جدید در جعبه سیمنز 6ES7331-7KF02-0AB0 PLC 6ES7 3317KF020AB0 6ES7331-7KFO2-OABO

زیمنس 6ES7331-7KF02-0AB0♫ SIMATIC S7-300 SM 331 ماژول ورودی آنالوگ 8 کانال جدا شده، 9/12/14 بیت قابل انتخاب، ولتاژ / جریان / ترموپول / RTD، تشخیص، 20 قطب

مرور کلی

درزیمنس 6ES7331-7KF02-0AB0یکی از متنوع ترین و گسترده ترین ماژول های ورودی آنالوگ در مجموعه SIMATIC S7-300 است.

SM 331 AI 8×12Bit کاری را انجام می دهد که اکثر ماژول های ورودی آنالوگ در بازار انجام نمی دهند: این چهار دسته کاملا متفاوت از سیگنال ها را مدیریت می کندو مقاومت/RTD در همان ماژول، با هر گروه کانال به طور مستقل از طریق پارامترهای STEP 7 پیکربندی می شود.

یک ماژول 40 میلی متری در قفسه S7-300 می تواند به طور همزمان فرستنده های فشار را در کانال های 1 و 2 در 4 ′′ 20mA، یک اندازه گیری جریان در کانال 3 در 0 ′′ 10V بخواند.سنسورهای دمای ترموکوپل در کانال های 5 ′′ 6، و عناصر دمای RTD Pt100 در کانال های 7 ٪ 8 ، بدون آداپتورهای سخت افزاری اضافی ، بدون ماژول های تخصصی جداگانه ،بدون تنظیمات پیچیده سیم کشی فقط پیکربندی پارامترهای گروه کانال برای مطابقت با انواع ابزار میدان.

این قابلیت چند نوع نتیجه مستقیم معماری ADC یکپارچه ماژول در ترکیب با برنامه ریزی قابل تنظیم سیگنال فرنت اِند است.

نوع اندازه گیری هر کانال ورودی در نرم افزار تعریف شده است (تعداد سخت افزاری مرحله 7) ، و ماژول مطابق با آن مانع ورودی داخلی، مقیاس بندی و الگوریتم تبدیل را تنظیم می کند.

کانال های ترموکوپل برای تبدیل سیگنال میلی ولت به یک واحد دمای مهندسی، منحنی خطی غیر خطی مناسب را اعمال می کنند (تصحیح ضریب Seebeck).کانال های RTD یا معادله Callendar-Van Dusen را برای خطی سازی Pt100 یا چند عددی مناسب برای Ni100 اعمال می کنند.، به طور خودکار برای حساب کردن رابطه مقاومت غیر خطی درجه حرارت.

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.

مشخصات کلیدی

رزولوشن در مقابل سرعت تبدیل

رزولوشن SM 331 یک مشخصات ثابت نیست، بلکه یک پارامتر قابل برنامه ریزی است که سرعت تبدیل برای هر جفت کانال را تعیین می کند.

اصل ادغام ADC به این معنی است که زمان ادغام طولانی تر باعث تبدیل دقیق تر (ذرا وضوح بیشتر) می شود، در حالی که زمان ادغام کوتاه تر برای به روزرسانی های سریع تر رزولوشن را قربانی می کند.درک این تعادل برای پیکربندی صحیح ماژول ضروری است:

9-بیت (2.5ms ادغام):سریعترین تنظیم مفید است زمانی که پویایی فرآیند سریع است و دقت اندازه گیری ثانویه است.

رزولوشن 9 بیتی (512 مرحله در سراسر محدوده ورودی کامل) حدود 20mV رزولوشن را در ورودی ± 5V ارائه می دهد که با استانداردهای کنترل فرآیند خشن است.

کاربرد این تنظیمات در اندازه گیری فرآیند حالت ثابت غیرمعمول است اما ممکن است در سناریوهای کنترل ماشین با چرخه سریع که یک مقدار آنالوگ تقریباً به سرعت به روز می شود، اعمال شود.

