所有模擬量模塊接線問題

1、抓住一點，模擬量接線問題迎刃而解（一）確定基準電位點很重要   2013-03-04 今天，一個新來的熱線同事找我討論模擬量模塊的問題，他在熱線上遇到了一些麻煩，用戶打電話反映在現(xiàn)場的S7 300模擬量模塊讀數(shù)不變化，怎么折騰都讀數(shù)是32767。盡管模擬量模塊大家都很熟悉，但是類似的問題還經(jīng)常有用戶反應。翻了翻手邊的資料，似乎沒有系統(tǒng)講解這個問題的，于是把自己的經(jīng)驗歸納總結(jié)一下。既然是經(jīng)驗，放在下載中心似乎不太合適，就放在自己的故事里吧。故事寫完，想必也會有個比較正式的版本放在下載中心。        在

2、我看來，想解決這樣的問題，最根本的是要抓住一點。有的用戶可能迫不及待地想知道哪一點了，但是這一點涉及的知識面還是有些寬。平時也忙，我會斷斷續(xù)續(xù)的寫，大家耐心看完這個系列，就可以抓住這一點了。        關(guān)于讀不出值的問題，如果總是32767沒有變化，其實值已經(jīng)有了，只不過是超量程了。如果值為0，那就要注意模擬量是否有問題了，使用萬用表測量現(xiàn)場信號并沒有超限。為什么會出現(xiàn)這兩種現(xiàn)象呢？這是因為選擇的參考電位不同，例如，現(xiàn)場過來的信號為5V，那首先要問一下，基準點是幾伏？1015是5V，-10 -5同樣也是5V，如果測量端基

3、準點是0V，那么測量就會有問題，所以一定要保證兩端等電位。模擬量模塊的基準電位點就是MANA  ，所有的接線都與之有關(guān)。 在接下來的故事中，咱們就仔細講講接線的問題。抓住一點，模擬量接線問題迎刃而解（二）：隔離與非隔離問題系列   2013-03-11 這里的隔離是指模擬量模塊的基準電位點MANA  與地（也是PLC的數(shù)據(jù)地）隔離。隔離模塊MANA  與地M可以不連接，以MANA  作為測量端的參考電位；非隔離模塊MANA  與地M必須連接， 這樣地M 變?yōu)镸ANA作為測量端的參考電位。隔離模塊的好處就是可以避免共模干擾。如

4、何知道模塊是否是隔離模塊，例如SM331模塊，可以從模板規(guī)范中查到。S7-300中只有一款SM334（SM355除外）模塊是非隔離的，此外CPU31XC集成的模擬量也是非隔離的，共同特點就是模塊的輸出和輸入公用M端。同樣傳感器也有隔離與非隔離的問題。通常非隔離的傳感器電源的負端與信號的負端公用一個端子，例如傳感器有三個端子 L， M 和S+，通過L， M端子向傳感器供電，S+，M為信號的輸出，公用M端。判斷傳感器是否隔離最好還是參考手冊。隔離傳感器信號負端與地M可以不連接，以信號負端作為信號源端的參考電位。非隔離傳感器信號負端必須在源端（設(shè)備端）接地，以源端的地作為信號的參考電位。下面就是如何

5、保證測量端與信號源端等電位接線的問題。在下面建議的連接圖中所用的縮寫詞和助記符含義如下：M +： 測量導線（正）M -：  測量導線（負）MANA： 模擬量模塊基準電位點這里需要注意MANA  ，不同的接線方式都是以MANA  為參考基準電位。M：    接地端子 L +： 24 VDC電源端子UCM： MANA與模擬量輸入通道之間或模擬量輸入通道之間的電位差UCM共模電壓，有兩種：1）不同輸入信號負端的電位差，例如一個輸入信號為3V，另一個輸入信號也為3V，但是它們的基準點電位可能不

6、同，可能是14V或36V,那么它們之間的共模電壓為2V。2）輸入信號負端與MANA的電位差。模塊的UCM  是造成模擬量值超上限的主要原因。不同模塊UCM  的最大值不同。UISO： MANA和CPU的M端子之間的電位差抓住一點，模擬量接線問題迎刃而解（三）：使用隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器   2013-03-18 上回講到連接圖中所用的縮寫詞和助記符含義，這回咱們就直接上圖了，看圖說話。隔離傳感器與隔離模擬量信號連接圖如圖1所示：         

