補償的模板及可接熱電偶個數
圖2 內部補償接線
注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接補償端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板無。
3.2.2 外部補償—補償盒
補償盒方式是通過補償盒獲取熱電偶的參比接點的溫度，但補償盒必須安裝在熱電偶的參比接點處。
補償盒必須單獨供電，電源模塊必須具有充分的噪聲濾波功能，例如使用接地電纜屏蔽。
補償盒包含一個橋接電路，固定參比接點溫度標定，如果實際溫度與補償溫度有偏差，橋接熱敏電阻會發(fā)生變化，產生正的或者負的補償電壓疊加到測量電勢差信號上，從而達到補償調節(jié)的目的。
補償盒采用參比接點溫度為0℃的補償盒，推薦使用西門子帶集成電源裝置的補償盒，訂貨號如下表。
| 推薦使用的補償盒 | 訂貨號 | ||
| 帶有集成電源裝置的參比端，用于導軌安裝 | M72166-V V V V V | ||
| 輔助電源 | B1 | 230VAC |  |
| B2 | 110VAC | ||
| B3 | 24VAC | ||
| B4 | 24VDC | ||
| 連接到熱電偶 | 1 | L型 | |
| 2 | J型 | ||
| 3 | K型 | ||
| 4 | S型 | ||
| 5 | R型 | ||
| 6 | U型 | ||
| 7 | T型 | ||
| 參考溫度 | 00 | 0℃ | |
表6 西門子參比接點的補償盒訂貨數據
圖3 S7-300模板支持接線方式
圖3 類型：熱電偶通過補償導線連接到參比接點，再用銅質導線連接參比接點和模板的輸入端子構成回路，同時由一個補償盒對模板連接的所有熱電偶進行公共補償，補償盒的9，8端子連接到模板的補償端COMP+(10)和Mana(11)，所以模板的所有通道必須連接同類型的熱電偶。
圖4 S7-400模板支持接線方式
圖4 類型：模板的各個通道單獨連接一個補償盒，補償盒通過熱電偶的補償導線直接連接到模板的輸入端子構成回路，所以模板的每個通道都可以使用模板支持類型的熱電偶，但是每個通道都需要補償盒。
| CPU類型 | 支持外部補償盒補償模板類型 | 可連接熱電偶個數 |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個（同類型） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個（同類型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多8個（類型可不同） |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多16個（類型可不同） |
表7 支持外部補償盒補償的模板及可接熱電偶個數
3.2.3 外部補償—熱電阻
熱電阻方式是通過外接電阻溫度計獲取熱電偶的參比接點的溫度，再由模板處理然后進行溫度補償，同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點處。
圖5 S7-300模板支持方式
圖5類型：參比接點電阻溫度計pt100的四根線接到模板的35，36，37，38端子，對應（M+，M-，I+，I-），可測參比接點出溫度范圍為-25℃到85℃，
圖6 S7-400模板支持方式
圖6類型：參比接點電阻溫度計的四根線接到模板的通道0，占用通道。
以上這兩種方式，參比接點到模板的線可以用銅質導線，由于做公共補償，只能接同類型的熱電偶。
| CPU類型 | 支持熱電阻補償模板類型 | 可連接熱電偶個數 |
| S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個（同類型） |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多6個（同類型） |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多14個（同類型） |
表8 支持熱電阻補償的模板及可接熱電偶個數
3.2.4外部補償—固定溫度
如果外部參比接點的溫度已知且固定，可以通過選擇相應的補償方式由模板內部處理補償，組態(tài)設置詳見下章節(jié)。
| CPU類型 | 支持固定溫度補償模板類型 | 可連接熱電偶個數 | 可設定溫度范圍 |
| S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個（同類型） | 0℃或50℃ |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多8個（同類型） | -27*℃~327.67℃ |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多16個（同類型） | -27*℃~327.67℃ | |
| 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 多8個（同類型） | -27*℃~327.67℃ |
表9支持固定溫度補償的模板及可接熱電偶個數
從上表可以看出，300的模板只支持參比接點的溫度為0℃或50℃兩種，而400的模板支持可變溫度范圍，且范圍大。
3.2.4混合補償—熱電阻和固定溫度補償
另外，除單獨補償方式外，可以使用相同參比接點給多個模板，通過電阻溫度計進行外部補償，S7-400的模板支持這種方式，補償示意圖如下。
圖7 混合外部補償
補償過程：如圖所示，模板2和1 有公共的參比接點，模板1進行外部電阻溫度計補償方式，由CPU讀取RTD的溫度，然后使用系統(tǒng)功能SFC55(WR_PARM)將溫度值寫入到模板2中，模板2選擇固定溫度補償的方式。