12 بیتی (16.67ms یا 20ms یکپارچه سازی):تنظیمات استاندارد برای اکثر برنامه های کنترل فرآیند، مربوط به رد سر و صدا 50Hz و 60Hz به ترتیب.

رزولوشن 12 بیتی (4096 مرحله) تقریباً 2.5mV را در ورودی ± 5V ٪ بیشتر از حد کافی برای دقت ± 0.5٪ معمول در حلقه های جریان 4 ٪ 20mA و فرستنده های صنعتی ارائه می دهد.

رد سر و صدا در 50 هرتز یا 60 هرتز یکپارچه سازی حیاتی است: این فرکانس ها دقیقا تداخل شبکه AC است که به سیم کشی ابزار میدان متصل می شود،و ادغام بیش از دقیقا یک چرخه شبکه حذف قطعه AC در نتیجه ADC.

14-بیت (100ms ادغام):بالاترين وضوح، که با رد سر و صداي 10 هرتز ارتباط داره

حالت 14 بیتی (16384 مرحله، تقریبا 0.6mV رزولوشن در ± 5V) برای اندازه گیری ترموکوپل و RTD استفاده می شود که در آن سطح سیگنال میلی ولت است و دقت اندازه گیری حرکت حرارتی مهم تر از سرعت به روزرسانی است.

فرایندهای دمایی به اندازه کافی آهسته تغییر می کنند که زمان تبدیل 100ms کاملا قابل قبول است.

عایق بندی نوری چرا در محیط های صنعتی اهمیت دارد

جداسازی نوری SM 331 بین مدارهای میدان و S7-300 backplane یک ویژگی بازاریابی نیست ­ این یک ضرورت مهندسی در بسیاری از محیط های نصب است.بازگشت سیگنال هر ابزار میدان (0V مرجع) از طریق سیم کشی ورودی ماژول به زمین پشت PLC متصل می شود.

در یک تاسیسات بزرگ که ابزارهای زمینی در سراسر طبقه کارخانه توزیع شده اند،نقاط مختلف زمین گیری ممکن است در پتانسیل های مختلف به دلیل حلقه های زمین گیری باشند. مسیرهای فعلی تشکیل شده از طریق ترکیب زمین های شاسی دستگاه میدان، محافظ های کابل و فولاد ساختاری ساختمان.

این تفاوت های پتانسیل زمین به عنوان ولتاژ حالت مشترک در ورودی دیفرانسیل ماژول آنالوگ ظاهر می شود و اندازه گیری را خراب می کند.

جداسازی نوری این مسیر ولتاژ حالت مشترک را قطع می کند: سیگنال میدان از سیم کشی میدان به الکترونیک دیجیتال از طریق یک مانع نور، بدون اتصال رسانا عبور می کند.

ولتاژ های حالت مشترک تا درجه جداسازی (250V AC) بین مدار میدان و صفحه پشتی PLC توسط موانع نوری مسدود می شوند و بر اندازه گیری تأثیر نمی گذارند.

در تاسیسات دارای محرک های فرکانس متغیر، موتور استارتر و دستگاه های زمینه ای متصل به ترانسفورماتور در زیرساخت های کابل مشترک، انزوا نوری تفاوت بین ثابت،اندازه گیری های دقیق و انحراف و سر و صداهای غیر قابل توضیح از مقادیر آنالوگ.

ورودی ترموکوپل ️ خطی سازی و جبران اتصال سرد

اندازه گیری ترموپول دو چالش را که SM 331 به طور داخلی انجام می دهد، معرفی می کند. اول، ولتاژ Seebeck تولید شده توسط ترموپول غیر خطی است یک ترموپول نوع K تولید 41.269mV در 1000°C اما فقط 20.644mV در 500 درجه سانتیگراد، نه 20.635mV که یک مدل خطی خالص پیش بینی می کند.

