1、确定基准电位点很重要近期有学员后台咨询关于模拟量模块的问题,反映在现场的s7-300模拟量模块读数不变化,怎么弄都读数是32767。尽管模拟量模块大家都很熟悉,但是类似的问题还经常有用户反应。为此小编特意咨询了老师,老师将自己的经验归纳总结一下。
关于读不出值的问题,如果总是32767没有变化,其实值已经有了,只不过是超量程了。如果值为0,那就要注意模拟量是否有问题了,使用万用表测量现场信号并没有超限。为什么会出现这两种现象呢?这是因为选择的参考电位不同,例如,现场过来的信号为5v,那首先要问一下,基准点是几伏?10~15是5v,-10~-5同样也是5v,如果测量端基准点是0v,那么测量就会有问题,所以一定要保证两端等电位。模拟量模块的基准电位点就是mana,所有的接线都与之有关。
2、隔离与非隔离问题系列这里的隔离是指模拟量模块的基准电位点mana 与地(也是plc的数据地)隔离。隔离模块mana 与地m可以不连接,以mana作为测量端的参考电位;非隔离模块mana 与地m必须连接, 这样地m变为mana作为测量端的参考电位。隔离模块的好处就是可以避免共模干扰。如何知道模块是否是隔离模块,例如sm331模块,可以从模板规范中查到。s7-300中只有一款sm334(sm355除外)模块是非隔离的,此外cpu31xc集成的模拟量也是非隔离的,共同特点就是模块的输出和输入公用m端。
同样传感器也有隔离与非隔离的问题。通常非隔离的传感器电源的负端与信号的负端公用一个端子,例如传感器有三个端子 l, m和s+,通过l,m端子向传感器供电,s+,m为信号的输出,公用m端。判断传感器是否隔离**还是参考手册。隔离传感器信号负端与地m可以不连接,以信号负端作为信号源端的参考电位。非隔离传感器信号负端必须在源端(设备端)接地,以源端地作为信号的参考电位。
下面就是如何保证测量端与信号源端等电位接线的问题。在下面建议的连接图中所用的缩写词和助记符含义如下:
m +:测量导线(正)m -:测量导线(负)mana:模拟量模块基准电位点这里需要注意mana ,不同的接线方式都是以mana 为参考基准电位。m:接地端子l +:24 vdc电源端子ucm:mana与模拟量输入通道之间或模拟量输入通道之间的电位差ucm共模电压,有两种:1)不同输入信号负端的电位差,例如一个输入信号为3v,另一个输入信号也为3v,但是它们的基准点电位可能不同,可能是1~4v或3~6v,那么它们之间的共模电压为2v。2)输入信号负端与mana的电位差。模块的ucm 是造成模拟量值超上限的主要原因。不同模块ucm 的*大值不同。uiso:mana和cpu的m端子之间的电位差
3、使用隔离的模拟量模块连接隔离的传感器
隔离传感器与隔离模拟量信号连接图如图1所示:
图1 连接隔离的传感器至隔离的模拟量输入模块
这种方式*简单,都与地隔离,都不需要接地,但是输入信号(传感器)负端与mana电压超过ucm*大限制,例如sm331(6es7331-7kf02-0ab0)为2.5 vdc,就需要短接信号负端与mana,否则会出现超上限问题。现场可以查看一下,几乎所有超上限问题都是没有连接信号负端与mana 。如果uiso 超过限制,例如75vdc,就需要连接信号负端、mana端以及接地端m,这时模块以大地m端为参考电位,实际变为非隔离使用了,这种情况很少见。
有的模块通道组间都是隔离的,没有mana,例如模块6es7331-7nf10-0ab0,接线如图2所示:
这时每一个通道组(每组2通道)的m-就是mana ,输入通道组间ucm *大维以达到75vdc。
都隔离的情况下连接信号负端与mana端就可以了(2线制和电阻测量除外)。手册每个模块接线图中mana都是建议接地的,我认为这是在接地良好、不会产生共模电压(例如单端接地)的情况下。
4、使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器
这回我来讲讲使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器的情况,模块的mana与地m不隔离,这样必须连接mana与地m,模拟量的参考点电位变成地m,典型接线如图3所示:
非隔离的模块都要求连接连接mana与地m,例如模块sm334(6es7334-0ce01-0aa0),在提示中强调必须连接,下面为引用手册的提示部分。
5、使用隔离的模拟量模块连接非隔离的传感器传感器不隔离,那么信号源端以传感器本地的地为基准点电位。模块是隔离的,以mana点为测量基准电位。典型接线如图4所示:
从图4可以看到,非隔离的传感器信号负端在源端接地,但是如果连接多个非隔离的传感器并且分布在不同的地方(不同的接地点),这种情况下就比较麻烦。各个传感器信号的负端会有共模电压ucm,为了消除ucm,将各个信号的负端在源端使用短而粗的导线进行等电位连接,由于模块的mana和信号源端的地可能存在电位差,还要将mana与源端的地进行等电位连接。在这里不能在模块处进行短接,否则不能消除ucm。
如果工厂接地不好,**还是使用隔离的传感器。
6、使用非隔离的模拟量模块连接非隔离的传感器
如果使用非隔离的模拟量连接非隔离的传感器,那么一定将所有的点接地并进行等电位处理。典型接线如图5所示,
从图5可以看到,按照隔离与非隔离的要求,模块不隔离,必须连接mana与地m,传感器不隔离则需要连接信号负端到本地的地,这样一边以信号源的地作为基准点,一边以模块的地m作为基准点,为了消除两者之间的电位差(共模电压ucm),需要使用足够粗的导线进行等电位连接。
如果整个工厂有等电位的接地网,使用非隔离的仪表和模块就比较简单,只需要连接mana到本地的地m即可,因为每个点都等电位。往往事与愿违,由于非隔离的仪表价格便宜,越是使用这样仪表的地方,地通常打得都不会好,就更别提接地网和等电位连接了。不采取措施肯定有问题,必须保证等电位。使用万用表可以测量,那是因为万用表与地是隔离的,*大的共模电压ucm也可能不同 ,与模块不在相同的条件下。建议使用隔离的传感器和模块。
讲了一系列的接线方式,*终的结论就是模拟量接线的几种方式都集中在一点上,就是信号源端与测量端一定要等电位。
讲到这里要再扩展一下,利用这个原则同样也可以解决数字量接线问题。下面是在现场遇见的一个问题,如图6所示,cpu与i/o的供电分开,i/o是一个非隔离模块,当现场给出信号,但是i/o模块的输入灯没有点亮,在cpu中也不能读出,使用万用表测量,在端子上有24v电压。模块没有问题,将两个电源ps的m端短接,就可以检测到输入信号,这也是由于参考点电位不同造成的。希望一点小小的提示可以帮助大家解决现场模拟量接线的问题。
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