Nowe w pudełku SIEMENS 6ES7331-7KF02-0AB0 PLC 6ES7 3317KF020AB0 6ES7331-7KFO2-OABO

Siemens 6ES7331-7KF02-0AB0∙ SIMATIC S7-300 SM 331 Analogiczny moduł wejściowy 8 kanałów izolowanych, 9/12/14 bitów, napięcie / prąd / termopar / RTD, diagnostyka, 20-polarny

Przegląd

W sprawieSiemens 6ES7331-7KF02-0AB0jest jednym z najbardziej wszechstronnych i szeroko stosowanych modułów wejściowych analogowych w portfolio SIMATIC S7-300.

SM 331 AI 8×12Bit wykonuje coś, czego większość analogowych modułów wejściowych na rynku nie robi: obsługuje cztery zupełnie różne kategorie sygnałów:i rezystancji/RTD na tym samym moduł, przy czym każda grupa kanałów jest niezależnie konfigurowalna za pomocą parametrów STEP 7.

Jeden moduł o szerokości 40 mm umieszczony w stojaku S7-300 może jednocześnie odczytywać nadajniki ciśnienia o napięciu 420 mA na kanałach 1 i 2, przepływomierz o napięciu 010 V na kanale 3,czujniki temperatury termoparów na kanałach 5 ̇ 6, oraz Pt100 elementy temperatury RTD na kanałach 7 ̊8. bez dodatkowych adapterów sprzętowych, bez oddzielnych modułów specjalistycznych,brak skomplikowanych układów okablowania tylko konfigurowanie parametrów grupy kanałów w celu dopasowania do typów przyrządów terenowych.

Ta możliwość wielotypów jest bezpośrednią konsekwencją zintegrowanej architektury ADC modułu w połączeniu z programowalnym wstępnym klimatyzacją sygnału.

Typ pomiaru każdego kanału wejściowego jest zdefiniowany w oprogramowaniu (konfiguracja sprzętowa STEP 7), a moduł odpowiednio dostosowuje wewnętrzną impedancję wejścia, skalowanie i algorytm konwersji.

kanały termoparów stosują odpowiednią nieliniową krzywą linearyzacji (korekta współczynnika Seebecka) do konwersji sygnału miliwoltowego na jednostkę temperatury inżynieryjnej;Kanały RTD stosują dla linearyzacji Pt100 równanie Callendar-Van Dusen lub odpowiedni wielomian dla Ni100, automatycznie uwzględniając nieliniowy stosunek temperatury do oporu.

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.

Główne specyfikacje

Rozdzielczość vs. Prędkość konwersji

Rozdzielczość SM 331 nie jest specyfikacją stałą, ale parametrem programowalnym, który określa prędkość konwersji dla każdej pary kanałów.

Zasada integracji ADC oznacza, że dłuższy czas integracji powoduje dokładniejsze (wyższej rozdzielczości) konwersje, podczas gdy krótszy czas integracji poświęca rozdzielczość dla szybszych aktualizacji.Zrozumienie tego kompromisu jest niezbędne do prawidłowej konfiguracji modułu:

9 bitów (2,5 ms integracji):Największa prędkość ustawienia jest użyteczna, gdy dynamika procesu jest szybka, a dokładność pomiaru jest drugorzędna.

9-bitowa rozdzielczość (512 kroków w całym zakresie wejścia) daje około 20 mV rozdzielczości na wejściu ± 5 V, co jest grube według standardów sterowania procesem.

Zastosowanie tego ustawienia jest niezwykłe w pomiarach procesu w stanie stacjonarnym, ale może mieć zastosowanie do scenariuszy sterowania maszynami o szybkim cyklu, w których przybliżona wartość analogowa jest szybko aktualizowana.

12-bitowe (16,67 ms lub integracja 20 ms):Standardowe ustawienie dla większości zastosowań sterowania procesami, odnoszące się odpowiednio do odrzucenia hałasu w częstotliwości 50 Hz i 60 Hz.

12-bitowa rozdzielczość (4096 kroków) daje rozdzielczość około 2,5 mV na wejściu ±5 V więcej niż odpowiednia dla dokładności ± 0,5% typowej dla pętli prądu 4 20 mA i przemysłowych nadajników.

Odparcie hałasu przy integracji 50Hz lub 60Hz jest kluczowe: te częstotliwości są dokładnie zakłóceniami sieci prądu przemiennego, które łączą się z okablowaniem przyrządów polowych,i integracja w ciągu dokładnie jednego cyklu sieciowego anuluje komponent AC w wyniku ADC.