SM 331 جدول خطی سازی مناسب ITS-90 را برای هر نوع ترموکوپل پیکربندی شده (E، J، K، L، N) اعمال می کند.تبدیل مقدار ملی ولت خام به درجه حرارت بدون برنامه نویسی مورد نیاز در کد کاربر S7-300.

دوم، اندازه گیری ترموپول نیاز به جبران اتصال سرد دارد:ولتاژ Seebeck به تفاوت دما بین اتصال گرم (در نقطه اندازه گیری فرآیند) و اتصال سرد (که سیم ترموکوپل به ابزار متصل می شود) مربوط می شود..

SM 331 درجه حرارت را از طریق یک سنسور دمای داخلی در پایانه های خود (مجموعه سرد) اندازه گیری می کند.و اضافه کردن این جبران به ولتاژ Seebeck اندازه گیری شده برای تولید دمای مطلق از اتصال داغ.

این تعویض داخلی زمانی دقیق است که SM 331 در دمای یکسان و شناخته شده در یک کابینت کنترل به خوبی مدیریت شده در محیط 20°C 40°C باشد.تعویض داخلی برای اکثر الزامات کنترل فرآیند کافی است.

برای دقت درجه آزمایشگاهی، یک جعبه جبران اتصال سرد خارجی اندازه گیری دمای اتصال مرجع را در نقطه پایان سیم فراهم می کند.

قابلیت های نظارت و تشخیص قطع سیم

SM 331 نظارت فعال بر قطع سیم را در کانال های پیکربندی شده فراهم می کند. برای حلقه های جریان 4 ′′ 20mA، سیگنال کمتر از 3.6mA (کمتر از خط پایه صفر زنده 4mA) نشان دهنده یک سیم شکسته است.فرستنده شکست خورده، یا سنسور بدون برق ماژول این وضعیت را تشخیص می دهد و یک وقفه تشخیصی ایجاد می کند.

برای ورودی های ترموپول، ماژول یک جریان انحراف کوچک را اعمال می کند و مانع ورودی را ✓ یک ترموپول مدار باز (سیم شکسته یا اتصال شکست خورده) تشخیص داده و گزارش می دهد.

برای ورودی ولتاژ، تشخیص قطع سیم معنی دار نیست (یک ورودی ولتاژ مدار باز شناور یک مقدار نامشخص را می خواند، نه یک شاخص خطای خاص).

این تشخیص ها از طریق مکانیسم قطع تشخیصی S7-300 اعلام می شوند: هنگامی که یک قطع سیم تشخیص داده می شود، SM 331 یک قطع را ایجاد می کند که OB82 را در برنامه CPU S7-300 فعال می کند.

بلوک سازمان OB82 اطلاعات تشخیصی از جمله شماره کانال و نوع خطا را دریافت می کند و برنامه نویس می تواند OB82 را برای تولید یک هشدار، ثبت رویداد،یا برای کانال شکست خورده در برنامه کنترل، یک مقدار ذخیره امن را جایگزین کنید..

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.

سوالات عمومی

سوال 1: چند کانال می توانند همزمان فعال باشند و آیا جفت های کانال های مختلف می توانند از انواع اندازه گیری مختلف در همان ماژول استفاده کنند؟

تمام هشت کانال می توانند همزمان فعال باشند SM 331 تمام کانال های فعال شده را به صورت چرخه ای تبدیل می کند، نه یک به یک به صورت قابل انتخاب.2 ¢3، ۴۵، ۶۷) ، و تمام کانال ها در یک جفت باید با همان نوع اندازه گیری و وضوح پیکربندی شوند.

این به این معنی است که شما می توانید: کانال های 0 ′′1 برای 4 ′′20mA جریان (12 بیت) ، کانال های 2 ′′3 برای ولتاژ ± 10V (12 بیت) ، کانال های 4 ′′5 برای نوع K ترموپل (14 بیت) ،و کانال های 6 ′′7 برای RTD Pt100 (۱۴ بیتی) ′′ که همگی همزمان روی همان ماژول کار می کنند..

