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PLC speicherprogrammierbare Steuerung
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| Herkunftsort | Deutschland |
| Markenname | SIMENS |
| Zertifizierung | CE RoHS |
| Modellnummer | 6ES7331-7KF02-0AB0 |
DieDies ist der Fall, wenn die Anlage nicht in der Lage ist, die Anlage zu verarbeiten.ist eines der vielseitigsten und am weitesten verbreiteten analogen Eingangsmodule im SIMATIC S7-300-Portfolio.
Das SM 331 AI 8×12Bit macht etwas, was die meisten analogen Eingangsmodule auf dem Markt nicht tun: Es verarbeitet vier völlig unterschiedliche Signalkategorien ∙ Spannung, Strom, Thermoelement,und Widerstand/RTD auf demselben Modul, wobei jede Kanalgruppe unabhängig voneinander durch STEP 7-Parameter konfigurierbar ist.
Ein einzelnes 40 mm breites Modul im S7-300-Rack kann gleichzeitig Drucktransmitter bei 420 mA auf Kanälen 1 und 2 und einen Durchflussmesser bei 010 V auf Kanal 3 ablesen.Temperatursensoren mit Thermoelementen auf den Kanälen 56, und Pt100 RTD-Temperaturelemente auf den Kanälen 78. Keine zusätzlichen Hardwareadapter, keine separaten spezialisierten Module,keine komplizierten Verkabelungsvorrichtungen .
Diese Multi-Typ-Fähigkeit ist eine direkte Folge der integrierenden ADC-Architektur des Moduls in Kombination mit programmierbarer Frontend-Signalkonditionierung.
Der Messtyp jedes Eingangskanals wird in der Software definiert (STEP 7-Hardware-Konfiguration) und das Modul passt seinen internen Eingangsimpedanz-, Skalierungs- und Umwandlungsalgorithmus entsprechend an.
Thermoelementkanäle verwenden die entsprechende nichtlineare Linearisierungskurve (Seebeck-Koeffizientkorrektur) zur Umwandlung des Millivolt-Signals in eine Techniktemperatureinheit;FTE-Kanäle wenden entweder die Callendar-Van Dusen-Gleichung für die Linearisierung von Pt100 oder das entsprechende Polynom für Ni100 an., die automatisch die nichtlineare Widerstands-Temperatur-Beziehung berücksichtigt.
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.
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Kanäle | 8 (isoliert) |
| Entschließung | 9/12/14-Bit auswählbar |
| Meßprinzip | Integration |
| Spannungsbereiche | ±80mV bis ±10V (8 Bereiche) |
| Aktuelle Bereiche | ±3,2 mA bis 0/4 ∼20 mA |
| Thermoelementtypen | E, N, J, K, L |
| FTE-Typen | Pt100, Ni100 |
| Versorgungsspannung | 24VDC |
| Isolation | Optik (ganz galvanisch) |
| Vordersteckverbinder | 20-Polar-Hot-Swap |
| Diagnostik | Trenndrähte, Grenz-Alarme |
Die Auflösung des SM 331 ist keine feste Spezifikation, sondern ein programmierbarer Parameter, der die Umwandlungsgeschwindigkeit für jedes Kanalpaar bestimmt.
Das Integrationsprinzip des ADC bedeutet, dass längere Integrationszeiten genauere (höhere Auflösung) Konvertierungen erzeugen, während kürzere Integrationszeiten die Auflösung für schnellere Updates opfern.Das Verständnis dieses Kompromisses ist für die korrekte Konfiguration des Moduls unerlässlich:
9 Bit (2,5 ms Integration):Die schnellste Einstellung ist nützlich, wenn die Prozessdynamik schnell ist und die Messgenauigkeit sekundär ist.
Die 9-Bit-Auflösung (512 Schritte über den gesamten Eingangsbereich) liefert eine Auflösung von etwa 20 mV bei einem Eingang von ±5 V, der nach Prozesssteuerungsstandards grob ist.
Anwendungen dieser Einstellung sind in der Steady-State-Prozessmessung ungewöhnlich, können jedoch für Schnellzyklusmaschinensteuerungsszenarien gelten, bei denen sich ein großer analoger Wert schnell aktualisiert.
12-Bit (16,67ms oder 20ms Integration):Die Standard-Einstellung für die meisten Anwendungen der Prozesssteuerung, korrelierend mit der Geräuschablehnung von 50 Hz bzw. 60 Hz.
Die 12-Bit-Auflösung (4096 Schritte) liefert eine Auflösung von ca. 2,5 mV auf einem ±5 V-Eingang mehr als ausreichend für die ±0,5%-Genauigkeit, die typisch für Stromschleifen von 4 20 mA und industrielle Sender ist.