14-bitowa integracja (100 ms):Najwyższa rozdzielczość, korelująca z odrzuceniem hałasu 10 Hz.

Tryb 14-bitowy (16384 kroki, około 0.6mV rozdzielczość ±5V) jest stosowana do pomiarów termopary i RTD, w których poziomy sygnału są milivoltami, a dokładność pomiaru dryfu cieplnego ma większe znaczenie niż prędkość aktualizacji.

Procesy temperatury zmieniają się wystarczająco wolno, aby czas konwersji 100 ms był całkowicie akceptowalny.

Izolacja optyczna - dlaczego ma ona znaczenie w środowiskach przemysłowych

Optyczna izolacja SM 331 pomiędzy obwodami polowymi a płaszczyzną tylną S7-300 nie jest cechą marketingową, ale koniecznością inżynieryjną w wielu środowiskach instalacyjnych.zwrot sygnału każdego przyrządu polowego (0V odniesienia) jest podłączony do uziemienia tylnej płaszczyzny sterownika poprzez okablowanie wejściowe modułu.

W dużych instalacjach, w których instrumenty terenowe są rozmieszczone na całym podłodze zakładu,różne punkty uziemienia mogą być przy różnych potencjałach ze względu na pętle uziemienia ̇ trasy prądu utworzone przez połączenie uziemienia podwozia urządzenia polowego, osłony kablowe i stalowe konstrukcje budowlane.

Te różnice potencjału uziemienia pojawiają się jako napięcia w trybie wspólnym w różnicowym wejściu modułu analogowego i zakłócają pomiar.

Izolacja optyczna przerywa tę ścieżkę napięcia: sygnał pola przechodzi z okablowania pola do elektroniki cyfrowej za pośrednictwem bariery świetlnej, bez przewodzącego połączenia.

Napięcia w trybie wspólnym do poziomu izolacji (250 V AC) między obwodem pola a płaszczyzną tylną sterownika PLC są blokowane przez barierę optyczną i nie wpływają na pomiary.

W instalacjach z napędami o zmiennej częstotliwości, uruchomieniami silnika i urządzeniami terenowymi sprzężonymi z transformatorem na infrastrukturze kablowej wspólnej, izolacja optyczna jest różnicą między stabilną,dokładne pomiary i niewyjaśnione przesunięcie wartości analogowych i hałas.

Wprowadzenie termoparów

Pomiar termoparów wprowadza dwa wyzwania, które SM 331 obsługuje wewnętrznie.269mV w temperaturze 1000°C, ale tylko 200,644mV w temperaturze 500°C, a nie 20,635mV, jak przewidywałby model czysto liniowy.

SM 331 stosuje odpowiednią tabelę linearyzacji ITS-90 dla każdego skonfigurowanego typu termoparów (E, J, K, L, N),przekształcanie surowego odczytu miliwolta bezpośrednio w temperaturę bez żadnego programowania wymaganego w kodzie użytkownika S7-300.

Po drugie, pomiary termoparów wymagają kompensacji zimnego połączenia:napięcie Seebecka odpowiada różnicy temperatury między łącznikiem gorącym (w punkcie pomiaru procesu) a łącznikiem zimnym (gdzie przewód termopar łączy się z przyrządem).

SM 331 mierzy temperaturę na swoich terminalach (złączach chłodnych) za pomocą wewnętrznego czujnika temperatury,i dodaje tę kompensację do zmierzonego napięcia Seebeck, aby uzyskać absolutną temperaturę ciepłego połączenia.

Kompensacja wewnętrzna jest dokładna, gdy SM 331 znajduje się w równomiernej, znanej temperaturze w dobrze zarządzanej szafce sterującej w temperaturze otoczenia 20-40 °C,Kompensacja wewnętrzna jest odpowiednia dla większości wymagań dotyczących kontroli procesu.

W celu uzyskania dokładności laboratoryjnej, zewnętrzna kompensacja połączenia zimnego zapewnia pomiar temperatury połączenia odniesienia w punkcie końca drutu.

Zdolności monitorowania i diagnostyki przełomowych przewodów

SM 331 zapewnia aktywne monitorowanie przerwy przewodu na skonfigurowanych kanałach.uszkodzony nadajnik, lub czujnik bez zasilania moduł wykrywa ten stan i generuje przerwę diagnostyczną.

