西門子S7-200SMART繼電器CPUST20 西門子S7-200SMART繼電器CPUST20
不同型號CPU輸入/輸出接線
圖1. CPU SR20接線圖
圖2. CPU SR40接線圖、
圖3. CPU CR40接線圖
圖4. CPU ST40接線圖
圖5. CPU SR60接線圖
圖6. CPU ST60接線圖
圖7. 漏型輸入接法 圖8. 源型輸入接法
對于大多數(shù)輸入來講，都是24VDC輸入，其中ST CPU的 I0.0-I0.3 支持 5-24V 輸入，另外ST20/30 的I0.6、I0.7也支持5-24V輸入。如下表所示：
S7-200 SMART的數(shù)字量輸入點內(nèi)部為雙向二級管，可以接成漏型（圖7）或源型（圖8），只要每一組接成一樣就行。
對于數(shù)字量輸入電路來說，關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸入點可以分組接不同的電源，這些電源之間沒有聯(lián)系也可以。
圖9. 源型輸出 圖10. 繼電器輸出
晶體管輸出只能接成源型輸出（圖9），不能接成漏型，即輸出為24V。
繼電器輸出是一組共用一個公共端的干節(jié)點，可以接交流或直流，電壓等級高到220V。例：可以接24V/110V/220V交直流信號。但要保證一組輸出接同樣的電壓（一組共用一個公共端，如1L、2L）。對于弱小信號，如小于 5V 的信號，需要自己驗證其輸出的可靠性。繼電器輸出點（圖10）接直流電源時，公共端接正或負(fù)都可以。
對于數(shù)字量輸出電路來說，關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸出點可以分組接不同的電源，這些電源之間沒有聯(lián)系也可以。
1代表24VDC傳感器電源輸出
1. 同一個模塊的數(shù)字量輸入端可以同時接NPN和PNP兩種信號的設(shè)備嗎？
不可以，因為NPN和PNP兩種類型的信號在DI端形成的回路中對于DI點的電流方向相反，同樣地M點的電流方向也相反，如圖7和圖8，NPN和PNP回路的電流方向不同所示，如果把兩種信號接到一個M端，則M端有兩種電流流向，這是不正確的。因此不能在同一個模塊的DI輸入端同時接NPN和PNP兩種信號的設(shè)備。
2. DO分成晶體管和繼電器兩種類型，它們的區(qū)別是什么？
繼電器的負(fù)載電流比晶體管的大，但是輸出頻率受到機(jī)械裝置的影響不能太快，同時存在機(jī)械壽命的限制。晶體管的負(fù)載電流比繼電器的小，但是輸出頻率快，可以用于高速脈沖輸出，沒有機(jī)械壽命的限制。
3. S7-200 SMART CPU數(shù)字量輸出可以接漏型的設(shè)備嗎？
不可以，S7-200 SMART CPU 本體和擴(kuò)展模塊的DO端都只能接源型24V類型的設(shè)備，即集電極開路的PNP設(shè)備。
4. S7-200 SMART I/O擴(kuò)展模塊DIAG指示燈以紅色閃爍的原因？
對于數(shù)字量擴(kuò)展模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍的原因主要是缺少24V直流供電電源，建議查看CPU的信息來確認(rèn)具體報錯原因，查看CPU信息的方法請見硬件診斷或診斷方法舉例。
I/O擴(kuò)展模塊缺少24V直流供電電源時，所有通道指示燈也以紅色閃爍。建議核對模塊接線圖，尤其是模塊供電端含兩排端子的，確定供電接線是否正確，以EM DR32為例，正確的接線方式如下圖所示。
圖11. EM DR32接線圖
S7-200 SMART 開關(guān)量輸出驅(qū)動感性負(fù)載時，需要配備抑制電路。抑制電路可以限制開關(guān)量輸出斷開時感應(yīng)電壓升高，可保護(hù)輸出，并防止切斷感性負(fù)載時產(chǎn)生的高壓導(dǎo)致CPU損壞或CPU內(nèi)部固件錯誤。
此外，抑制電路還可以限制關(guān)斷感性負(fù)載時產(chǎn)生的電氣噪聲。配備一個外部抑制電路，使其從電路上跨接在負(fù)載兩端并且在位置上接近負(fù)載，這樣對降低電氣噪聲有效。
S7-200 SMART晶體管輸出內(nèi)部回路已經(jīng)包括抑制電路，該電路足以滿足大多數(shù)應(yīng)用中感性負(fù)載的要求。
繼電器輸出觸點由于可用于直流或交流負(fù)載，所以未提供內(nèi)部保護(hù)。
注：給定抑制電路的有效性取決于具體應(yīng)用，必須進(jìn)行驗證其是否適合您的具體應(yīng)用。
開關(guān)直流感性負(fù)載的晶體管或繼電器輸出的典型抑制電路見表1所示：
開關(guān)交流感性負(fù)載的繼電器輸出的典型抑制電路見表2所示：
模擬量類型的模塊有三種：普通模擬量模塊、RTD模塊和TC模塊。
普通模擬量模塊可以采集標(biāo)準(zhǔn)電流和電壓信號。其中，電流包括：0-20mA、4-20mA兩種信號，電壓包括：+/-2.5V、+/-5V、+/-10V三種信號。
注意：
S7-200 SMART CPU普通模擬量通道值范圍是0~27648或-27648~27648。
普通模擬量模塊接線端子分布如下圖1 模擬量模塊接線所示，每個模擬量通道都有兩個接線端。