Die Geräuschabstoßung bei 50Hz oder 60Hz Integration ist entscheidend: Diese Frequenzen sind genau die Wechselstromnetz Störungen, die in Feldinstrument Verkabelung,und integriert über genau einen Netzzyklus annulliert die AC-Komponente in ADC Ergebnis.
14 Bit (100 ms Integration):Die höchste Auflösung, korreliert mit 10Hz Geräuschablehnung.
Der 14-Bit-Modus (16384 Schritte, etwa 0.6mV Auflösung bei ±5V) wird für Thermoelement- und RTD-Messungen verwendet, bei denen die Signallevel Millivolt sind und die Messgenauigkeit der Wärmedrift wichtiger ist als die Aktualisierungsgeschwindigkeit.
Die Temperaturprozesse ändern sich langsam genug, dass eine Umwandlungszeit von 100 ms durchaus akzeptabel ist.
Die optische Isolierung des SM 331 zwischen Feldkreisen und dem S7-300 Backplane ist kein Marketingmerkmal, sondern eine technische Notwendigkeit in vielen Installationsumgebungen.Die Rückgabe des Signals jedes Feldgeräts (0V Referenz) wird durch die Eingangsverkabelung des Moduls mit dem Hintergrund der SPS verbunden..
In einer großen Anlage, in der die Feldgeräte über den Boden verteilt sind,verschiedene Erdungspunkte können aufgrund von Erdungsschleifen unterschiedliche Potentiale aufweisen , Kabelschilde und Baukörper aus Stahl.
Diese Bodenpotenzialunterschiede erscheinen als Common-Mode-Spannungen über den Differential-Eingang des Analogmoduls und korrumpieren die Messung.
Die optische Isolierung bricht diesen gemeinsamen Spannungsweg ab: Das Feldsignal durchquert die Feldverkabelung über eine Lichtbarriere, ohne leitfähige Verbindung, zur digitalen Elektronik.
Die Spannungen des allgemeinen Modus bis zur Isolationsstärke (250 V AC) zwischen Feldkreis und dem PLC-Hintergrund werden durch die optische Barriere blockiert und beeinflussen die Messung nicht.
In Anlagen mit Variable-Frequenz-Antrieben, Motorstartern und mit Transformatoren gekoppelten Feldgeräten auf geteilter Kabelinfrastruktur ist die optische Isolation der Unterschied zwischen stabiler,genaue Messungen und unerklärliche Analogwerte und Lärm.
Die Messung des Thermocouples stellt zwei Herausforderungen dar, die das SM 331 intern bewältigt.269mV bei 1000°C, jedoch nur 20.644mV bei 500°C, nicht 20.635mV, wie ein rein lineares Modell voraussagen würde.
Die SM 331 wendet für jeden konfigurierten Thermoelementtyp (E, J, K, L, N) die entsprechende Linearisierungstabelle ITS-90 an.Umwandlung der Rohmillivoltmessung direkt in Temperatur ohne Programmierung, die im Benutzercode S7-300 erforderlich ist.
Zweitens erfordern Thermocouple-Messungen eine Kaltverbindungskompensation:Die Seebeck-Spannung entspricht dem Temperaturunterschied zwischen der heißen Verbindung (am Prozessmesspunkt) und der kalten Verbindung (wo das Thermoelementdraht mit dem Gerät verbunden ist).
Der SM 331 misst die Temperatur an seinen eigenen Endpunkten (Kaltverbindung) mittels eines internen Temperatursensors.und fügt diese Kompensation der gemessenen Seebeck Spannung hinzu, um die absolute Temperatur der heißen Verbindung zu erzeugen.
Diese interne Kompensation ist genau, wenn sich der SM 331 bei gleichmäßiger, bekannter Temperatur in einem gut gesteuerten Steuerfach bei 20-40°C im Umgebungsbereich befindet.die interne Kompensation ist für die meisten Anforderungen an die Prozesssteuerung ausreichend.
Für eine Laborgenauigkeit stellt ein externer Kaltverbindungskompensationskasten die Messung der Referenzverbindungstemperatur am Drahtendeckpunkt bereit.
Der SM 331 sorgt für eine aktive Überwachung von Kabelbruch auf konfigurierten Kanälen.Ausfall des Senders, oder ohne Strom das Modul erkennt diesen Zustand und erzeugt eine Diagnoseunterbrechung.
Bei Thermoelementeneingängen wendet das Modul einen geringen Verzerrungsstrom an und überwacht die Eingangsimpedanz ≈ wenn ein offenes Thermoelement (bruchendes Kabel oder fehlerhafte Verbindung) erkannt und gemeldet wird.