تنها محدودیت این است که گروه بندی جفت هر دو کانال در یک جفت دارای همان پیکربندی هستند. این معماری چهار جفت و قابل پیکربندی مستقل چیزی است که SM 331 را بسیار متنوع می کند:یک ماژول واحد بیشترین تنوع سیگنال را که یک دستگاه فرآیند به طور معمول ارائه می دهد، مدیریت می کند..

سوال 2: چگونه اصل تبدیل یکپارچه سازی به سرکوب تداخل دست می یابد و چه زمان یکپارچه سازی باید برای سیستم های قدرت 50 هرتز در مقابل سیستم های 60 هرتز انتخاب شود؟

ADC یکپارچه کننده (دوباره شیب دار) با شارژ یک خازن با سیگنال ورودی برای یک فاصله زمانی ثابت (زمان یکپارچه سازی) کار می کند.سپس اندازه گیری مدت زمان لازم برای تخلیه خازن در نرخ مرجع.

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.

این امر سرکوب تداخل هم زمان نامیده می شود. برای شبکه های AC 50 هرتز (که در اروپا، آسیا، استرالیا رایج است) ، انتخاب زمان ادغام 20 میلی متر تضمین می کند که دقیقاً یک چرخه کامل 50 هرتز ادغام شده است.لغو تداخل فرکانس شبکه.

برای شبکه های 60 هرتز AC (آمریکای شمالی، بخش هایی از آسیا و آمریکای جنوبی) ، انتخاب 16.67ms دقیقاً یک چرخه کامل 60 هرتز را تضمین می کند.

انتخاب زمان اشتباهی برای فرکانس شبکه محلی منجر به کاهش قابل توجهی در رد سر و صدا می شود. تداخل دیگر به طور همزمان لغو نمی شود.

تنظیم 50 هرتز در سطح جهانی رایج است؛ 60 هرتز باید به طور صریح برای تاسیسات آمریکای شمالی مشخص شود.

تنظیم 400 هرتز (2.5ms) هیچ سرکوب قابل توجهی از شبکه را فراهم نمی کند و برای اندازه گیری های پویا با سرعت بالا و نه متغیرهای فرآیند حالت ثابت طراحی شده است.

سوال 3: حداکثر طول کابل برای اتصال ترموکوپل و 4 ′′ 20mA به SM 331 چیست و چه نوع کابل توصیه می شود؟

برای اتصالات ترموکوپل،کابل سیم تمدید ترموپول یا کابل تعویض است. کابل ویژه ای با هادی از همان آلیاژ (یا آلیاژ معادل ترمو الکتریکی) که خود ترموپول است.

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.

کابل تمدید ترموکوپل باید برای رد تداخل الکترومغناطیسی محافظت شود و محافظ باید فقط در یک انتهای آن (معمولاً در انتهای SM 331) به زمین متصل شود تا از ایجاد حلقه های زمین جلوگیری شود.

حداکثر طول کابل برای اتصالات ترموکوپل به طور معمول توسط مقاومت کابل محدود می شود SM 331 مقاومت منبع را تا چندین کیلو آم قبول می کند بدون کاهش دقت قابل توجهی.

برای حلقه های جریان 4 ′′20mA، حلقه بر اساس این اصل کار می کند که مقدار جریان مستقل از مقاومت کابل تا حد ولتاژ مطابقت حلقه است.کابل استاندارد محافظ دو قطعه (Belden 8760 یا معادل آن) در 1822 AWG معمولی است..

حلقه می تواند در صدها متر کابل بدون تخریب سیگنال کار کند، با این شرط که مقاومت کل حلقه در محدوده مشخصات ولتاژ مطابقت فرستنده باشد.

Q4: SM 331 در STEP 7 چگونه پیکربندی شده است و آیا وقفه های سخت افزاری برای نقض محدودیت در این ماژول موجود است؟

SM 331 با انتخاب ماژول از کاتالوگ سخت افزار و باز کردن دیالوگ پارامتر آن در ابزار HW Config (Configuration Hardware) STEP 7 پیکربندی می شود.

