جديد في الصندوق سيمنز 6ES7331-7KF02-0AB0 PLC 6ES7 3317KF020AB0 6ES7331-7KFO2-OABO

سيمنس 6ES7331-7KF02-0AB0 ∙ SIMATIC S7-300 SM 331 وحدة مدخلات مماثلة 8 قنوات معزولة، 9/12/14 بت قابلة للاختيار، الجهد / التيار / الحرارة / RTD، التشخيص، 20 قطب

نظرة عامة

الـسيمنز 6ES7331-7KF02-0AB0هي واحدة من أكثر وحدات المدخلات التناظرية تنوعًا واستخدامًا على نطاق واسع في محفظة SIMATIC S7-300.

يقوم SM 331 AI 8×12Bit بشيء لا تفعله معظم وحدات المدخلات التناظرية في السوق: إنه يتعامل مع أربع فئات إشارة مختلفة تمامًاومقاومة/RTD على نفس الوحدة، مع كل مجموعة قناة قابلة للتكوين بشكل مستقل من خلال معايير STEP 7.

يمكن لوحدة واحدة بعرض 40 ملم في رف S7-300 قراءة أجهزة نقل الضغط في وقت واحد عند 420mA على القنوات 1 و 2 ، مقياس تدفق عند 010V على القناة 3 ،أجهزة استشعار درجة حرارة الحرارة على القنوات 5 ∼ 6، و Pt100 عناصر درجة حرارة RTD على القنوات 7 ٪ 8 ، لا يوجد مكيّفات أجهزة إضافية ، لا توجد وحدات متخصصة منفصلة ،لا توجد ترتيبات سلكية معقدة فقط تكوين معايير مجموعة القنوات لتتناسب مع أنواع أجهزة الميدان.

هذه القدرة متعددة الأنواع هي نتيجة مباشرة لبنية ADC المتكاملة للوحدة جنبا إلى جنب مع تكييف إشارة الجبهة القابلة للبرمجة.

يتم تعريف نوع قياس كل قناة إدخال في البرنامج (تكوين الأجهزة الخطوة 7) ، وتقوم الوحدة بتعديل معوقة الإدخال الداخلية والتنسيق وخوارزمية التحويل وفقًا لذلك.

قنوات الحرارة تطبق منحنى التخطيط غير الخطي المناسب (تصحيح معامل Seebeck) لتحويل إشارة الميلي فولت إلى وحدة درجة حرارة هندسية.قنوات التطوير والتطوير التقني تطبق إما معادلة Callendar-Van Dusen للخطية Pt100 أو الكلي الملائم لـ Ni100، تلقائيًا حسابًا للعلاقة غير الخطية بين المقاومة ودرجة الحرارة.

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.

المواصفات الرئيسية

الدقة مقابل سرعة التحويل

إن دقة SM 331 ليست مواصفات ثابتة ، بل هي معيار قابل للبرمجة يحدد سرعة التحويل لكل زوج من القنوات.

يعني مبدأ التكامل في ADC أن أوقات التكامل الأطول تنتج تحويلات أكثر دقة (أعلى دقة) ، في حين أن أوقات التكامل الأقصر تضحي بالقرار من أجل تحديثات أسرع.فهم هذه المقايضة أمر ضروري لتكوين الوحدة بشكل صحيح:

9-بيت (2.5ms الاندماج):يتم تعيين أسرع إعداد عند استخدام الديناميكيات السريعة للعملية ودقة القياس ثانوية.

يعطي دقة 9 بت (512 خطوة على نطاق المدخل الكامل) حوالي 20mV على مدخل ± 5V ، وهو ضخم بمعايير التحكم في العملية.

تطبيقات هذا الإعداد غير عادية في قياسات العملية في الحالة الثابتة ولكن قد تنطبق على سيناريوهات تحكم الآلة سريعة الدورة حيث يتم تحديث قيمة مشابهة تقريبًا بسرعة.