Bei Spannungseingängen ist die Erfassung von Drahtbruch nicht sinnvoll (ein schwebender Spannungseingang in einem offenen Stromkreis erfasst einen unbestimmten Wert, nicht einen spezifischen Fehlerindikator).
Diese Diagnostik wird über den S7-300-Diagnostikunterbrechungsmechanismus kommuniziert: Wenn ein Kabelbruch erkannt wird, löst der SM 331 einen Unterbrechungsvorgang aus, der OB82 im S7-300-CPU-Programm aktiviert.
Der Organisationsblock OB82 erhält die diagnostischen Informationen einschließlich der Kanalnummer und des Fehlertyps, und der Programmierer kann OB82 schreiben, um einen Alarm zu erzeugen, das Ereignis zu protokollieren,oder ersetzen Sie den fehlgeschlagenen Kanal im Kontrollprogramm durch einen sicheren Rückrufwert.
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.
F1: Wie viele Kanäle können gleichzeitig aktiv sein und können verschiedene Kanalpaare unterschiedliche Messarten auf demselben Modul verwenden?
Alle acht Kanäle können gleichzeitig aktiviert werden 2 ¢ 3, 4·5, 6·7), und alle Kanäle innerhalb eines Paares müssen mit demselben Messtyp und derselben Auflösung konfiguriert sein.
Dies bedeutet, dass Sie folgende Kanäle haben können: Kanäle 0 ̊1 für 4 ̊20mA Strom (12-Bit), Kanäle 2 ̊3 für ± 10V Spannung (12-Bit), Kanäle 4 ̊5 für Typ K Thermoelement (14-Bit),und Kanäle 67 für Pt100 RTD (14-Bit) alle gleichzeitig auf demselben Modul.
Die einzige Einschränkung ist die Paargruppe, wobei beide Kanäle in einem Paar die gleiche Konfiguration teilen.Ein einzelnes Modul verarbeitet den größten Teil der Signalvielfalt, die eine Anlage in einer Prozessanlage typischerweise aufweist..
F2: Wie erreicht das integrierende Umwandlungsprinzip die Störunterdrückung und welche Integrationszeit sollte für 50Hz-Stromversorgungssysteme gegen 60Hz-Systeme ausgewählt werden?
Der integrierende (doppelschichtartige) ADC arbeitet, indem er einen Kondensator mit dem Eingangssignal für ein festes Zeitintervall (die Integrationszeit) auflädt.dann messen, wie lange es dauert, um den Kondensator bei einer Referenzrate entladen.
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.
Für Wechselstromnetze mit 50 Hz (in Europa, Asien, Australien verbreitet) gewährleistet die Auswahl einer Integrationszeit von 20 ms genau einen vollständigen 50 Hz-Zyklus.Löschung von Netzfrequenzstörungen.
Für 60Hz Wechselstromnetze (Nordamerika, Teile Asiens und Südamerikas) gewährleistet die Auswahl von 16,67ms genau einen vollständigen 60Hz-Zyklus.
Die Wahl der falschen Integrationszeit für die lokale Netzfrequenz führt zu einer erheblich verschlechterten Geräuschabstoßung. Die Störungen werden nicht mehr synchron abgeschafft.
Die Einstellung von 50 Hz ist weltweit am häufigsten; 60 Hz sollte für nordamerikanische Anlagen ausdrücklich angegeben werden.
Die Einstellung von 400 Hz (2,5 ms) sorgt für keine bedeutungsvolle Netzunterdrückung und ist für dynamische Hochgeschwindigkeitsmessungen bestimmt, nicht für Steady-State-Prozessvariablen.
F3: Welche ist die maximale Kabellänge für Thermocouple- und 420mA-Verbindungen zum SM 331 und welcher Kabeltyp wird empfohlen?
mit einer Leistung von mehr als 50 W undDas Kabel ist das Thermoelementverlängerungsdraht oder das Kompensationskabel mit speziellen Leitern aus derselben Legierung (oder thermoelektrisch gleichwertiger Legierung) wie das Thermoelement selbst..
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.
Das Thermoelementverlängerungskabel sollte abgeschirmt sein, um elektromagnetische Störungen abzulehnen, und der Schild sollte nur an einem Ende (normalerweise am SM 331-Ende) geerdet sein, um die Bildung von Erdschleifen zu vermeiden.
Die maximale Kabellänge für Thermoelementverbindungen ist in der Regel durch den Widerstand des Kabels begrenzt der SM 331 akzeptiert Quellwiderstände bis zu mehreren Kilohm ohne signifikante Genauigkeitszerstörung.