圖1 模擬量模塊接線
模擬量電流、電壓信號根據(jù)模擬量儀表或設(shè)備線纜個數(shù)分成四線制、三線制、兩線制三種類型，不同類型的信號其接線方式不同。
四線制信號指的是模擬量儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來有4根線。儀表或設(shè)備有單獨的供電電源，除了兩個電源線還有兩個信號線。四線制信號的接線方式如下圖2模擬量電壓/電流四線制接線所示。
圖2 模擬量電壓/電流四線制接線
三線制信號是指儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來有3根線，負(fù)信號線與供電電源M線為公共線。三線制信號的接線方式如下圖3 模擬量電壓/電流三線制接線所示。
圖3 模擬量電壓/電流三線制接線
兩線制信號指的是儀表或設(shè)備上信號線和電源線加起來只有兩個接線端子。由于S7-200 SMART CPU模擬量模塊通道沒有供電功能，儀表或設(shè)備需要外接24V直流電源。兩線制信號的接線方式如下圖4 模擬量電壓/電流兩線制接線所示。
圖4 模擬量電壓/電流兩線制接線
不使用的模擬量通道要將通道的兩個信號端短接，接線方式如下圖5 不使用的通道需要短接所示。
圖5 不使用的通道需要短接
RTD熱電阻溫度傳感器有兩線、三線和四線之分，其中四線傳感器測溫值是準(zhǔn)確的。S7-200 SMART EM RTD模塊支持兩線制、三線制和四線制的RTD傳感器信號，可以測量PT100、PT1000、Ni100、Ni1000、Cu100等常見的RTD溫度傳感器，具體型號請查閱《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊》。
S7-200 SMART EM RTD模塊還可以檢測電阻信號，電阻也有兩線、三線和四線之分。
EM RTD模塊的接線方法如下圖6 傳感器RTD/電阻信號接線所示。
圖6 RTD傳感器/電阻信號接線
熱電偶測量溫度的基本原理是：兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢。
S7-200 SMART EM TC模塊可以測量J、K、T、E、R&S和N型等熱電偶溫度傳感器，具體型號請查閱《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊》。 TC模塊的接線說明參考圖7 TC信號接線。
圖7 TC信號接線
注意：
每個模塊的接線圖請參考《S7-200 SMART 系統(tǒng)手冊》中“技術(shù)規(guī)范”章節(jié)。
1. S7-200 SMART 普通模擬量模塊可以連接4-20mA的信號嗎？
可以，S7-200 SMART CPU模擬量模塊可以檢測0～20mA和4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號；兩種電流信號的接線、在STEP 7-Micro/WIN SMART軟件中的參數(shù)設(shè)置都是一樣的。區(qū)別在于：0～20mA對應(yīng)的通道值量程是0～27648，而4～20mA對應(yīng)的通道值量程是5530～27648。
2. S7-200 SMART RTD模塊可以測量電阻值嗎？
可以，S7-200 SMART RTD模塊大可以測量3000Ω的電阻值。如下圖所示，在"類型"下拉菜單中選擇電阻類型；在"電阻" 下拉菜單中中選擇可測量電阻的大值，如圖 2.31選擇阻值量程范圍所示。
圖1.選擇阻值量程范圍
3. S7-200 SMART RTD和TC模塊如何得到實際溫度值？
把S7-200 SMART EM RTD和TC模塊的通道值除以10就是實際的溫度值。由于RTD和TC模塊的通道值是整數(shù)值，需要把整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)才能在計算后得到帶有小數(shù)位的溫度值。
4. 模擬量模塊分辨率和轉(zhuǎn)換精度的區(qū)別？
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。以下舉例說明10位分辨率和11位分辨率的區(qū)別。S7-200 SMART CPU模擬量0~20mA的通道值范圍為0~27648。如果分辨率為10位，則表示當(dāng)外部電流信號的變化大于0.01953125mA時，模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片才認(rèn)為外部信號有變化。如果分辨率為11位，則表示當(dāng)外部電流信號的變化大于0.009765625mA時，模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片即認(rèn)為外部信號有變化。
圖2.模擬量分辨
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(yīng)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。