SFC55只能對模板的動態(tài)參數進行修改，模擬量輸入模板的靜態(tài)參數（數據記錄0）和動態(tài)參數（數據記錄1）的參數及數據記錄1的結構如下：
| 參數 | 數據記錄號 | 參數分配方式 | |
| SFC55 | STEP7 | ||
| 用于中斷的目標CPU | 0 | 否 | 是 |
| 測量方法 | 0 | 否 | 是 |
| 測量范圍 | 0 | 否 | 是 |
| 診斷 | 0 | 否 | 是 |
| 溫度單位 | 0 | 否 | 是 |
| 溫度系統(tǒng) | 0 | 否 | 是 |
| 噪聲抑制 | 0 | 否 | 是 |
| 濾波 | 0 | 否 | 是 |
| 參比接點 | 0 | 否 | 是 |
| 周期結束中斷 | 0 | 否 | 是 |
| 診斷中斷啟用 | 1 | 是 | 是 |
| 硬件中斷啟用 | 1 | 是 | 是 |
| 參考溫度 | 1 | 是 | 是 |
| 上限 | 1 | 是 | 是 |
| 下限 | 1 | 是 | 是 |
表10 S7-400模擬量輸入模板的參數
圖8 S7-400模擬量輸入模板的數據記錄1的結構
以6ES7 431-7QH00-0AB0 模擬量輸入模板為例，程序塊SFC55調用：
圖9 SFC55系統(tǒng)塊調用
當M0.0上升沿使能時，將寫入的參數從MB100~MB166傳遞到輸入地址為100開始的模板，修改其數據記錄1的參數，同時也將參比接點的溫度也寫入模板的設定位置。
| 參數 | 聲明 | 數據類型 | 描述 |
| REQ | INPUT | BOOL | REQ=1，寫請求，上升沿信號。 |
| IOID | INPUT | BYTE | 地址區(qū)域的標識號：外設輸入=B#16#54； 外設輸出=B#16#55； 外設輸入/輸出混合，如果地址相同，為B#16#54，不同則低地址的區(qū)域ID。 |
| LADDR | INPUT | WORD | 模板的邏輯地址（初始地址），如果混合模板，兩個地址中的較低的一個。 |
| RECNUM | INPUT | BYTE | 數據記錄號，參考模板數據手冊。 |
| RECORD | INPUT | ANY | 需要傳送的數據記錄存放區(qū)。 |
| RET_VAL | OUTPUT | INT | 故障代碼。 |
| BUSY | OUTPUT | BOOL | BUSY=1，寫操作未完成。 |
表11 各參數的說明
4. 熱電偶的信號處理方式
4.1 硬件組態(tài)設置
首先要在硬件組態(tài)選擇與外部補償接線*的measuring type（測量類型），measuring range（測量范圍），reference junction（參比接點類型）和reference temperature（參比接點溫度）的參數，如下各圖所示。
圖10 S7-300模板測量方式示意圖
圖11 S7-300模板測量范圍示意圖
SIMATIC S7-200 SMART 產品亮點
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新穎的信號板設計可擴展通信端口、數字量通道、模擬量通道。在不額外占用電控柜空間的前提下，信號板擴展能更加貼合用戶的實際配置，提升產品的利用率，同時降低用戶的擴展成本。
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配備西門子高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時間可達0.15 μ s，在同級別小型PLC中遙遙優(yōu)秀。一顆強有力的“芯”，能讓您在應對繁瑣的程序邏輯，復雜的工藝要求時表現的從容不迫。
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以太互聯，經濟便捷
CPU模塊本體標配以太網接口，集成了強大的以太網通信功能。一根普通的網線即可將程序下載到PLC中，方便快捷，省去了編輯電纜。通過以太網接口還可與其它CPU模塊、觸摸屏、計算機進行通信，輕松組網。
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三軸脈沖，運動自如
CPU模塊本體多集成3路高速脈沖輸出，頻率高達100kHz,支持PWM/PTO輸出方式以及多種運動模式，可自由設置運動包絡。配以方便易用的向導設置功能，快速實現設備調整、定位等功能。
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通用SD卡，快速更新
本機集成Micro SD卡插槽，使用市面上通用的Micro SD卡即可實現程序的更新和PLC固件升級，極大地方便了客戶工程師對終用戶的服務支持，也省去了因PLC固件升級返廠服務的不便。
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在繼承西門子編程軟件強大功能的基礎上，融入了更多的人性化設計，如新穎的帶狀式菜單、全移動式界面窗口、方便的程序注釋功能、強大的密碼保護等。在體驗強大功能的同時，大幅提高開發(fā)效率，縮短產品上市時間。
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SIMATIC S7-200 SMART 可編程控制器，SIMATIC SMART LINE觸摸屏，SINAMICS V20變頻器和SINAMICS V90伺服驅動系統(tǒng)*整合，為OEM客戶帶來高性價比的小型自動化解決方案，滿足客戶對于人機交互、控制、驅動等功能的*需求。
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