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西門子S7-200SMART繼電器CPUST20 西門子S7-200SMART繼電器CPUST20

S7-200 SMART數(shù)字量I/O接線圖

不同型號(hào)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

數(shù)字量輸入接線

圖7. 漏型輸入接法    圖8. 源型輸入接法

對(duì)于大多數(shù)輸入來(lái)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(diǎn)內(nèi)部為雙向二級(jí)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(duì)于數(shù)字量輸入電路來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸入點(diǎn)可以分組接不同的電源，這些電源之間沒(méi)有聯(lián)系也可以。

數(shù)字量輸出接線

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(gè)公共端的干節(jié)點(diǎn)，可以接交流或直流，電壓等級(jí)高到220V。例：可以接24V/110V/220V交直流信號(hào)。但要保證一組輸出接同樣的電壓（一組共用一個(gè)公共端，如1L、2L）。對(duì)于弱小信號(hào)，如小于 5V 的信號(hào)，需要自己驗(yàn)證其輸出的可靠性。繼電器輸出點(diǎn)（圖10）接直流電源時(shí)，公共端接正或負(fù)都可以。

對(duì)于數(shù)字量輸出電路來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是構(gòu)成電流回路。輸出點(diǎn)可以分組接不同的電源，這些電源之間沒(méi)有聯(lián)系也可以。

1代表24VDC傳感器電源輸出

常問(wèn)問(wèn)題

1. 同一個(gè)模塊的數(shù)字量輸入端可以同時(shí)接NPN和PNP兩種信號(hào)的設(shè)備嗎？

不可以，因?yàn)镹PN和PNP兩種類型的信號(hào)在DI端形成的回路中對(duì)于DI點(diǎn)的電流方向相反，同樣地M點(diǎn)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(hào)接到一個(gè)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(gè)模塊的DI輸入端同時(shí)接NPN和PNP兩種信號(hào)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(shí)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(méi)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(kāi)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(duì)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(lái)確認(rèn)具體報(bào)錯(cuò)原因，查看CPU信息的方法請(qǐng)見(jiàn)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(shí)，所有通道指示燈也以紅色閃爍。建議核對(duì)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(kāi)關(guān)量輸出的典型抑制電路

S7-200 SMART 開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，需要配備抑制電路。抑制電路可以限制開(kāi)關(guān)量輸出斷開(kāi)時(shí)感應(yīng)電壓升高，可保護(hù)輸出，并防止切斷感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的高壓導(dǎo)致CPU損壞或CPU內(nèi)部固件錯(cuò)誤。
此外，抑制電路還可以限制關(guān)斷感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的電氣噪聲。配備一個(gè)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(duì)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(diǎn)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(yàn)證其是否適合您的具體應(yīng)用。

開(kāi)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(jiàn)表1所示：

開(kāi)關(guān)交流感性負(fù)載的繼電器輸出的典型抑制電路見(jiàn)表2所示：

S7-200 SMART 模擬量模塊接線圖

1.普通模擬量模塊接線

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(hào)。其中，電流包括：0-20mA、4-20mA兩種信號(hào)，電壓包括：+/-2.5V、+/-5V、+/-10V三種信號(hào)。
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(gè)模擬量通道都有兩個(gè)接線端。

圖1 模擬量模塊接線

模擬量電流、電壓信號(hào)根據(jù)模擬量?jī)x表或設(shè)備線纜個(gè)數(shù)分成四線制、三線制、兩線制三種類型，不同類型的信號(hào)其接線方式不同。

四線制信號(hào)指的是模擬量?jī)x表或設(shè)備上信號(hào)線和電源線加起來(lái)有4根線。儀表或設(shè)備有單獨(dú)的供電電源，除了兩個(gè)電源線還有兩個(gè)信號(hào)線。四線制信號(hào)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(hào)是指儀表或設(shè)備上信號(hào)線和電源線加起來(lái)有3根線，負(fù)信號(hào)線與供電電源M線為公共線。三線制信號(hào)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(hào)指的是儀表或設(shè)備上信號(hào)線和電源線加起來(lái)只有兩個(gè)接線端子。由于S7-200 SMART CPU模擬量模塊通道沒(méi)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(hào)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(gè)信號(hào)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

2. RTD模塊接線

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(cè)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(hào)，可以測(cè)量PT100、PT1000、Ni100、Ni1000、Cu100等常見(jiàn)的RTD溫度傳感器，具體型號(hào)請(qǐng)查閱《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊(cè)》。
S7-200 SMART EM RTD模塊還可以檢測(cè)電阻信號(hào)，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(hào)接線所示。

圖6 RTD傳感器/電阻信號(hào)接線

3. TC模塊接線

熱電偶測(cè)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(shí)回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)。

S7-200 SMART EM TC模塊可以測(cè)量J、K、T、E、R&S和N型等熱電偶溫度傳感器，具體型號(hào)請(qǐng)查閱《S7-200 SMART系統(tǒng)手冊(cè)》。 TC模塊的接線說(shuō)明參考圖7 TC信號(hào)接線。

