西門子模塊6SL3120-2TE13-0AD0

概述

SIMATIC ET 200 為所有應用提供解決方案

SIMATIC ET 200 有豐富的分布式 I/O 系統可供選用，既可以用在控制柜中，也可以直接用在不帶控制柜的機器上，還可在危險區域中使用域。模塊化的設計讓您能夠輕松、快速地調整和擴展 ET200 系統。已集成的附加模塊可以降低成本，同時拓寬了應用范圍。您可以從多種不同的組合方案中進行選擇：數字量和模擬量輸入/輸出、帶 CPU 的智能模塊、安全系統、電機啟動器、氣動裝置、變頻器以及各種不同的技術模塊（例如，計數、定位等）。

通過 PROFIBUS 和 PROFINET 進行的通信、統一的工程組態、透明診斷功能以及 SIMATIC 控制器和 HMI 單元的接口，都證明全集成自動化具有的集成功能。

PROFINET

PROFINET 是自動化領域中的開放式、跨供應商工業以太網標準 (IEC 61158/61784)。

PROFINET 基于工業以太網，可實現現場設備（IO 設備）和控制器（IO 控制器）之間直接通信，能夠用于運動控制應用的同步驅動控制解決方案。

PROFINET 基于符合 IEEE 802.3 標準的標準以太網技術，可將現場層的任何設備連接到管理層。

這樣，PROFINET 可實現系統范圍內的通信、工廠范圍內的工程組態，并將 Web 服務器或 FTP 等 IT 標準技術一直應用到現場層。可以方便地集成經過反復檢驗的現場總線系統（如 PROFIBUS 或 AS-Interface），無需對現有設備進行任何改動。

PROFIBUS

PROFIBUS 是工業現場級的標準 (IEC 61158/61784)。它是經認可的在加工制造和過程工業兩種領域均可進行通訊的現場總線。

PROFIBUS 用于將現場設備（如分布式 I/O 設備或驅動器）連接到自動化系統（如 SIMATIC S7、SIMOTION、SINUMERIK 或 PC 機）。

PROFIBUS 是標準化的現場總線，符合 IEC 61158 規范，是功能強、開放式、堅固耐用、響應時間短的現場總線系統。PROFIBUS 有多種規格，可用于各種應用環境。

PROFIBUS DP（分布式 I/O）

PROFIBUS DP 用于連接分布式現場設備（如 SIMATIC ET 200）或響應時間極快的驅動器。PROFIBUS DP 用在傳感器/執行器分布在機器或廠房內的情況（如，現場級別）。

AS-Interface

AS-Interface 符合標準 (IEC 62026/EN 50295)，可代替電纜束，只需一條雙股線即可極其經濟可靠地將傳感器和執行器連接起來。這條雙股線還用于為各個工作站提供電力。這樣，AS-Interface 就成為 PROFINET 和 PROFIBUS DP 的理想接口。借助于 ET 200SP 中的 AS-Interface 通信模塊，可將 AS-Interface 和分布式 I/O 靈活組合。AS-Interface 在同一個 AS-I 網絡中傳送標準數據和安全數據，安全等級高達 PL e / SIL 3。AS-Interface 不僅適合高效傳輸數字量和模擬量 I/O 信號，還適用于用戶友好地連接急停按鈕和防護門。

IO-Link

通過通信標準 IO-Link，可將傳感器和分斷裝置智能連接到控制層。IO-Link 促進了控制柜和現場層中了所有部件的集成，實現直至終過程儀表的大集成度和無縫通信。

