Новый в коробке SIEMENS 6ES7331-7KF02-0AB0 PLC 6ES7 3317KF020AB0 6ES7331-7KFO2-OABO

Siemens 6ES7331-7KF02-0AB0∙ SIMATIC S7-300 SM 331 Аналоговый входный модуль 8 изолированных каналов, 9/12/14-битный выбираемый, напряжение / ток / термопары / RTD, диагностика, 20-полюсный

Обзор

ВSiemens 6ES7331-7KF02-0AB0является одним из самых универсальных и широко используемых аналоговых входных модулей в портфеле SIMATIC S7-300.

SM 331 AI 8×12Bit делает то, чего не делают большинство аналоговых входных модулей на рынке: он обрабатывает четыре совершенно разных категории сигналов: напряжение, ток, термопары,и сопротивление/РТД на том же модуле, причем каждая группа каналов может быть самостоятельно сконфигурирована с помощью параметров STEP 7.

Один модуль шириной 40 мм в стойке S7-300 может одновременно считывать передатчики давления на 4 ‰ 20 мА на каналах 1 и 2, потокомер на 0 ‰ 10 В на канале 3,датчики температуры термопары на каналах 5?? 6, и Pt100 RTD температурные элементы на каналах 7 ̊8. без дополнительных аппаратных адаптеров, без отдельных специализированных модулей,отсутствие сложных устройств проводки, просто настройка параметров группы каналов для соответствия типам полевых приборов.

Эта возможность использования нескольких типов является прямым следствием интегрирующей архитектуры модуля ADC в сочетании с программируемой кондиционированием сигнала фронта.

Тип измерения каждого входного канала определяется в программном обеспечении (кадрная конфигурация СТП 7), и модуль соответствующим образом регулирует свой внутренний входный импеданс, масштабирование и алгоритм конверсии.

Канала термопары применяют соответствующую нелинейную кривую линеаризации (коррекция коэффициента Seebeck) для преобразования милливольтового сигнала в инженерную температурную единицу;В каналах НИОКР применяется либо уравнение Каллендара-Ван Дусена для линеаризации Pt100, либо соответствующий полином для Ni100, автоматически учитывая нелинейную связь сопротивления и температуры.

The programmer reads standard 16-bit integers from the module's process image — already scaled to degrees Celsius or the configured engineering unit — without implementing any signal processing in the user programme.

Основные характеристики

Разрешение против скорости преобразования 9/12/14-битный компромисс

Разрешение SM 331 не является фиксированной спецификацией, это программируемый параметр, который определяет скорость преобразования для каждой пары каналов.

Принцип интеграции ADC означает, что более длительное время интеграции приводит к более точным конверсиям (с более высоким разрешением), в то время как более короткое время интеграции жертвует разрешением для более быстрых обновлений.Понимание этого компромисса имеет важное значение для правильной настройки модуля:

9-битная (2,5 мс интеграция):Наиболее быстрая настройка полезна, когда динамика процесса быстрая, а точность измерений второстепенна.

Разрешение 9 бит (512 шагов по всему диапазону ввода) дает разрешение около 20 мВ на входе ± 5 В, что грубо по стандартам управления процессом.

Применение этой установки необычно при измерении процесса в устойчивом состоянии, но может применяться к сценариям управления машиной с быстрым циклом, где приблизительное аналогичное значение быстро обновляется.

12-битная интеграция (16,67 мс или 20 мс):Стандартная настройка для большинства приложений управления процессом, коррелирующая с отказом от шума на частоте 50 Hz и 60 Hz соответственно.

Разрешение 12 бит (4096 шагов) дает разрешение примерно 2,5 мВ на входе ± 5 В более чем достаточно для точности ± 0,5%, типичной для циклов тока 4 20 мА и промышленных передатчиков.

Отторжение шума при интеграции 50 Гц или 60 Гц имеет решающее значение: эти частоты являются именно помехами в точном токе, которые соединяются с проводами полевых приборов,и интеграция в течение одного цикла электрической сети отменяет компонент переменного тока в результате ADC.

14-битная (100 мс интеграция):Самое высокое разрешение, коррелирующее с отклонением шума на 10 Гц.

14-битный режим (16384 шага, приблизительно 0.6mV разрешение на ± 5V) используется для измерений термопары и RTD, где уровни сигнала милливольт и точность измерения теплового дрейфа имеет большее значение, чем скорость обновления.

Температурные процессы меняются достаточно медленно, что время преобразования в 100 мс вполне приемлемо.

Оптическая изоляция ∙ Почему она важна в промышленной среде

Оптическая изоляция SM 331 между полевыми схемами и задней плоскостью S7-300 не является маркетинговой особенностью, это инженерная необходимость во многих средах установки.сигнал возвращения каждого полевого прибора (0V ссылка) подключен к заземлению PLC через входную проводку модуля.

В больших установках, где полевые приборы распределены по всему этажу завода,Различные точки заземления могут находиться при разных потенциалах из-за заземления петлей , кабельные щиты и строительная сталь.

