西门子SM331 TIA 模块模拟量精度及量程转换故障

上海西门子销售部

周先生Mobile:138-1655-06-76 

模拟量转换的分辨率

 模拟量转换的基本误差

 STEP7 V5.x中模拟量输入输出的编程

 TIA Portal中模拟量输入输出的编程

模拟量转换的分辨率

分辨率是 A/D 模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。模拟量模块的转换分辨率用于反映模拟量变化的最小单位。精度 < 15 位时，将所有由“x"标识的位设置为“0"。

模拟量模块所支持的模拟值精度，如表1.1所示。

RFCs (Request for Comments) 是一些技术类文档, 内容包括针对 -例如以太网结构, 协议的设计,  报文头设计等等. - 进行了详细的描述.

RFC 1006 中的 “ISO Transport Service on top of the TCP" （ISO 传输服务通过 TCP）是TCP 协议的一种扩展。这意味着除了TCP数据，在通讯双方之间还可以提供特殊的传输服务（ISO服务）。

TCP协议

当数据使用TCP协议进行传输时，传输工作聚焦在数据流上。因此没有关于数据长度或者数据起始以及终止的信息。这对于发送方没有问题，因为它知道所要发送的字节数。但对于接收方来讲，它无法知道该信息什么时候开始，什么时候结束，以及下一条信息什么时候被发送。

RFC 1006 协议扩展

在许多自动化应用中，必须要关注工作信息。信息块通过一个连接由发送方发出，其完整性由接收方进行确认。为了进行这样的确认，RFC1006规定了在数据前面必须要加上报文头。

RFC1006因此提供了这样一种应用，及根据TCP协议建立数据流，但面向消息进行传输。

以下SIMATIC S7模块支持这项功能：

通讯处理器CP443-1和CP343-1

通讯模块CM1542-1和通讯处理器CP1543-1

集成PN口的S7-300CPU(V2.5及以上版本)

集成PN口的S7-400CPU(V5.0及以上版本)

S7-1500CPU(增强控制器，分布式控制器，S7软控制器)

S7-1200CPU

WinAC RTX (F) 2010

PC通过以下授权支持此项功能：

SIMATIC NET HARDNET-IE S7 用于CP 1613 A2, CP 1623 和 CP 1628

SIMATIC NET SOFTNET-IE S7 (Lean / Extended)

SIMATIC S5设备通过CP1430 TCP支持此项功能。

说明:

当单纯使用TCP协议（即不包含RFC1006）时，由于通讯方不支持该协议，例如，必须确保使用明确定义长度的数据。

RFC 1006 中的 “ISO Transport Service on top of the TCP" （ISO 传输服务通过 TCP）是TCP 协议的一种扩展。这意味着除了TCP数据，在通讯双方之间还可以提供特殊的传输服务（ISO服务）。

TCP协议

当数据使用TCP协议进行传输时，传输工作聚焦在数据流上。因此没有关于数据长度或者数据起始以及终止的信息。这对于发送方没有问题，因为它知道所要发送的字节数。但对于接收方来讲，它无法知道该信息什么时候开始，什么时候结束，以及下一条信息什么时候被发送。

RFC 1006 协议扩展

在许多自动化应用中，必须要关注工作信息。信息块通过一个连接由发送方发出，其完整性由接收方进行确认。为了进行这样的确认，RFC1006规定了在数据前面必须要加上报文头。

RFC1006因此提供了这样一种应用，及根据TCP协议建立数据流，但面向消息进行传输。

以下SIMATIC S7模块支持这项功能：

通讯处理器CP443-1和CP343-1

通讯模块CM1542-1和通讯处理器CP1543-1

集成PN口的S7-300CPU(V2.5及以上版本)

集成PN口的S7-400CPU(V5.0及以上版本)

S7-1500CPU(增强控制器，分布式控制器，S7软控制器)

S7-1200CPU

WinAC RTX (F) 2010

PC通过以下授权支持此项功能：

SIMATIC NET HARDNET-IE S7 用于CP 1613 A2, CP 1623 和 CP 1628

SIMATIC NET SOFTNET-IE S7 (Lean / Extended)

SIMATIC S5设备通过CP1430 TCP支持此项功能。

说明:

当单纯使用TCP协议（即不包含RFC1006）时，由于通讯方不支持该协议，例如，必须确保使用明确定义长度的数据

SM331 6ES7 331-1KF00-0AB0 

SM331 6ES7 331-1KF01-0AB0 

SM331 6ES7 331-7KF00-0AB0 

SM331 6ES7 331-7KF01-0AB0 

SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 

SM331 6ES7 331-7KB02-0AB0 

SM331 6ES7 331-7PF00-0AB0 

SM331 6ES7 331-7PF01-0AB0

SM331; AI 8x12 位入门指南

本入门指南完整地概述了 SM331 AI 8x12位模拟量模块的调试。

它可帮助您安装和配置 4 到 20 mA 传感器；电压和 PT100传感器；热电偶的硬件以及使用 SIMATIC S7 管理器进行组态。

本入门指南的目标读者是在对自动化系统进行组态

本文描述一个RTD传感器(4线连接方式)是怎样连接到下列模拟量输入模块的: SM331 6ES7 331-1KF00-0AB0 SM331 6ES7 331-1KF01-0AB0 SM331 6ES7 331-1KF02-0AB0 SM331 6ES7 331-7KF00-0AB0 SM331 6ES7 331-7KF01-0AB0 SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 SM331 6ES7 331-7KB02-0AB0 SM331 6ES7 331-7PF00-0AB0 SM331 6ES7 331-7PF01-0AB0 ......