W przypadku wejścia termopary moduł stosuje niewielki prąd przesunięty i monitoruje impedancję wejścia ≈ wykrywa się i zgłasza termopary o otwartym obwodzie (przewod zepsuty lub nieprawidłowe połączenie).

W przypadku wchodów napięcia wykrywanie przerwy przewodu nie ma znaczenia (pływające wejście napięcia otwartego obwodu odczytuje nieokreśloną wartość, a nie określony wskaźnik usterki).

Diagnostyka ta jest komunikowana za pomocą mechanizmu diagnostycznego przerwania S7-300: gdy wykryje się przerwę w przewodzie, SM 331 uruchamia przerwę, która aktywuje OB82 w programie procesora S7-300.

Blok organizacyjny OB82 otrzymuje informacje diagnostyczne, w tym numer kanału i typ awarii, a programista może zapisać OB82 do wygenerowania alarmu, zapisania zdarzenia,lub zastąpić nieprawidłowy kanał bezpieczną wartością rezerwową w programie kontroli.

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.

Częste pytania

P1: Ile kanałów może być aktywnych jednocześnie i czy różne pary kanałów mogą korzystać z różnych typów pomiarów na tym samym module?

Wszystkie osiem kanałów może być aktywnych jednocześnie SM 331 konwertuje wszystkie włączone kanały cyklicznie, a nie jeden na raz w sposób wybieralny.2 ¢3, 4 ̇5, 6 ̇7), a wszystkie kanały w ramach pary muszą być skonfigurowane z tym samym typem pomiaru i rozdzielczością.

Oznacza to, że można mieć: kanały 0 ̇1 skonfigurowane dla prądu 4 ̇20 mA (12-bitowy), kanały 2 ̇3 dla napięcia ± 10 V (12-bitowy), kanały 4 ̇5 dla termoelementów typu K (14-bitowy),i kanały 6 ¢7 dla Pt100 RTD (14-bitowe) ¢ wszystkie działające jednocześnie na tym samym module.

Jedynym ograniczeniem jest grupowanie pary ̇ oba kanały w parze mają tę samą konfigurację.jeden moduł obsługuje większość różnorodności sygnałów, jaką zwykle przedstawia instalacja zakładu przetwórczego.

P2: W jaki sposób zasada integracji konwersji osiąga tłumienie zakłóceń i jaki czas integracji należy wybrać dla systemów zasilania 50 Hz w porównaniu z systemami 60 Hz?

Działanie integracyjnego (podwójnej nachylenia) ADC polega na ładowaniu kondensatora sygnałem wejściowym przez ustalony czas (czas integracji),Następnie mierzenie czasu potrzebnego na rozładowanie kondensatora w tempie odniesienia.

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.

W przypadku sieci prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz (powszechne w Europie, Azji, Australii), wybór czasu integracji 20 ms zapewnia dokładnie jeden pełny cykl 50 Hz,anulowanie zakłóceń częstotliwości sieci.

W przypadku sieci prądu przemiennego 60 Hz (Ameryka Północna, części Azji i Ameryki Południowej) wybór 16,67 ms zapewnia dokładnie jeden kompletny cykl 60 Hz.

Wybór niewłaściwego czasu integracji dla lokalnej częstotliwości sieci prowadzi do znacznie obniżonego odrzucania hałasu. Interferencja nie jest już synchronicznie anulowana.

Ustawienie 50 Hz jest najczęściej stosowane na całym świecie; 60 Hz powinno być wyraźnie określone dla instalacji w Ameryce Północnej.

Ustawienie 400 Hz (2,5 ms) nie zapewnia znaczącego tłumienia sieci i jest przeznaczone do szybkich pomiarów dynamicznych, a nie zmiennych procesu w stanie stacjonarnym.

P3: Jaka jest maksymalna długość kabla dla połączeń termoparów i 4 ‰ 20 mA do SM 331 i jaki rodzaj kabla jest zalecany?

W przypadku połączeń termoparów:kabel jest przewodem przedłużającym termoapar lub przewodem kompensacyjnym specjalny kabel z przewodnikami wykonanymi z tego samego stopu (lub stopu termoelektrycznie równoważnego) co sama termoapar.

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.

Kabel przedłużający termoelement powinien być osłonięty w celu odrzucenia zakłóceń elektromagnetycznych, a osłona powinna być uziemiona tylko na jednym końcu (zwykle na końcu SM 331) w celu uniknięcia tworzenia pętli uziemieniowych.