Эти различия наземного потенциала появляются как напряжения общего режима на дифференциальном входе аналогового модуля и искажают измерение.

Оптическая изоляция прерывает этот путь напряжения общего режима: полевой сигнал пересекает проволоку поля в цифровую электронику через световой барьер, без проводящего соединения.

Напряжения общего режима до номинальной изоляции (250 В) между полевой цепью и задней плоскостью ПЛК блокируются оптическим барьером и не влияют на измерение.

В установках с приводами переменной частоты, стартерами двигателей и полевыми устройствами, соединенными с трансформаторами, на общей кабельной инфраструктуре оптическая изоляция является разницей между стабильной,точные измерения и необъяснимое смещение аналоговых значений и шум.

Ввод термопары ∙ Линеаризация и компенсация холодного соединения

Измерение термопары вводит две проблемы, которые SM 331 решает внутренне.269mV при 1000°C, но только 200,644 мВ при 500°C, а не 20,635 мВ, как предполагает чисто линейная модель.

SM 331 применяет соответствующую таблицу линеаризации ITS-90 для каждого конфигурированного типа термопары (E, J, K, L, N),преобразование необработанного милливольтного показания непосредственно в температуру без необходимости программирования в пользовательском коде S7-300.

Во-вторых, измерения термопары требуют компенсации холодного соединения:напряжение Seebeck соответствует температурной разнице между горячим соединением (в точке измерения процесса) и холодным соединением (где провода термопары соединяется с прибором).

SM 331 измеряет температуру на своих терминалах (холодный узел) с помощью внутреннего датчика температуры,и добавляет эту компенсацию к измеренному напряжению Seebeck, чтобы получить абсолютную температуру горячего соединения.

Эта внутренняя компенсация является точной, когда SM 331 находится при равномерной, известной температуре в хорошо управляемом шкафу управления при 20-40 °C окружающей среды.Внутренняя компенсация достаточна для большинства требований к контролю процессов..

Для лабораторной точности внешняя коробка компенсации холодного соединения обеспечивает измерение температуры ссылки на точку окончания провода.

Мониторинговые и диагностические возможности

SM 331 обеспечивает активное наблюдение за разрывом провода на конфигурированных каналах.неисправный передатчик, или без питания ∙ модуль обнаруживает это состояние и генерирует диагностическое прерывание.

При входе термопары модуль применяет небольшой ток смещения и отслеживает импеданс ввода, если обнаружена и сообщается открытая термопару (разбитый провод или неисправный соединение).

Для входов напряжения обнаружение разрыва провода не имеет смысла (плавающий вход напряжения открытой схемы отчитывает неопределенное значение, а не конкретный индикатор неисправности).

Данная диагностика передается с помощью диагностического механизма прерывания S7-300: при обнаружении перерыва провода SM 331 запускает прерывание, которое активирует OB82 в программе процессора S7-300.

Организационный блок OB82 получает диагностическую информацию, включая номер канала и тип отказа, и программист может записать OB82 для генерации тревоги, регистрировать событие,или заменить безопасное запасное значение неисправного канала в контрольной программе.

This automatic fault notification is far more robust than polling each channel for out-of-range values — it provides immediate notification regardless of the CPU's scan cycle and ensures no fault event goes unnoticed even during periods of high CPU load.

Частые вопросы

Вопрос 1: Сколько каналов могут быть одновременно активными, и могут ли разные пары каналов использовать разные типы измерений на одном и том же модуле?

Все восемь каналов могут быть активны одновременно SM 331 преобразует все включенные каналы циклически, а не один за другим в выбираемом режиме.2 ¢3, 4?5, 6?7), и все каналы в паре должны быть сконфигурированы с одинаковым типом измерения и разрешением.

Это означает, что у вас могут быть: каналы 0 ′′1 настроенные для 4 ′′20mA тока (12-битный), каналы 2 ′′3 для ± 10В напряжения (12-битный), каналы 4 ′′5 для термопары типа K (14-битный),и каналы 6 ¢ 7 для Pt100 RTD (14-битный) ¢ все работающие одновременно на одном и том же модуле.

Единственное ограничение заключается в паре группировки обе каналы в паре имеют одинаковую конфигурацию.один модуль обрабатывает большую часть разнообразия сигнала, которое обычно представляет собой установка технологической установки.

Вопрос 2: Как интегрирующий принцип преобразования достигает подавления помех, и какое время интеграции следует выбрать для систем питания 50 Гц против систем 60 Гц?

Интегрирующий (двойной наклонный) ADC работает путем зарядки конденсатора входным сигналом в течение фиксированного интервала времени (время интеграции),затем измеряя, сколько времени требуется, чтобы разрядить конденсатор на эталонной скорости.

Any AC interference signal that completes exactly an integer number of cycles during the integration time contributes zero net charge to the capacitor — its positive half-cycles are cancelled by its negative half-cycles.

Это называется синхронным подавлением помех. Для 50 Гц переменного тока (распространенного в Европе, Азии, Австралии), выбор времени интеграции 20 мс обеспечивает точное интегрирование одного полного цикла 50 Гц,отмена помех частоты сети.