12-بيت (16.67ms أو 20ms الاندماج):الإعداد القياسي لمعظم تطبيقات التحكم في العمليات، والذي يرتبط برفض الضوضاء على 50 هرتز و 60 هرتز على التوالي.

يمنح دقة 12 بت (4096 خطوة) دقة حوالي 2.5mV على مدخل ± 5 فولت أكثر من كافية لدقة ± 0.5٪ نموذجية لحلقات التيار 4 ′′ 20mA وأجهزة الإرسال الصناعية.

إن رفض الضوضاء عند 50 هرتز أو 60 هرتز التكامل أمر بالغ الأهمية: هذه الترددات هي بالضبط تداخلات شبكة التيار المترددودمجها على مدار دورة واحدة بالضبط للإنترنت يلغي عنصر التيار المتردد في نتيجة ADC.

14-بيت (100ms الاندماج):أعلى دقة، تتوافق مع رفض الضوضاء 10 هرتز.

الوضع 14 بت (16384 خطوة، حوالي 0.6mV دقة على ± 5V) يستخدم لقياسات الحرارة و RTD حيث مستويات الإشارة هي ملي فولت ودقة قياس الانجراف الحراري أكثر أهمية من سرعة التحديث.

تتغير عمليات درجة الحرارة ببطء بما فيه الكفاية أن وقت التحويل 100ms مقبول تمامًا.

العزلة البصرية لماذا يهم في البيئات الصناعية

عزل SM 331 البصري بين الدوائر الميدانية والسطح الخلفي S7-300 ليس ميزة تسويقية ‬ إنها ضرورة هندسية في العديد من بيئات التثبيت.يتم توصيل إشارة عودة كل جهاز ميدانية (0 فلت مرجعية) إلى الأرضية الخلفية لجهاز التحكم من خلال سلك الدخول في الوحدة.

في المنشأة الكبيرة حيث يتم توزيع أدوات الميدان على أرضية المصنع،يمكن أن تكون نقاط التأرجح المختلفة في إمكانيات مختلفة بسبب حلقات الأرض ✓ المسارات الحالية التي تتشكل من خلال مزيج من أساسات هيكل جهاز الميدان، دروع الكابلات، والبناء الصلب الهيكلي.

تظهر هذه الاختلافات في إمكانات الأرض على أنها جهدات الوضع المشترك عبر المدخلات التفاضلية للوحدة التناظرية وتفسد القياس.

يقطع العزل البصري هذا المسار الشائع للجهد: تعبر إشارة المجال من الأسلاك الميدانية إلى الإلكترونيات الرقمية عبر حاجز ضوئي ، دون اتصال موصل.

يتم حجب الجهد في الوضع المشترك حتى معدل العزلة المسموح به (250 فولت AC) بين الدائرة الميدانية والخط الخلفي لـ PLC بواسطة الحاجز البصري ولا يؤثر على القياس.

في المنشآت ذات محركات التردد المتغير، ومحركات بدء التشغيل، وأجهزة الميدان المرتبطة بالمحول على البنية التحتية للكابلات المشتركة، فإن العزل البصري هو الفرق بين المستقر،القياسات الدقيقة والانحراف غير المبرر للقيمة التناظرية والضوضاء.

مدخلات المزدوج الحراري ‬ خطية ومكافأة التقاطع البارد

يقدم قياس المزدوج الحراري تحديين يعالجها SM 331 داخلياً. أولاً ، فإن جهد Seebeck الذي يولده المزدوج الحراري غير خطي نوع K المزدوج الحراري الذي يولد 41.269mV عند 1000 درجة مئوية ولكن فقط 20.644mV عند 500 درجة مئوية، وليس 20.635mV كما يتوقع نموذج خطي بحت.

تطبق SM 331 جدول خطية ITS-90 المناسب لكل نوع من أجهزة الطاقة الحرارية (E ، J ، K ، L ، N)تحويل القراءة الخام في الميلي فولت مباشرة إلى درجة الحرارة دون أي برمجة مطلوبة في رمز المستخدم S7-300.