西門子的 IO-Link 解決方案可確保任何生產系統實現精度和經濟實用性。IO-Link 已*集成在全集成自動化 (TIA) 中，具有眾多優點。

• 借助于開放式標準，可以將來自不同廠商的設備聯網

• 簡易接線促進了安裝過程

• 接線工作量減少，節省了安裝時間與成本

• 高效工程組態功能促進了組態與調試

• 高速診斷可確保縮短工廠停產時間，實現較高工廠可用性

• 較高的過程透明度可實現高效功耗管理

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串行技術在工業檢測系統中的應用

一、前言

剛生產出來的冰箱、冷柜的合格與否由許多指標決定，而制冷性能是其中的一個重要指標。最初的制冷性能是靠人工目測溫度計進行檢驗的（僅僅檢測到某一瞬間的溫度參數，而不是整個生產過程），這不僅浪費人工，還存在著很大的誤差。為此設計了一個小型的分散控制系統，通過網絡將分布在工業現場的控制站、檢測站和操作中心等連接起來，共同完成分散控制和集中操作、管理的綜合控制系統。該系統通過對冰箱、冷柜的制冷實時檢測，不僅可得到高精度的溫度參數，還可繪制各種曲線，并就其曲線判斷冰箱、冷柜的合格與否，存在什么缺陷，同時進行報表管理及統計。由此可見，系統利用計算機替代原有人工檢測，既提高了企業自動化程度，降低出錯率，又有助于企業管理。

二、系統組成

本系統是針對冰箱檢測系統的容量特點而設計的。整個系統由溫度巡檢儀和上位機組成，檢測單元為溫度巡檢儀，分散到一條或半條線為一個分散單元（進程級），然后各個分散單元由RS-422網絡組成分散系統。系統原理圖如圖1所示。

圖1　系統原理圖

現場溫度經傳感器變換成電流傳送給各自的巡檢儀，每臺巡檢儀對64路傳感器信號進行循環采集、處理、顯示，當上位機尋址到該巡檢儀時，該巡檢儀通過20mA電流環串行通信方式傳輸給上位機。上位機通過串行口得到數據，完成數據長久保存、數據查詢、打印報表和曲線等功能。

三、溫度巡檢儀

溫度巡檢儀是本系統的基礎。溫度巡檢儀可分成三大模塊：數據模塊、單片機擴展和通信接口。組成框圖如圖2所示。

圖2　溫度巡檢儀硬件組成框圖

　　它是以單片機8031為核心器件，感溫元件AD590J得到的溫度信號，經過模擬開關選擇、電流電壓變換、信號放大、A/D轉換，變為數字信號，該信號經CPU處理后，進行顯示和通信。
　　傳感器采用的是美國Analog Devices公司生產的二端式集成溫度-電流傳感器AD590J，具有體積小、重量輕、線性度好、性能穩定等優點，且適合遠距離測量和傳輸，抗干擾性強。其技術指標為：測溫范圍為-55℃～+150℃，線性電流輸出為1μA/K，電壓穩定度為1%時，所產生的誤差只有±0.01℃。
　　多路模擬開關選用CD4051。1片CD4051完成1路～8路模擬信號的輸入選擇與切換，64路模擬量需要8片CD4051完成。CD4051的開關漏電流為0.08nA，而信號源的線性電流為1μA/K，因此CD4051的開關漏電流對于信號源的影響可以忽略不計。
　　根據設計要求，傳感器的輸出信號電流I不足以A/D處理，需對信號進行轉換和放大。本系統采用低失調低漂移的運算放大器OP07作為信號放大和轉換，OP07的輸入失調電壓溫漂dU/dT和輸入失調電流溫漂dA/dT都很小，分別為0.7mV/℃和12pA/℃，精度比較高，適用于直流及低速的微弱信號放大，轉換速率低（0.17V/μs），內附相位補償線路。溫-壓信號轉換原理圖如圖3所示。

圖3　信號調理電路

　　輸出輸入關系為：-I=U/R2+U1/R1。I隨著溫度的增加而上升，每增加1℃，I上升1μA。U=-R2^*（I+U1/R1），顯然輸出電壓和輸出電流成線性關系，故輸出電壓和溫度也成線性關系。根據測量范圍，選擇電阻的阻值和電壓U1。
　　根據誤差分配原則，A/D變換精度至少要高于要求的測量精度一個量級。綜合考慮A/D轉換速度、抗干擾性、價格性能比等指標，本系統選用了逐次逼近型AD574A A/D轉換接口。
　　8031譯碼輸出選擇模擬開關，對選定傳感器的溫度信號進行采集、處理、存儲、現場顯示，及對上位機的訪問。

