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下面就是如何保证测量端与信号源端等电位接线的问题。在下面建议的连接图中所用的缩写词和助记符含义如下:
M +: 测量导线(正)
M -: 测量导线(负)
MANA: 模拟量模块基准电位点
这里需要注意MANA ,不同的接线方式都是以MANA 为参考基准电位。
M: 接地端子
L +: 24 VDC电源端子
UCM: MANA与模拟量输入通道之间或模拟量输入通道之间的电位差
UCM共模电压,有两种:
1)不同输入信号负端的电位差,例如一个输入信号为3V,另一个输入信号也为3V,但是它们的基准点电位可能不同,可能是1~4V或3~6V,那么它们之间的共模电压为2V。
2)输入信号负端与MANA的电位差。
模块的UCM 是造成模拟量值**上限的主要原因。不同模块UCM 的较大值不同。
UISO: MANA和CPU的M端子之间的电位差
隔离传感器与隔离模拟量信号连接图如图1所示:
图1 连接隔离的传感器至隔离的模拟量输入模块
这种方式较简单,都与地隔离,都不需要接地,但是输入信号(传感器)负端与MANA 电压**过UCM较大限制,例如SM331(6ES7331-7KF02-0AB0)为2.5 VDC,就需要短接信号负端与MANA ,否则会出现**上限问题。现场可以查看一下,几乎所有**上限问题都是没有连接信号负端与MANA 。如果UISO **过限制,例如75V DC,就需要连接信号负端、MANA 端以及接地端M,这时模块以大地M端为参考电位,实际变为非隔离使用了,这种情况很少见。
有的模块通道组间都是隔离的,没有MANA ,例如模块6ES7331-7NF10-0AB0,接线如图
2所示:
这时每一个通道组(每组2通道)的M-就是MANA ,输入通道组间UCM 较大为以达到75VDC。
都隔离的情况下连接信号负端与MANA 端就可以了(2线制和电阻测量除外)。手册每个模块接线图中MANA都是建议接地的,我认为这是在接地良好、不会产生共模电压(例如单端接地)的情况下.
这回我来讲讲使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器的情况,模块的MANA与地M不隔离,这样必须连接MANA与地M,模拟量的参考点电位变成地M,典型接线如图3所示:
非隔离的模块都要求连接连接MANA与地M,例如模块SM334(6ES7334-0CE01-0AA0),在提示中强调必须连接,下面为引用手册的提示部分。
传感器不隔离,那么信号源端以传感器本地的地为基准点电位。模块是隔离的,以MANA点为测量基准电位。典型接线如图4所示,
从图4可以看到,非隔离的传感器信号负端在源端接地,但是如果连接多个非隔离的传感器并且分布在不同的地方(不同的接地点),这种情况下就比较麻烦。各个传感器信号的负端会有共模电压UCM ,为了消除UCM ,将各个信号的负端在源端使用短而粗的导线进行等电位连接,由于模块的MANA和信号源端的地可能存在电位差,还要将MANA与源端的地进行等电位连接。在这里不能在模块处进行短接,否则不能消除UCM。
如果工厂接地不好,较好还是使用隔离的传感器。
如果使用非隔离的模拟量连接非隔离的传感器,那么一定将所有的点接地并进行等电位处理。典型接线如图5所示,
从图5可以看到,按照隔离与非隔离的要求,模块不隔离,必须连接MANA与地M,传感器不隔离则需要连接信号负端到本地的地,这样一边以信号源的地作为基准点,一边以模块的地M作为基准点,为了消除两者之间的电位差(共模电压UCM),需要使用足够粗的导线进行等电位连接。
如果整个工厂有等电位的接地网,使用非隔离的仪表和模块就比较简单,只需要连接MANA到本地的地M即可,因为每个点都等电位。往往事与愿违,由于非隔离的仪表价格便宜,越是使用这样仪表的地方,地通常打得都不会好,就更别提接地网和等电位连接了。不采取措施肯定有问题,必须保证等电位。使用万用表可以测量,那是因为万用表与地是隔离的,较大的共模电压UCM 也可能不同 ,与模块不在相同的条件下。建议使用隔离的传感器和模块。
讲了一系列的接线方式,较终的结论就是模拟量接线的几种方式都集中在一点上,
就是信号源端与测量端一定要等电位。
讲到这里要再扩展一下,利用这个原则同样也可以解决数字量接线问题。下面是在现场遇见的一个问题,
如图6所示,CPU与I/O的供电分开,I/O是一个非隔离模块,当现场给出信号,但是I/O模块的输入灯没有点亮,在CPU中也不能读出,使用万用表测量,在端子上有24V电压。模块没有问题,将两个电源PS的M端短接,就可以检测到输入信号,这也是由于参考点电位不同造成的。
希望一点小小的提示可以帮助大家解决现场模拟量接线的问题。
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模拟量模块工作的
基本原理
是:通过模数转换器(A-D转换),将模拟量信号转换成数字量信号。并且以二进制补码的形式表示,占用两个字节,共16位,较高位为符号位。
16位二进制补码表示的数值范围是-32768~+32767,但模块的测量范围却不与数值范围相同。
测量范围为-27648~+27648,比如测量的电压为±10V,那么对应关系就是:
-10V=-27648
+10V=+27648
数值范围