ثانياً، قياسات المزدوج الحراري تتطلب تعويضات التقاطع البارد:ويتوافق جهد Seebeck مع الفرق في درجة الحرارة بين التقاطع الساخن (في نقطة قياس العملية) والتقاطع البارد (حيث يتم توصيل سلك الحرارة إلى الأداة).

قياس SM 331 لدرجة الحرارة في محطاتها الخاصة (الارتباط البارد) باستخدام جهاز استشعار داخلي للحرارة ،ويضيف هذه التعويضات إلى الجهد Seebeck المقاسة لإنتاج درجة حرارة مطلقة من التقاطع الساخن.

هذه التعويضات الداخلية دقيقة عندما يكون SM 331 في درجة حرارة متساوية معروفة في خزانة التحكم المدارة جيدًا في 20-40 درجة مئوية محيطة.التعويض الداخلي كاف لمعظم متطلبات التحكم في العملية.

للحصول على دقة المختبر ، يوفر صندوق تعويض التقاطع البارد الخارجي قياس درجة حرارة التقاطع المرجعية في نقطة نهاية السلك.

قدرات مراقبة وتشخيص كسر الأسلاك

يوفر SM 331 رصدًا نشطًا لقطع الأسلاك على القنوات المهيكلة. بالنسبة لحلقات التيار الحالية 4 ′′ 20mA ، تشير إشارة أقل من 3.6mA (أقل من خط الأساس العادي 4mA الحي الصفر) إلى وجود سلك مكسور ،جهاز إرسال فاشل، أو جهاز استشعار غير يعمل ‬ تكتشف الوحدة هذه الحالة وتولد انقطاع تشخيصي.

بالنسبة لدخول الحرارة ، تطبق الوحدة تيار تحيز صغير وتراقب عائق المدخل ‬ يتم الكشف عن حرارة دائرة مفتوحة (سلك مكسور أو وصلة معطلة) وتبلغ عنها.

بالنسبة لدخولات الجهد ، لا يكون الكشف عن كسر الأسلاك ذو مغزى (دخل الجهد العائم في الدائرة المفتوحة يقرأ قيمة غير محددة ، وليس مؤشر خطأ محدد).

يتم الاتصال بهذه التشخيصات عن طريق آلية انقطاع التشخيص S7-300: عندما يتم الكشف عن كسر الأسلاك ، يؤدي SM 331 إلى انقطاع ينشط OB82 في برنامج وحدة المعالجة المركزية S7-300.

تتلقى كتلة منظمة OB82 المعلومات التشخيصية بما في ذلك رقم القناة ونوع الخطأ ويمكن للمبرمج كتابة OB82 لتوليد إنذار، تسجيل الحدث،أو استبدال قيمة احتياطية آمنة للقناة الفاشلة في برنامج التحكم.

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.

الأسئلة الشائعة

س1: كم عدد القنوات التي يمكن أن تكون نشطة في نفس الوقت، ويمكن لأزواج القنوات المختلفة استخدام أنواع قياس مختلفة على نفس الوحدة؟

يمكن أن تكون جميع القنوات الثمانية نشطة في وقت واحد ، فإن SM 331 تحول جميع القنوات المفعولة بشكل دوري ، وليس واحدة في وقت واحد بطريقة قابلة للاختيار. ومع ذلك ، يتم تجميع القنوات في أزواج (قنوات 0 ′′ ،2 ¢3، 4 ′′ 5، 6 ′′ 7) ، ويجب تكوين جميع القنوات داخل زوج مع نفس نوع القياس والقرار.

هذا يعني أنه يمكنك الحصول على: قنوات 0 ′′1 تم تكوينها لـ 4 ′′20mA التيار (12-بيت) ، قنوات 2 ′′3 لـ ± 10V الجهد (12-بيت) ، قنوات 4 ′′5 للنوع K الحرارية (14-بيت) ،و القنوات 6 ′′ 7 لـ Pt100 RTD (14-bit) ′′ جميعها تعمل في وقت واحد على نفس الوحدة.