四、通信接口電路

　　由一臺IBM PC作為主機，多臺MCS-51單片機作為從機，通過RS-422總線互連成主從式總線型多微機通信系統，為小型分布式控制系統DCS。
　　圖4表示一臺IBMPC為主機，多臺MCS-51單片機組成的總線型多微機通信系統。IBM-PC通過機內的異步通信適配器掛在總線上，異步通信適配器的核心是8250芯片，在功能上相當于串行接口芯片。每臺MCS-51都是通過片內的串行口經過驅動器轉換后掛在總線上。IBM-PC的異步通信適配器提供的信號符合RS-232C總線標準，MC-51串行口提供的信號在功能上支持RS-232C總線標準，但在電平上不符合RS-232C標準的規定，必須經過MC-1488、MC1489變換。但是由于RS-232C總線標準本身存在缺陷，所以在本系統中我們采用了RS-422總線標準，電平先經過MC-3486、MC-3487變換，最后經MC-1488、MC-1489轉換與主機通信。

圖4　總線型多微機通信系統

　　RS-232C是異步串行通信中應用*的標準總線，其本身是一種協議標準，又是一種電氣標準，描述了數據終端DTE和通信設備DCE之間信息交換的方式和功能。但是支持RS-232C總線標準的串行接口芯片在電氣特性上并不符合RS-232C的規定，該芯片的信號電平為TTL級，而RS-232C要求的電平范圍比TTL級高得多。因此必須經過電平轉換。變換電路如圖5所示。

圖5　RS232C電氣圖

圖6　RS422電氣圖

　　RS-232C總線存在的問題有：傳送距離過近，不超過15m；單端輸入，抗干擾能力差；傳輸速率偏低，僅20KBps等。而RS-422總線標準又稱雙端接口電氣標準或平衡傳輸電氣標準，是一種平衡驅動、差分接收的接口標準。RS-422電氣連接如圖6所示。
　　比較圖5與圖6，RS-422不同于RS-232C的地方在于傳輸數據的是兩條平衡導線。所謂“平衡"是指輸出端為雙端平衡驅動器，輸入端為雙端差分放大器。這一改變有三大好處：
　　1　如果傳輸過程中混入干擾與噪聲，由于雙端輸入差分放大作用，使干擾噪聲互相抵消，從而增強總線的抗干擾能力。
　　2　這種接法由兩條信號線形成回路，與信號地無關，雙方的信號地也不必連在一起，這樣避免了“電平偏移"，同時解決了潛在接地的問題。
　　3　RS-422輸出端采用雙端平衡驅動，比單端不平衡驅動對電壓信號的放大倍數要大一倍。
　　RS-422所能達到的通信指標為：傳送距離為12m時，速率達10Mb/s；傳送距離為120m時，速率達1Mb/s；傳送距離為1200m時，速率達100Kb/s。所以我們用RS-422總線互連成總線型多微機通信系統。
　　在MCS-51端使用RS-422電平轉換調整和20mA電流環串行接口。
　　20mA電流環是目前串行通信中應用*泛的一種接口電路，它是低阻傳輸線對電噪聲不敏感，且易實現光電隔離。光電隔離器根據所需傳送速率選擇，在此選用TLP521-4光電隔離器。本系統是RS-422與光電隔離器相結合用于串行通信電路。如圖7所示。此電路有很好的抗干擾能力，可防止強信號直接過來，增強系統可靠性。

圖7　20mA電流環串行接口

五、結束語

　　總之，為提高系統的可靠性，系統采用了以下幾種技術：
　　1　傳感器與下位機采用電流傳輸，以提高信號的傳輸距離和抗干擾性，采用適合現場使用的溫度-電流傳感器AD590J。
　　2　下位機與上位機采用20mA電流環、RS-422標準串行接口通信技術，以提高抗干擾性和減少傳輸誤碼率。
　　3　采用軟、硬件抗干擾技術，以保證整個系統的可靠運行。
　　4　采用薄膜面板技術，使人機界面友好，便于操作。
　　5　系統軟、硬件采用模塊化設計思想，以提高系統的可維護性。
　　6　AD590J的調試采用軟件校正