表1.模擬量擴(kuò)展模塊基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)
| 模擬量擴(kuò)展模塊型號 | 分辨率 | 精度（25°C/0 到 55°C） | 范圍 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 電壓模式 | 電流模式 | 電壓模式 | 電流模式 | 電壓 | 電流 | |
| EM AE04 | 11位+符號位 | 11位 | 滿量程的 ±0.1%/±0.2% | 滿量程的 ±0.2%/±0.3% | ±10 V、±5 V、±2.5V | 0 - 20 mA |
| EM AQ02 | 10位+符號位 | 10位 | 滿量程的 ±0.5%/±1.0% | 滿量程的 ±0.5%/±1.0% | ±10 V | 0 - 20 mA |
| EM AM06 | 10位+符號位 | 10位 | 滿量程的 ±0.5%/±1.0% | 滿量程的 ±0.5%/±1.0% | ±10 V | 0 - 20 mA |
| SB AQ01 | 11位+符號位 | 11位 | 滿量程的 ±0.5%/±1.0% | 滿量程的 ±0.5%/±1.0% | ±10 V | 0 - 20 mA |
S7-200 SMART I/O擴(kuò)展模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍的原因有兩個，建議查看CPU的信息來確認(rèn)具體報錯原因，查看CPU信息的方法請見硬件診斷或診斷方法舉例。
（1） 模塊缺少24V直流供電電源； I/O擴(kuò)展模塊缺少24V直流供電電源時，所有通道指示燈也以紅色閃爍。建議核對模塊接線圖，尤其是模塊供電端含兩排端子的，確定供電接線是否正確，以EM DR32為例，正確的接線方式如下圖所示。
圖3. EM DR32接線圖
（2） 模擬量模塊上通道斷線或是輸入值超量程。 模擬量模塊上通道斷線或是輸入值超量程，除了會引起模塊的DIAG指示燈以紅色閃爍，斷線或是超量程的通道的指示燈也以紅色閃爍，以提示用戶存在故障通道。
以RTD或TC模塊為例，如果RTD或TC模塊選擇了斷線報警，如圖2.39啟動斷線報警所示。則模塊會檢測每個通道的斷線情況。默認(rèn)情況下，該選項是沒有被激活的。RTD或TC模塊對于沒有使用的通道的處理方法如下：
①RTD模塊：將一個100Ohm的電阻按照與已用通道相同的接線方式連接到空的通道；或者將已經(jīng)接好的那一路熱電阻的所有引線，一一對應(yīng)連接到空的通道上。
②TC模塊：短接未使用的通道，或者并聯(lián)到旁邊的實際接線通道上。 圖2.39 啟動斷線報警 如果不是通道斷線引起的報警，就是輸入值超量程了。默認(rèn)情況下，RTD和TC模塊的通道輸入值超上下限報警是激活的。發(fā)生了該報警，用戶需要判斷引起通道值超量程的原因：是信號問題還是模塊硬件的問題。
圖4.模擬量斷線報警
6. 為什么使用S7-200 SMART模擬量輸入模塊時接收到變動很大的不穩(wěn)定的值？
可能的原因如下：
1.可能模擬量輸入模塊和現(xiàn)場傳感器分別使用了自供電或隔離的電源，而兩個電源沒有彼此連接，即模擬量輸入模塊的電源和現(xiàn)場傳感器的信號地沒有連接；這將會產(chǎn)生一個很高的上下振動的共模電壓，影響模擬量輸入值。
2.另一個原因可能是模擬量輸入模塊接線太長或絕緣不好受到電磁干擾。
可以用如下方法解決：
1.連接現(xiàn)場傳感器的負(fù)端與模塊上的公共M端以補(bǔ)償此波動,如圖1所示：（但要注意，確保這是兩個電源系統(tǒng)之間的**聯(lián)系。）
背景是：
模擬量輸入模塊內(nèi)部是非隔離的；
共模電壓必須小于12V且大于-12V；
對于60Hz干擾信號的共模抑制比為40dB；
圖5. 傳感器信號等電位連接
注意：模塊中未使用的通道直接短接本通道的+、-，已使用的通道將傳感器的負(fù)端與模塊上的公共M端短接 。
2.使用模擬量輸入濾波。
選擇需要濾波的通道；
選擇濾波強(qiáng)度；
圖6. 設(shè)置模擬量輸入濾波
模擬量輸入值的濾波過程會產(chǎn)生穩(wěn)定的模擬信號，通常過濾對于在處理變化緩慢的信號時非常有用，例如溫度測量�？梢詾闉V波分為4個級別(無、弱、中、強(qiáng))�？山M態(tài)模塊在組態(tài)的周期數(shù)內(nèi)平滑模擬量輸入信號，從而將一個平均值傳送給程序邏輯，濾波級別越高，經(jīng)濾波處理的模擬值就越穩(wěn)定，但無法反應(yīng)快速變化的實際信號。
S7-200 SMART模擬量輸入模塊接收到測量值波動時的檢測方法和步驟
當(dāng) S7-200 SMART模擬量輸入模塊接收到測量值波動時，可通過如下圖的步驟進(jìn)行檢查：
圖7. 測量值波動時的檢測方法
注意：
A.上圖中所提到的等電位連接以及不用通道短接請參考本頁圖5。
B.屏蔽層單端接地：是在屏蔽電纜的一端將金屬屏蔽層直接接地，另一端不接地或通過保護(hù)接地。
在屏蔽層單端接地情況下，非接地端的金屬屏蔽層對地之間有感應(yīng)電壓存在，感應(yīng)電壓與電纜的長度成正比，但屏蔽層無電勢環(huán)流通過。單端接地就是利用抑制電勢電位差達(dá)到消除電磁干擾的目的。