Für Stromschleifen mit einem Strompegel von 4 ∼ 20 mA arbeitet die Schleife nach dem Prinzip, dass die Stromstärke bis zur Grenzspannung der Schleife unabhängig vom Kabelwiderstand ist.Standardgeschütztes Instrumentenkabel mit verdrehtem Paar (Belden 8760 oder gleichwertig) bei 18 ̊22 AWG ist typisch.
Die Schleife kann über hunderte Meter Kabel ohne Signalzerstörung betrieben werden, sofern der gesamte Schleifwiderstand innerhalb der Konformitätsspannungsspezifikation des Senders liegt.
F4: Wie ist der SM 331 in STEP 7 konfiguriert und sind Hardwareunterbrechungen für Grenzverstöße auf diesem Modul verfügbar?
Das SM 331 wird im Werkzeug HW Config (Hardware Configuration) von STEP 7 konfiguriert, indem das Modul aus dem Hardware-Katalog ausgewählt und der Parameterdialog geöffnet wird.
Die Konfigurationsparameter umfassen: Aktivierung/Deaktivierung des Kanals für jeden Kanal, Messart (Spannung, Strom, Thermoelementart, RTD-Typ) pro Kanalpaar,Integrationszeit/Auflösung pro Kanalpaar, diagnostische Unterbrechungen aktivieren (Wire-Break Monitoring) und Prozessunterbrechungen aktivieren mit konfigurierbaren oberen und unteren Grenzwerten pro Kanal.
Wenn Prozessunterbrechungen aktiviert sind und ein gemessener Wert eine konfigurierte Grenze überschreitet, erzeugt der SM 331 eine Hardwareunterbrechung, die OB40 in der CPU auslöst.OB40 empfängt die Kanalnummer und den Überfluss-/Unterflussstatus, so dass der Programmierer sofort auf Prozessbegrenzungsereignisse reagieren kann.
sowohl die diagnostische Unterbrechung (OB82, für Kabelbruch und Hardwarefehler) als auch die Prozessunterbrechung (OB40,für Grenzüberschreitungen) in der Anwendung S7-300 programmiert werden müssen, wenn OB40 oder OB82 nicht im Programm enthalten sind, wird die CPU bei einer Unterbrechung des SM 331 auf STOP wechseln, da unbehandelte Unterbrechungen im S7-300-System als tödliche Fehler behandelt werden.
F5: Was ist der Unterschied zwischen dem SM 331 7KF02-0AB0 und dem einfacheren SM 331 1KF00-0AB0, und wie sollte ein Ingenieur zwischen ihnen wählen?
Die beiden Module verfügen über die gleiche Kanalzahl (8) und den gleichen physikalischen Formfaktor (20-polige, Standard-S7-300-Rack-Slot), unterscheiden sich jedoch erheblich in Kapazität und Kosten.
Das 6ES7331-1KF00-0AB0 ist das nicht isolierte, kostengünstigere 8-Kanal-Analog-Eingangsmodule es bietet keine optische Isolierung zwischen Feldkreisen und dem Hintergrund,Beschränkung der Verwendung auf Anlagen, in denen alle Feldinstrumenten eine gemeinsame Bodenreferenz mit der SPS haben und bei denen Probleme mit der Bodenschleife kein Problem darstellen.
Es unterstützt Spannungs- und Strommessungen, aber nicht Thermocouple- oder RTD-Eingänge nativ.
Das 6ES7331-7KF02-0AB0 (dieses Modul) bietet eine vollständige optische Isolation, eine wählbare Auflösung (9/12/14-Bit) und eine vollständige Abdeckung von Spannung, Strom, Thermoelement (E, J, K, L,N mit Hardware-LinearisierungDie zusätzliche Kapazität kostet mehr, da der 7KF02 unter normalen Marktbedingungen etwa doppelt so teuer ist wie der 1KF00.
Das Auswahlprinzip lautet: 1KF00 für kostensensible Anwendungen verwenden, bei denen alle Signale Spannung oder Strom sind, die Installationsumgebung elektrisch sauber istund Erdschleife isoliert ist nicht erforderlich.
Verwenden Sie die 7KF02, wenn Thermoelement- oder RTD-Eingänge vorhanden sind, wenn die Anlage variable Frequenzantriebe, große Motoren oder andere EMI-Quellen umfasst,wenn Feldgeräte mit unterschiedlichen Erdungsstellen über die Anlage verteilt sind, oder wenn die Messanwendung die höchste Genauigkeit erfordert, die eine 14-Bit-Auflösung bietet.
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