7、                     .圖1 連接隔離的傳感器至隔離的模擬量輸入模塊        這種方式最簡單，都與地隔離，都不需要接地，但是輸入信號（傳感器）負端與MANA  電壓超過UCM最大限制，例如SM331（6ES7331-7KF02-0AB0）為2.5 VDC，就需要短接信號負端與MANA 

8、; ，否則會出現(xiàn)超上限問題?，F(xiàn)場可以查看一下，幾乎所有超上限問題都是沒有連接信號負端與MANA  。如果UISO   超過限制，例如75V DC，就需要連接信號負端、MANA 端以及接地端M，這時模塊以大地M端為參考電位，實際變?yōu)榉歉綦x使用了，這種情況很少見。        有的模塊通道組間都是隔離的，沒有MANA  ，例如模塊6ES7331-7NF10-0AB0，接線如圖2所示：        這時每一個通道組（每

9、組2通道）的M-就是MANA ，輸入通道組間UCM 最大為以達到75VDC。         都隔離的情況下連接信號負端與MANA 端就可以了(2線制和電阻測量除外)。手冊每個模塊接線圖中MANA都是建議接地的，我認為這是在接地良好、不會產(chǎn)生共模電壓（例如單端接地）的情況下.抓住一點，模擬量接線問題迎刃而解（四）：使用非隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器   2013-03-25 這回我來講講使用非隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器的情況，模塊的MANA與地M不隔離，這樣必須連接MANA與地M，模擬量的參考點

10、電位變成地M，典型接線如圖3所示：非隔離的模塊都要求連接連接MANA與地M，例如模塊SM334(6ES7334-0CE01-0AA0)，在提示中強調(diào)必須連接，下面為引用手冊的提示部分。抓住一點，模擬量接線問題迎刃而解（五）：使用隔離的模擬量模塊連接非隔離的傳感器   2013-03-28 傳感器不隔離，那么信號源端以傳感器本地的地為基準點電位。模塊是隔離的，以MANA點為測量基準電位。典型接線如圖4所示，從圖4可以看到，非隔離的傳感器信號負端在源端接地，但是如果連接多個非隔離的傳感器并且分布在不同的地方（不同的接地點），這種情況下就比較麻煩。各個傳感器信號的負端會有共模電壓

11、UCM ，為了消除UCM ，將各個信號的負端在源端使用短而粗的導線進行等電位連接，由于模塊的MANA和信號源端的地可能存在電位差，還要將MANA與源端的地進行等電位連接。在這里不能在模塊處進行短接，否則不能消除UCM。如果工廠接地不好，最好還是使用隔離的傳感器。抓住一點，模擬量接線問題迎刃而解（六）：使用非隔離的模擬量模塊連接非隔離的傳感器   2013-04-01 如果使用非隔離的模擬量連接非隔離的傳感器，那么一定將所有的點接地并進行等電位處理。典型接線如圖5所示，從圖5可以看到，按照隔離與非隔離的要求，模塊不隔離，必須連接MANA與地M，傳感器不隔離則需要連接信號負端到

12、本地的地，這樣一邊以信號源的地作為基準點，一邊以模塊的地M作為基準點，為了消除兩者之間的電位差（共模電壓UCM），需要使用足夠粗的導線進行等電位連接。        如果整個工廠有等電位的接地網(wǎng)，使用非隔離的儀表和模塊就比較簡單，只需要連接MANA到本地的地M即可，因為每個點都等電位。往往事與愿違，由于非隔離的儀表價格便宜，越是使用這樣儀表的地方，地通常打得都不會好，就更別提接地網(wǎng)和等電位連接了。不采取措施肯定有問題，必須保證等電位。使用萬用表可以測量，那是因為萬用表與地是隔離的，最大的共模電壓UCM  

13、 也可能不同 ，與模塊不在相同的條件下。建議使用隔離的傳感器和模塊。       講了一系列的接線方式，最終的結(jié)論就是模擬量接線的幾種方式都集中在一點上，就是信號源端與測量端一定要等電位。講到這里我覺得還是要再擴展一下，利用這個原則同樣也可以解決數(shù)字量接線問題。下面是在現(xiàn)場遇見的一個問題，如圖6所示，CPU與I/O的供電分開，I/O是一個非隔離模塊，當現(xiàn)場給出信號，但是I/O模塊的輸入燈沒有點亮，在CPU中也不能讀出，使用萬用表測量，在端子上有24V電壓。模塊沒有問題，將兩個電源PS的M端短接，就可以檢測到輸入信號，這也是由于參考點電