Для 60 Гц переменного тока (Северная Америка, части Азии и Южной Америки) выбор 16,67 мс обеспечивает интеграцию одного полного цикла 60 Гц.

Выбор неправильного времени интеграции для локальной сетевой частоты приводит к значительному снижению отклонения шума.

Настройка 50 Гц является наиболее распространенной в мире; 60 Гц должны быть четко определены для североамериканских установок.

Настройка 400 Гц (2,5 мс) не обеспечивает значительного подавления сети и предназначена для высокоскоростных динамических измерений, а не для переменных процесса равновесного состояния.

Вопрос 3: Какова максимальная длина кабеля для термопары и соединений 4 ≈ 20 мА с SM 331 и какой тип кабеля рекомендуется?

для термопаров,кабель - это провода для расширения термопары или компенсационный кабель с специальными проводниками из того же сплава (или термоэлектрически эквивалентного сплава), что и сама термопара.

Standard copper cable cannot be used for thermocouple connections because any copper junction in the thermocouple circuit creates an additional thermoelectric junction that introduces measurement error.

Кабель расширения термопары должен быть защищен от электромагнитных помех, а щит должен быть заземлен только в одном конце (обычно в конце SM 331), чтобы избежать создания петлей заземления.

Максимальная длина кабеля для термопарных соединений обычно ограничивается сопротивлением кабеля. SM 331 принимает сопротивления источника до нескольких килограммов без значительного снижения точности..

Для петлей с током 4 ′ 20 мА петля работает по принципу, что величина тока независима от сопротивления кабеля до предела напряжения соответствия петли.Стандартный защищенный кабель инструмента с скрученной парой (Belden 8760 или эквивалентный) на 18 22 AWG типичен.

Кружка может работать на сотнях метров кабеля без деградации сигнала, при условии, что общее сопротивление цепи находится в пределах спецификации напряжения соответствия передатчика.

Q4: Как SM 331 сконфигурирован в STEP 7, и есть ли аппаратные прерывания для нарушения лимита на этом модуле?

SM 331 настраивается в инструменте HW Config (Hardware Configuration) STEP 7 путем выбора модуля из каталога оборудования и открытия диалога параметров.

Параметры конфигурации включают: активацию/деактивацию канала для каждого канала, тип измерения (напряжение, ток, тип термопары, тип RTD) на канала пару,Время интеграции/разрешение на пару каналов, диагностическое прерывание (мониторинг прерывания провода) и прерывание процесса с настраиваемыми верхними и нижними предельными значениями на канал.

Когда прерывания процесса включены и измеренное значение превышает установленный предел, SM 331 генерирует аппаратное прерывание, которое запускает OB40 в процессоре.OB40 получает номер канала и статус переполнения/недополнения, что позволяет программисту немедленно реагировать на ограничивающие процессы события без опроса.

Как диагностическое прерывание (OB82, для разрыва провода и неисправности оборудования), так и прерывание процесса (OB40,для нарушения предельного значения) должны быть запрограммированы в приложении S7-300 если OB40 или OB82 отсутствуют в программе, процессор переходит на STOP при прерывании от SM 331, потому что необработанные прерывания рассматриваются как фатальные ошибки в системе S7-300.

Вопрос 5: В чем разница между SM 331 7KF02-0AB0 и более простым SM 331 1KF00-0AB0, и как инженер должен выбирать между ними?

Эти два модуля имеют одинаковое количество каналов (8) и одинаковый физический форм-фактор (20-полюсный стандартный слот S7-300), но существенно отличаются по возможностям и стоимости.

6ES7331-1KF00-0AB0 - это неизолированный, недорогой 8-канальный аналоговый входный модуль ∙ он не обеспечивает оптическую изоляцию между полевыми схемами и фоновой плоскостью,ограничение его использования установками, где все полевые приборы имеют общую ссылку на землю с ПЛК и где проблемы с наземной цепью не являются проблемой.

Он поддерживает измерение напряжения и тока, но не термопары или RTD входные данные.

6ES7331-7KF02-0AB0 (этот модуль) обеспечивает полную оптическую изоляцию, выбираемое разрешение (9/12/14 бит) и полное покрытие напряжения, тока, термопары (E, J, K, L,N с аппаратной линеаризацией)Дополнительная мощность приходит с более высокой стоимостью ∙ 7KF02 примерно в два раза дороже 1KF00 в нормальных рыночных условиях.

Принцип выбора заключается в следующем: использовать 1KF00 для затратно-чувствительных приложений, где все сигналы являются напряжением или током, среда установки электрически чистая,Изоляция земной цепи не требуется..

Использовать 7KF02, когда присутствуют термопары или входы RTD, когда установка включает в себя приводы с переменной частотой, большие двигатели или другие источники EMI,когда полевые приборы распределены по всей установке с различными точками заземления, или когда применение измерений требует максимальной точности, которую обеспечивает 14-битное разрешение.