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確定基準(zhǔn)電位點(diǎn)很重要

今天，一個(gè)新來(lái)的熱線(xiàn)同事找我討論模擬量模塊的問(wèn)題，他在熱線(xiàn)上遇到了一些麻煩，用戶(hù)打電話(huà)反映在現(xiàn)場(chǎng)的S7 300模擬量模塊讀數(shù)不變化，怎么折騰都讀數(shù)是32767。盡管模擬量模塊大家都很熟悉，但是類(lèi)似的問(wèn)題還經(jīng)常有用戶(hù)反應(yīng)。翻了翻手邊的資料，似乎沒(méi)有系統(tǒng)講解這個(gè)問(wèn)題的，于是把自己的經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)一下。

關(guān)于讀不出值的問(wèn)題，如果總是32767沒(méi)有變化，其實(shí)值已經(jīng)有了，只不過(guò)是超量程了。如果值為0，那就要注意模擬量是否有問(wèn)題了，使用萬(wàn)用表測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并沒(méi)有超限。為什么會(huì)出現(xiàn)這兩種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)檫x擇的參考電位不同，例如，現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的信號(hào)為5V，那首先要問(wèn)一下，基準(zhǔn)點(diǎn)是幾伏？10~15是5V，-10~ -5同樣也是5V，如果測(cè)量端基準(zhǔn)點(diǎn)是0V，那么測(cè)量就會(huì)有問(wèn)題，所以一定要保證兩端等電位。模擬量模塊的基準(zhǔn)電位點(diǎn)就是MANA  ，所有的接線(xiàn)都與之有關(guān)。

02

隔離與非隔離問(wèn)題系列

這里的隔離是指模擬量模塊的基準(zhǔn)電位點(diǎn)MANA  與地（也是PLC的數(shù)據(jù)地）隔離。隔離模塊MANA  與地M可以不連接，以MANA  作為測(cè)量端的參考電位；非隔離模塊MANA  與地M必須連接， 這樣地M 變?yōu)镸ANA作為測(cè)量端的參考電位。隔離模塊的好處就是可以避免共模干擾。如何知道模塊是否是隔離模塊，例如SM331模塊，可以從模板規(guī)范中查到。S7-300中只有一款SM334（SM355除外）模塊是非隔離的，此外CPU31XC集成的模擬量也是非隔離的，共同特點(diǎn)就是模塊的輸出和輸入公用M端。

同樣傳感器也有隔離與非隔離的問(wèn)題。通常非隔離的傳感器電源的負(fù)端與信號(hào)的負(fù)端公用一個(gè)端子，例如傳感器有三個(gè)端子 L， M 和S+，通過(guò)L， M端子向傳感器供電，S+，M為信號(hào)的輸出，公用M端。判斷傳感器是否隔離還是參考手冊(cè)。隔離傳感器信號(hào)負(fù)端與地M可以不連接，以信號(hào)負(fù)端作為信號(hào)源端的參考電位。非隔離傳感器信號(hào)負(fù)端必須在源端（設(shè)備端）接地，以源端的地作為信號(hào)的參考電位。

下面就是如何保證測(cè)量端與信號(hào)源端等電位接線(xiàn)的問(wèn)題。在下面建議的連接圖中所用的縮寫(xiě)詞和助記符含義如下：

M +： 測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)（正）

M -：  測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)（負(fù)）

MANA： 模擬量模塊基準(zhǔn)電位點(diǎn)

這里需要注意MANA  ，不同的接線(xiàn)方式都是以MANA  為參考基準(zhǔn)電位。

M：    接地端子 

L +： 24 VDC電源端子

UCM： MANA與模擬量輸入通道之間或模擬量輸入通道之間的電位差

UCM共模電壓，有兩種：

1）不同輸入信號(hào)負(fù)端的電位差，例如一個(gè)輸入信號(hào)為3V，另一個(gè)輸入信號(hào)也為3V，但是它們的基準(zhǔn)點(diǎn)電位可能不同，可能是1~4V或3~6V,那么它們之間的共模電壓為2V。

2）輸入信號(hào)負(fù)端與MANA的電位差。

模塊的UCM  是造成模擬量值超上限的主要原因。不同模塊UCM  的值不同。

UISO： MANA和CPU的M端子之間的電位差

03

使用隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器

隔離傳感器與隔離模擬量信號(hào)連接圖如圖1所示：

圖1 連接隔離的傳感器至隔離的模擬量輸入模塊

，都與地隔離，都不需要接地，但是輸入信號(hào)（傳感器）負(fù)端與MANA  電壓超過(guò)UCM限制，例如SM331（6ES7331-7KF02-0AB0）為2.5 VDC，就需要短接信號(hào)負(fù)端與MANA  ，否則會(huì)出現(xiàn)超上限問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)可以查看一下，幾乎所有超上限問(wèn)題都是沒(méi)有連接信號(hào)負(fù)端與MANA  。如果UISO   超過(guò)限制，例如75V DC，就需要連接信號(hào)負(fù)端、MANA 端以及接地端M，這時(shí)模塊以大地M端為參考電位，實(shí)際變?yōu)榉歉綦x使用了，這種情況很少見(jiàn)。