Maksymalna długość kabla dla połączeń termoparów jest zazwyczaj ograniczona przez rezystancję kabla. SM 331 akceptuje rezystancje źródła do kilku kilohmów bez znaczącej degradacji dokładności.

W przypadku pętli o napięciu 4 ′ 20 mA pętla działa na zasadzie, że wielkość prądu jest niezależna od oporu kabla do granicy napięcia zgodności pętli.Standardowy osłonięty kabel przyrządowy z skręconymi parami (Belden 8760 lub równoważny) o 18 ̊22 AWG jest typowy.

Pętla może działać na setkach metrów kabla bez degradacji sygnału, pod warunkiem że całkowita odporność pętli znajduje się w zakresie specyfikacji napięcia zgodności nadajnika.

P4: Jak jest skonfigurowany SM 331 w STEP 7 i czy na tym modułie dostępne są przerwy sprzętowe w przypadku naruszenia limitu?

SM 331 jest konfigurowany w narzędziu HW Config (Hardware Configuration) STEP 7 poprzez wybór modułu z katalogu sprzętowego i otwarcie dialogowego jego parametrów.

Parametry konfiguracji obejmują: aktywację/deaktywację kanału dla każdego kanału, rodzaj pomiaru ( napięcie, prąd, rodzaj termoparów, rodzaj RTD) dla każdej pary kanałów,czas integracji/rozwiązanie na parę kanałów, diagnostyczne przerwy włączone (monitorowanie przerwy przewodów) i przerwy w procesie włączone z konfigurowalnymi górnymi i dolnymi wartościami granicznymi na kanał.

Gdy przerwy w procesie są włączone i zmierzona wartość przekracza skonfigurowany limit, SM 331 generuje przerwę sprzętową, która uruchamia OB40 w procesorze.OB40 otrzymuje numer kanału oraz status przepływu/przekroczenia, umożliwiając programistowi natychmiastową reakcję na zdarzenia ograniczające proces bez głosowania.

Zarówno przerwanie diagnostyczne (OB82, w przypadku zerwania przewodów i awarii sprzętu), jak i przerwanie procesu (OB40,dla naruszenia limitu) musi być zaprogramowany w aplikacji S7-300 jeżeli w programie nie znajdują się OB40 lub OB82., procesor przejdzie na STOP, gdy wystąpi przerwa z SM 331, ponieważ nieprzetworzone przerwy są traktowane jako błędy śmiertelne w systemie S7-300.

P5: Jaka jest różnica między SM 331 7KF02-0AB0 a prostszym SM 331 1KF00-0AB0 i jak inżynier powinien wybrać między nimi?

Oba moduły mają tę samą liczbę kanałów (8) i ten sam fizyczny czynnik kształtu (20-polarnego, standardowego gniazda S7-300), ale różnią się znacząco pod względem możliwości i kosztów.

6ES7331-1KF00-0AB0 jest niedoizolowanym, tańszym 8-kanałowym modułem wejściowym analogowym ograniczenie jego stosowania do instalacji, w których wszystkie instrumenty terenowe mają wspólny punkt odniesienia z sterownikiem i w których problemy z pętlą naziemną nie stanowią zagrożenia.

Obsługuje pomiar napięcia i prądu, ale nie wprowadza termoparów ani RTD.

6ES7331-7KF02-0AB0 (ten moduł) zapewnia pełną izolację optyczną, wybieraną rozdzielczość (9/12/14-bitową) i pełne pokrycie napięcia, prądu, termoparów (E, J, K, L,N z linearyzacją sprzętową)Dodatkowa zdolność jest bardziej kosztowna, ponieważ 7KF02 jest około dwukrotnie droższa od 1KF00 w normalnych warunkach rynkowych.

Zasada wyboru jest następująca: użyć 1KF00 do zastosowań o wysokich kosztach, w których wszystkie sygnały są napięciem lub prądem, środowisko instalacji jest elektrycznie czyste,i izolacja pętli naziemnej nie jest wymagana.

Wykorzystanie urządzenia 7KF02 przy obecności termopary lub wejścia RTD, gdy instalacja obejmuje napędy o zmiennej częstotliwości, duże silniki lub inne źródła EMI,gdy instrumenty terenowe są rozmieszczone w całej instalacji z różnymi punktami uziemienia, lub gdy aplikacja pomiarowa wymaga najwyższej dokładności, jaką zapewnia 14-bitowa rozdzielczość.