14、位不同造成的。希望一點小小的提示可以幫助大家解決現(xiàn)場模擬量接線的問題。隔離與非隔離意思是一個等電壓，等電流的變壓器，但它與外界電網(wǎng)隔離，故此而得名，可以買到，也可以自制。隔離穩(wěn)壓器和非隔離穩(wěn)壓器，一個電源芯片是否是隔離穩(wěn)壓器與線性電源和開關(guān)電源有關(guān)系嗎？其實就是一個特殊的變壓器,不過它的功能不是變壓,因為他的兩個線圈的圈數(shù)和線徑都是完全一樣的,這樣可以起到與外電網(wǎng)隔離的作用,利用變壓器的感應電流的功能而已，為了安全，用一輸入輸出電壓相等（220V），且輸出與輸入完全隔離的變壓器（輸出端禁止接地），將用電設(shè)備與市電隔絕開的裝置，就是隔離電源 隔離與非隔離的區(qū)別主要在于隔離穩(wěn)壓器輸入電路與輸出電路

15、是不共地的，而非隔離式的是共地的。一般來說，非隔離的都有原邊和副邊的電感繞組，而隔 離式的只有單個的電感。在大功率和對地線干擾防護要求比較高的時候使用隔離式的，在比較簡單和體積要求比較緊張的場合使用非隔離式的。 線性電源如果是指線性調(diào)整輸出模塊(LDO)，那么這個線性模塊一定是非隔離式的，所以電源芯片是否是隔離穩(wěn)壓器與線性電源和開關(guān)電源沒有關(guān)系。隔離與非隔離都是開關(guān)電源中的兩種大的分類 隔離與非隔離的區(qū)別主要在于隔離穩(wěn)壓器輸入電路與輸出電路是不共地的，而非隔離式的是共地的。一般來說，非隔離的都有原邊和副邊的電感繞組，而隔離式的只有單個的電感。在大功率和對地線干擾防護要求比較高的時候使用隔離式的

16、，在比較簡單和體積要求比較緊張的場合使用非隔離式的。 線性電源如果是指線性調(diào)整輸出模塊(LDO)，那么這個線性模塊一定是非隔離式的，所以電源芯片是否是隔離穩(wěn)壓器與線性電源和開關(guān)電源沒有關(guān)系。隔離與非隔離都是開關(guān)電源中的兩種大的分類。下面的資料可以供你參考,你就很明白知道電源模塊隔離和非隔離的區(qū)別了.在你在選擇隔離和非隔離電源模塊時,要很清楚的了解你對電源的需求,和可靠性. 隔離模塊的可靠性高,但成本高,效率差點. 非隔離模塊的結(jié)構(gòu)很簡單,成本低,效率高,安全性能差. 串行通信總線通過RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)等物理網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù),應用領(lǐng)域涉及工業(yè)過程控制、供電電源調(diào)節(jié)(穩(wěn)

17、壓)以及計算機間的點對點通信. 這些相互連接的系統(tǒng)每個都配備有自己的電源,而且各系統(tǒng)之間往往間隔較遠.正因為如此,我們通常需要采取電氣隔離措施來確保系統(tǒng)的物理安全,并且需要切斷接地回路,來保護系統(tǒng)免受瞬態(tài)高電壓沖擊,同時減少信號失真. 隔離可以保護系統(tǒng)免受由線路電涌或接地回路引起的高電壓和大電流損害,這種情況在包含多個接地通路的系統(tǒng)中極有可能發(fā)生.各系統(tǒng)被長線纜相隔,它們的地電勢可能并不相等,因此兩個系統(tǒng)之間會產(chǎn)生地電流.如果不采取隔離措施,這個電流將會在系統(tǒng)中引入噪聲、降低測量精度甚至毀壞系統(tǒng)元件. 工業(yè)環(huán)境中,電機的啟動和關(guān)閉、靜電放電或近距離雷擊都會把電流通過感應耦合到長距離線纜中,從而引起地電位發(fā)生快速改變,這種變化經(jīng)常高達數(shù)百甚至數(shù)千伏.當這類現(xiàn)象發(fā)生時,遠端系統(tǒng)期望獲得的邏輯電平開關(guān)信號就會被迭加在一個參考其本地地電位的高電壓之上.如果沒有采取隔離措施,這個電壓將破壞