有的模塊通道組間都是隔離的，沒(méi)有MANA  ，例如模塊6ES7331-7NF10-0AB0，接線(xiàn)如圖2所示：

這時(shí)每一個(gè)通道組（每組2通道）的M-就是MANA ，輸入通道組間UCM 為以達(dá)到75VDC。 

都隔離的情況下連接信號(hào)負(fù)端與MANA 端就可以了(2線(xiàn)制和電阻測(cè)量除外)。手冊(cè)每個(gè)模塊接線(xiàn)圖中MANA都是建議接地的，我認(rèn)為這是在接地良好、不會(huì)產(chǎn)生共模電壓（例如單端接地）的情況下。

04

使用非隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器

這回我來(lái)講講使用非隔離的模擬量模塊連接隔離的傳感器的情況，模塊的MANA與地M不隔離，這樣必須連接MANA與地M，模擬量的參考點(diǎn)電位變成地M，典型接線(xiàn)如圖3所示：

非隔離的模塊都要求連接連接MANA與地M，例如模塊SM334(6ES7334-0CE01-0AA0)，在提示中強(qiáng)調(diào)必須連接，下面為引用手冊(cè)的提示部分。

05

使用隔離的模擬量模塊連接非隔離的傳感器

傳感器不隔離，那么信號(hào)源端以傳感器本地的地為基準(zhǔn)點(diǎn)電位。模塊是隔離的，以MANA點(diǎn)為測(cè)量基準(zhǔn)電位。典型接線(xiàn)如圖4所示：

從圖4可以看到，非隔離的傳感器信號(hào)負(fù)端在源端接地，但是如果連接多個(gè)非隔離的傳感器并且分布在不同的地方（不同的接地點(diǎn)），這種情況下就比較麻煩。各個(gè)傳感器信號(hào)的負(fù)端會(huì)有共模電壓UCM ，為了消除UCM ，將各個(gè)信號(hào)的負(fù)端在源端使用短而粗的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行等電位連接，由于模塊的MANA和信號(hào)源端的地可能存在電位差，還要將MANA與源端的地進(jìn)行等電位連接。在這里不能在模塊處進(jìn)行短接，否則不能消除UCM。

如果工廠(chǎng)接地不好，還是使用隔離的傳感器。

06

使用非隔離的模擬量模塊連接非隔離的傳感器

如果使用非隔離的模擬量連接非隔離的傳感器，那么一定將所有的點(diǎn)接地并進(jìn)行等電位處理。典型接線(xiàn)如圖5所示：

從圖5可以看到，按照隔離與非隔離的要求，模塊不隔離，必須連接MANA與地M，傳感器不隔離則需要連接信號(hào)負(fù)端到本地的地，這樣一邊以信號(hào)源的地作為基準(zhǔn)點(diǎn)，一邊以模塊的地M作為基準(zhǔn)點(diǎn)，為了消除兩者之間的電位差（共模電壓UCM），需要使用足夠粗的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行等電位連接。

如果整個(gè)工廠(chǎng)有等電位的接地網(wǎng)，使用非隔離的儀表和模塊就比較簡(jiǎn)單，只需要連接MANA到本地的地M即可，因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)都等電位。往往事與愿違，由于非隔離的儀表價(jià)格便宜，越是使用這樣儀表的地方，地通常打得都不會(huì)好，就更別提接地網(wǎng)和等電位連接了。不采取措施肯定有問(wèn)題，必須保證等電位。使用萬(wàn)用表可以測(cè)量，那是因?yàn)槿f(wàn)用表與地是隔離的，的共模電壓UCM   也可能不同 ，與模塊不在相同的條件下。建議使用隔離的傳感器和模塊。

講了一系列的接線(xiàn)方式，終的結(jié)論就是模擬量接線(xiàn)的幾種方式都集中在一點(diǎn)上，就是信號(hào)源端與測(cè)量端一定要等電位。

講到這里我覺(jué)得還是要再擴(kuò)展一下，利用這個(gè)原則同樣也可以解決數(shù)字量接線(xiàn)問(wèn)題。下面是在現(xiàn)場(chǎng)遇見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題，如圖6所示，CPU與I/O的供電分開(kāi)，I/O是一個(gè)非隔離模塊，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)給出信號(hào)，但是I/O模塊的輸入燈沒(méi)有點(diǎn)亮，在CPU中也不能讀出，使用萬(wàn)用表測(cè)量，在端子上有24V電壓。模塊沒(méi)有問(wèn)題，將兩個(gè)電源PS的M端短接，就可以檢測(cè)到輸入信號(hào)，這也是由于參考點(diǎn)電位不同造成的。

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