圖7 TC信號(hào)接線

注意：
每個(gè)模塊的接線圖請(qǐng)參考《S7-200 SMART 系統(tǒng)手冊(cè)》中“技術(shù)規(guī)范”章節(jié)。

模擬量常問(wèn)問(wèn)題

1. S7-200 SMART 普通模擬量模塊可以連接4-20mA的信號(hào)嗎？

可以，S7-200 SMART CPU模擬量模塊可以檢測(cè)0～20mA和4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)；兩種電流信號(hào)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(duì)應(yīng)的通道值量程是0～27648，而4～20mA對(duì)應(yīng)的通道值量程是5530～27648。

2. S7-200 SMART RTD模塊可以測(cè)量電阻值嗎？

可以，S7-200 SMART RTD模塊大可以測(cè)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(cè)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(shí)際溫度值？
把S7-200 SMART EM RTD和TC模塊的通道值除以10就是實(shí)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(diǎn)數(shù)才能在計(jì)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(lái)表示模擬量。以下舉例說(shuō)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(hào)的變化大于0.01953125mA時(shí)，模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片才認(rèn)為外部信號(hào)有變化。如果分辨率為11位，則表示當(dāng)外部電流信號(hào)的變化大于0.009765625mA時(shí)，模擬量A/D轉(zhuǎn)換芯片即認(rèn)為外部信號(hào)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(shí)際應(yīng)用中，輸入的模擬量信號(hào)會(huì)有波動(dòng)、噪聲和干擾，內(nèi)部模擬電路也會(huì)產(chǎn)生噪聲、漂移，這些都會(huì)對(duì)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)

5. S7-200 SMART I/O擴(kuò)展模塊DIAG指示燈以紅色閃爍的原因？

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(gè)，建議查看CPU的信息來(lái)確認(rèn)具體報(bào)錯(cuò)原因，查看CPU信息的方法請(qǐng)見(jiàn)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(shí)，所有通道指示燈也以紅色閃爍。建議核對(duì)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(huì)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(bào)警，如圖2.39啟動(dòng)斷線報(bào)警所示。則模塊會(huì)檢測(cè)每個(gè)通道的斷線情況。默認(rèn)情況下，該選項(xiàng)是沒(méi)有被激活的。RTD或TC模塊對(duì)于沒(méi)有使用的通道的處理方法如下：

①RTD模塊：將一個(gè)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(duì)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(shí)際接線通道上。 圖2.39 啟動(dòng)斷線報(bào)警 如果不是通道斷線引起的報(bào)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(bào)警是激活的。發(fā)生了該報(bào)警，用戶需要判斷引起通道值超量程的原因：是信號(hào)問(wèn)題還是模塊硬件的問(wèn)題。

圖4.模擬量斷線報(bào)警

6. 為什么使用S7-200 SMART模擬量輸入模塊時(shí)接收到變動(dòng)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(chǎng)傳感器分別使用了自供電或隔離的電源，而兩個(gè)電源沒(méi)有彼此連接，即模擬量輸入模塊的電源和現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)地沒(méi)有連接；這將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的上下振動(dòng)的共模電壓，影響模擬量輸入值。

2.另一個(gè)原因可能是模擬量輸入模塊接線太長(zhǎng)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(chǎng)傳感器的負(fù)端與模塊上的公共M端以補(bǔ)償此波動(dòng),如圖1所示：（但要注意，確保這是兩個(gè)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(duì)于60Hz干擾信號(hào)的共模抑制比為40dB；

圖5. 傳感器信號(hào)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(guò)程會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的模擬信號(hào)，通常過(guò)濾對(duì)于在處理變化緩慢的信號(hào)時(shí)非常有用，例如溫度測(cè)量�？梢詾闉V波分為4個(gè)級(jí)別(無(wú)、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(hào)，從而將一個(gè)平均值傳送給程序邏輯，濾波級(jí)別越高，經(jīng)濾波處理的模擬值就越穩(wěn)定，但無(wú)法反應(yīng)快速變化的實(shí)際信號(hào)。

S7-200 SMART模擬量輸入模塊接收到測(cè)量值波動(dòng)時(shí)的檢測(cè)方法和步驟
當(dāng) S7-200 SMART模擬量輸入模塊接收到測(cè)量值波動(dòng)時(shí)，可通過(guò)如下圖的步驟進(jìn)行檢查：

圖7. 測(cè)量值波動(dòng)時(shí)的檢測(cè)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(qǐng)參考本頁(yè)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(guò)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(duì)地之間有感應(yīng)電壓存在，感應(yīng)電壓與電纜的長(zhǎng)度成正比，但屏蔽層無(wú)電勢(shì)環(huán)流通過(guò)。單端接地就是利用抑制電勢(shì)電位差達(dá)到消除電磁干擾的目的。