本文描述一个RTD传感器(4线连接方式)是怎样连接到下列模拟量输入模块的:

SM331 6ES7 331-1KF00-0AB0

SM331 6ES7 331-1KF01-0AB0

SM331 6ES7 331-1KF02-0AB0

SM331 6ES7 331-7KF00-0AB0

SM331 6ES7 331-7KF01-0AB0

SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0

SM331 6ES7 331-7KB02-0AB0

SM331 6ES7 331-7PF00-0AB0

SM331 6ES7 331-7PF01-0AB0

三线连接方式

请注意这种方式下传感器的第4管脚和SM331模拟量输入模块的I+输入保持失效状态，I+输入管脚在测量电流模式下必须使用。

对于模块 6ES7331-7KF0.-0AB0 和 6ES7331-7PF0.-0AB0 来说,仅仅能够使用四线式连接方式连接四线制传感器，如图二所示：

图二、 四线连接方式

注意

在4线制和3线制传感器连接6ES7331-7PF0.-0AB0模块时,通过端子IC+ 和IC提供恒流源用于补偿电压测量回路的压降。为了使补偿正常的工作,电缆的电阻不能超过20欧姆。。

AI故障快速诊断

在现场的实际应用中，经常会使用到模拟量输入模块。以下为常见的模拟量输入模块故障诊断步骤。

SF灯（红灯）亮

模块指示灯正常，但监看数值一直显示“0"

数值显示不正确，误差较大

数值上溢显示32767（16#7FFF）

数值下溢显示-32768（16#8000）

数值波动，跳变

SF灯（红灯）亮

SF灯亮时，最好可以通过电脑连接CPU在线查看模块的诊断信息，然后判断故障。

具体请参看：如何查看模块的诊断信息

常见的几种故障及解决方案如下：

无外部辅助电压（供电不正确）

部分型号模块需要对模块本身供电。如331-7KF02/7KB02等。

解决方案：

请检查供电接线是否接；接线是否牢靠。具体接线请参看文档：扩展模块接线

检查电源是否正常供电；

检查前连接器（接线端子）是否插牢到位，建议重新拔插。

组态和实际不一致

解决方案：

首先检查组态的订货号与实际硬件模块是否一致

对于如331-7KF0/7KB02等模块，模块侧面的量程卡设置要与软件中组态保持一致（注意量程卡选则为箭头所指位置）。量程卡设置具体请参看文档：扩展模块接线

通道错误

通常为在组态设置中勾选了诊断功能，当模块通道出现外部断线/超量程等情况时，SF灯亮。

解决方案：

此诊断功能为自行勾选（非默认），如无必要可在组态中取消即可。

如需要此功能，则出现外部断线/超量程等情况时，SF灯亮为正常现象。无法消除。

模块指示灯正常，但监看数值一直显示“0"

检查硬件组态中是否配置，并编译下载

在读取数值时，建议采用PIW的方式读取，而非IW。

例如读取组态地址为258的模块地址时，使用PIW258读取。

具体原因是过程映像区的问题，请参看文档：过程映像区与外设地址

数值显示不正确，误差较大

此种现象通常为有数值显示且随被测对象数值变化而变化，但数值与实际被测对象误差很大。

解决方案：

 检查模块组态中选择的电压/电流/电阻，以及量程如+-10V，0-20ma，4-20ma，等设置与实际传感器参数是否一致。

如不确定，建议将CPU中组态上载查看其中组态。或在允许CPU停机情况下，编译保存组态后，重新下载。

 输入为电流电压时，用万用表测量电流（将万用表串入回路中）/电压（将万用表并在信号正负）是否正常。

如电流电压信号换算后与实际被测对象物理量程不匹配，则可判断为外部传感器问题，建议更换传感器测试

如电流电压信号换算后与实际被测对象物理量程匹配，则进入下一步检查。

更换通道测试，且只测试单通道，其他通道的接线要拆除（防止引入干扰）。

如仍误差较大，则考虑是否为模块硬件故障；可将AO模块通道接入AI模块通道给定数值测试；如仍有较大误差可判断为模块硬件故障。

建议联系售后。

数值上溢显示32767（16#7FFF）

通常为模块与传感器之间存在的共模电压差，超过了模块承受的最大值。

此时请按顺序检查并操作：

接线电缆采用屏蔽双绞线。屏蔽层在PLC侧单端接地。

务必严格按照接线图接线。各模块接线请具体参看手册：SIMATIC S7-300模块数据

对于需要电压型传感器，以及非模块供电的电流型传感器，需要将各通道的M-端与COMP，MANA，24VDC-端短接起来，并一同接地

以7KF02接电流型传感器为例：

如图，对于电流型3，4线传感器，需要将M-端与10，11短接，并与24VDC负端共同接地。

数值下溢显示-32768（16#8000）

通常为传感器正负线接反，或共模电压差导致。

对调+-线测试。可用万用表测试有无正常量程范围内的电压或电流信号。

参考如上“数值上溢显示32767（16#7FFF）"方式解决。

数值波动，跳变

对于小范围的波动跳变，如0-27648取值量程下，+-100的数值波动通常是由于传感器本身抗干扰性能及线缆上较弱的干扰综合导致的。只要是在工程上可接受的精度，都是可接受的。

通常可通过对读取的数值作限幅处理。

例如对正常取值范围为0-27648；可设置0值以下均作为0数值，27648以上数值均作为27648，作后续数值转换。

对于大范围高频次的波动跳变，仍然是现场干扰引起：

 首先用万用表测量电压或电流信号是否稳定，

如不稳定，则为传感器侧被干扰，则考虑传感器本身的抗干扰能力及周围环境EMC；此时需要对传感器本身进行屏蔽，接地等处理。

如稳定，进入下一步检查。

参考如上“数值上溢显示32767（16#7FFF）"方式解决。