القيود الوحيدة هي تجميع الأزواج ، حيث تشارك كل من القنوات في الزوجين نفس التكوين. هذه الهندسة المعمارية ذات الأربعة أزواج قابلة للتكوين بشكل مستقل هي ما يجعل SM 331 متعددة الاستخدامات:تتعامل وحدة واحدة مع معظم تنوع الإشارات التي يقدمها عادةً منشأة محطة معالجة.

س2: كيف يحقق مبدأ التحويل المتكامل قمع التداخل ، وما هو وقت التكامل الذي يجب اختياره لأنظمة الطاقة 50 هرتز مقابل أنظمة 60 هرتز؟

يعمل ADC المتكامل (الميل المزدوج) عن طريق شحن مكثف بإشارة المدخل لفترة زمنية ثابتة (وقت التكامل) ،ثم قياس كم من الوقت يستغرق لتفريغ المكثف في معدل المرجعية.

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.

هذا يسمى قمع التداخل المتزامن. بالنسبة لمصادر التيار المتردد 50 هرتز (التي تنتشر في أوروبا وآسيا وأستراليا) ، يضمن تحديد وقت التكامل 20 ميس التكامل بدقة دورة 50 هرتز كاملة واحدة.إلغاء تداخلات تردد الشبكة.

بالنسبة لمصادر التيار المتردد 60 هرتز (أمريكا الشمالية وأجزاء من آسيا وأمريكا الجنوبية) ، يضمن اختيار 16.67ms دمج دورة 60 هرتز كاملة واحدة بالضبط.

إن اختيار وقت التكامل الخاطئ لوتيرة الشبكة المحلية يؤدي إلى انخفاض كبير في رفض الضوضاء

إعداد 50 هرتز هو الأكثر شيوعًا على مستوى العالم ؛ يجب تحديد 60 هرتز بشكل صريح للمنشآت في أمريكا الشمالية.

إن إعداد 400 هرتز (2.5 ميس) لا يوفر أي قمع كبير في الشبكة ويهدف إلى القياسات الديناميكية عالية السرعة ، وليس متغيرات العملية في الحالة الثابتة.

السؤال 3: ما هو أقصى طول للكابلات للاتصالات الحرارية و 420mA إلى SM 331 ، وما هو نوع الكابل الموصى به؟

لربطات الحرارة،الكابل هو سلك تمديد العامل الحراري أو كابل تعويضي كابل خاص مع الموصلات المصنوعة من نفس سبيكة (أو سبيكة معادلة كهربائياً حرارياً) مثل العامل الحراري نفسه.

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.

يجب حماية كابل تمديد العامل الحراري لرفض التداخلات الكهرومغناطيسية ، ويجب تأمين الدرع في نهاية واحدة فقط (عادة في نهاية SM 331) لتجنب خلق حلقات الأرض.

يقتصر طول الكابل الأقصى للاتصالات الحرارية عادةً على مقاومة الكابل SM 331 يقبل مقاومات مصدر تصل إلى عدة كيلوومترات دون تدهور دقيق كبير.

بالنسبة لحلقات التيار 4 ′′ 20mA ، تعمل الحلقة على مبدأ أن حجم التيار مستقل عن مقاومة الكابل حتى الحد الأقصى لجهد التوافق في الحلقة.عادة ما يكون كابل الأجهزة الملتوية الملتوية المعيارية (Belden 8760 أو ما يعادلها) في 18 ′′ 22 AWG.

يمكن أن تعمل الحلقة على مئات الأمتار من الكابلات دون تدهور الإشارة ، شريطة أن تكون المقاومة الكلية للحلقة ضمن مواصفات الجهد المتوافق مع جهاز الإرسال.