پارامترهای پیکربندی عبارتند از: فعال سازی یا غیرفعال سازی کانال برای هر کانال، نوع اندازه گیری ( ولتاژ، جریان، نوع ترموپول، نوع RTD) برای هر جفت کانال،زمان یکپارچه سازی / وضوح در هر جفت کانال، قطع تشخیصی فعال (رصد قطع سیم) و قطع فرآیند فعال با مقادیر محدودی بالا و پایین قابل تنظیم در هر کانال.

هنگامی که وقفه های فرآیند فعال می شوند و یک مقدار اندازه گیری شده از یک حد تنظیم شده عبور می کند، SM 331 یک وقفه سخت افزاری ایجاد می کند که OB40 را در CPU ایجاد می کند.OB40 شماره کانال و وضعیت بیش از حد/کم از حد دریافت می کند، اجازه می دهد تا برنامه نویس بلافاصله به حوادث محدود فرآیند بدون نظرسنجی پاسخ دهد.

هر دو وقفه تشخیصی (OB82، برای شکست سیم و مشکل سخت افزار) و وقفه فرآیند (OB40،برای نقض محدودیت) باید در برنامه S7-300 برنامه ریزی شود اگر OB40 یا OB82 در برنامه وجود نداشته باشد، CPU در صورت وقفه از SM 331 به STOP تغییر می کند، زیرا وقفه های بدون کنترل به عنوان خطاهای کشنده در سیستم S7-300 در نظر گرفته می شوند.

سوال 5: تفاوت بین SM 331 7KF02-0AB0 و SM 331 1KF00-0AB0 ساده تر چیست و یک مهندس چگونه باید بین آنها انتخاب کند؟

این دو ماژول تعداد کانال های یکسان (8) و عامل شکل فیزیکی یکسان (20 قطب، اسلات استانداردی S7-300) را به اشتراک می گذارند، اما از نظر ظرفیت و هزینه به طور قابل توجهی متفاوت هستند.

6ES7331-1KF00-0AB0 ماژول ورودی آنالوگ 8 کانال غیرعزل شده و ارزان قیمت است.محدود کردن استفاده از آن به تاسیسات که در آن تمام ابزارهای زمینی با PLC یک مرجع زمین مشترک دارند و مشکلات حلقه زمین نگران کننده نیستند.

از اندازه گیری ولتاژ و جریان پشتیبانی می کند اما ورودی ترموکوپل یا RTD را به طور بومی پشتیبانی نمی کند.

6ES7331-7KF02-0AB0 (این ماژول) جداسازی نوری کامل، وضوح قابل انتخاب (9/12/14 بیت) و پوشش کامل ولتاژ، جریان، ترموپول (E، J، K، L،N با خطی سازی سخت افزاری)، و ورودی های RTD (Pt100، Ni100 با خطی سازی). ظرفیت اضافی با هزینه بالاتر ¢ 7KF02 تقریباً دو برابر قیمت 1KF00 در شرایط عادی بازار است.

اصل انتخاب این است: استفاده از 1KF00 برای برنامه های کاربردی حساس به هزینه که در آن تمام سیگنال ها ولتاژ یا جریان هستند، محیط نصب از نظر الکتریکی تمیز است،و جداسازی حلقه زمین مورد نیاز نیست.

استفاده از 7KF02 زمانی که ورودی ترموکوپل یا RTD وجود دارد، زمانی که نصب شامل درایوهای فرکانس متغیر، موتورهای بزرگ یا سایر منابع EMI باشد.هنگامی که ابزارهای زمینی در کل کارخانه با نقاط مختلف زمین بندی توزیع می شوند.، یا زمانی که برنامه اندازه گیری به بالاترین دقت که رزولوشن 14 بیتی فراهم می کند نیاز دارد.