س4: كيف يتم تكوين SM 331 في STEP 7، وهل تتوفر انقطاعات الأجهزة لانتهاك الحد على هذه الوحدة؟

يتم تكوين SM 331 في أداة HW Config (تكوين الأجهزة) في STEP 7 عن طريق تحديد الوحدة من كتالوج الأجهزة وفتح حوار المعلمات.

تتضمن معايير التكوين: تفعيل/إيقاف تشغيل القناة لكل قناة، ونوع القياس (الجهد، التيار، نوع الحرارة، نوع RTD) لكل زوج قناة.وقت الاندماج / الدقة لكل زوج قنوات، تمكين انقطاع التشخيص (رصد قطع الأسلاك) ، وتمكين انقطاع العملية مع القيم القصوى العليا والسفلية القابلة للتكوين لكل قناة.

عندما يتم تمكين انقطاع العملية وتعبر القيمة المقاسة حدًا معينًا ، فإن SM 331 تولد انقطاعًا في الأجهزة يؤدي إلى تشغيل OB40 في وحدة المعالجة المركزية.يتلقى OB40 رقم القناة وحالة التفوق / التدفق المنخفض، مما يسمح للمبرمج بالرد على الفور على حوادث الحد من العملية دون استطلاع.

كل من انقطاع التشخيص (OB82 ، للكسر في الأسلاك وفشل الأجهزة) وانقطاع العملية (OB40 ،لانتهاك الحد) يجب برمجتها في تطبيق S7-300 إذا لم تكن OB40 أو OB82 موجودة في البرنامج، سوف تتحول وحدة المعالجة المركزية إلى STOP عندما يحدث انقطاع من SM 331 ، لأن الانقطاعات غير المعالجة تعتبر أخطاء قاتلة في نظام S7-300.

س5: ما هو الفرق بين SM 331 7KF02-0AB0 و SM 331 1KF00-0AB0 الأبسط ، وكيف يجب على المهندس الاختيار بينهما؟

تتشارك الوحدتين نفس عدد القنوات (8) ونفس عامل الشكل المادي (20 قطبًا ، فتحة رف S7-300 القياسية) ، ولكنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في القدرة والتكلفة.

الـ 6ES7331-1KF00-0AB0 هي وحدة الدخول التناظرية ذات 8 قنوات غير المعزولة ذات التكلفة المنخفضة ‬ إنها لا توفر عزلًا بصريًا بين دوائر الميدان والصفحة الخلفية ،الحد من استخدامه إلى المنشآت التي تتشارك فيها جميع أدوات الميدان في مرجعية أرضية مشتركة مع PLC وحيث لا تشكل مشاكل الحلقة الأرضية مصدر قلق.

يدعم قياس الجهد والتيار ولكن ليس المدخلات الحرارية أو RTD بشكل أصلي.

6ES7331-7KF02-0AB0 (هذه الوحدة) توفر العزل البصري الكامل، والقرار قابل للاختيار (9/12/14 بت) ، والتغطية الكاملة للجهد، والتيار، والثيرموبول (E، J، K، L،N مع خطية الأجهزة)، ومدخلات التطوير والتطوير (Pt100، Ni100 مع خطية). القدرة الإضافية تأتي بتكلفة أعلى ٪ 7KF02 هو ما يقرب من ضعف سعر 1KF00 في ظروف السوق العادية.

مبدأ الاختيار هو: استخدام 1KF00 للتطبيقات الحساسة للتكلفة حيث جميع الإشارات هي الجهد أو التيار، بيئة التثبيت نظيفة كهربائيا،و عزل الحلقة الأرضية غير مطلوب.

استخدم جهاز 7KF02 عندما تكون مدخلات الحرارة أو RTD موجودة ، عندما يتضمن التركيب محركات تردد متغير أو محركات كبيرة أو مصادر EMI أخرى ،عندما يتم توزيع أدوات الميدان في جميع أنحاء المصنع مع نقاط أرضية مختلفة، أو عندما يتطلب تطبيق القياس أعلى دقة توفرها دقة 14 بت.