西門子模塊6SL3120-2TE13-0AD0
概述
SIMATIC ET 200 為所有應(yīng)用提供解決方案
SIMATIC ET 200 有豐富的分布式 I/O 系統(tǒng)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(qū)域中使用域。模塊化的設(shè)計讓您能夠輕松,、快速地調(diào)整和擴展 ET200 系統(tǒng),。已集成的附加模塊可以降低成本,同時拓寬了應(yīng)用范圍,。您可以從多種不同的組合方案中進行選擇:數(shù)字量和模擬量輸入/輸出,、帶 CPU 的智能模塊、安全系統(tǒng),、電機啟動器,、氣動裝置、變頻器以及各種不同的技術(shù)模塊(例如,,計數(shù),、定位等)。
通過 PROFIBUS 和 PROFINET 進行的通信,、統(tǒng)一的工程組態(tài),、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(lǐng)域中的開放式,、跨供應(yīng)商工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) (IEC 61158/61784)。
PROFINET 基于工業(yè)以太網(wǎng),,可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備(IO 設(shè)備)和控制器(IO 控制器)之間直接通信,,能夠用于運動控制應(yīng)用的同步驅(qū)動控制解決方案,。
PROFINET 基于符合 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù),,可將現(xiàn)場層的任何設(shè)備連接到管理層,。
這樣,PROFINET 可實現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通信,、工廠范圍內(nèi)的工程組態(tài),,并將 Web 服務(wù)器或 FTP 等 IT 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)一直應(yīng)用到現(xiàn)場層??梢苑奖愕丶山?jīng)過反復(fù)檢驗的現(xiàn)場總線系統(tǒng)(如 PROFIBUS 或 AS-Interface),,無需對現(xiàn)有設(shè)備進行任何改動。
PROFIBUS
PROFIBUS 是工業(yè)現(xiàn)場級的標(biāo)準(zhǔn) (IEC 61158/61784),。它是經(jīng)認(rèn)可的在加工制造和過程工業(yè)兩種領(lǐng)域均可進行通訊的現(xiàn)場總線,。
PROFIBUS 用于將現(xiàn)場設(shè)備(如分布式 I/O 設(shè)備或驅(qū)動器)連接到自動化系統(tǒng)(如 SIMATIC S7、SIMOTION,、SINUMERIK 或 PC 機),。
PROFIBUS 是標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線,符合 IEC 61158 規(guī)范,,是功能強,、開放式、堅固耐用,、響應(yīng)時間短的現(xiàn)場總線系統(tǒng),。PROFIBUS 有多種規(guī)格,可用于各種應(yīng)用環(huán)境,。
PROFIBUS DP(分布式 I/O)
PROFIBUS DP 用于連接分布式現(xiàn)場設(shè)備(如 SIMATIC ET 200)或響應(yīng)時間極快的驅(qū)動器,。PROFIBUS DP 用在傳感器/執(zhí)行器分布在機器或廠房內(nèi)的情況(如,現(xiàn)場級別),。
AS-Interface
AS-Interface 符合標(biāo)準(zhǔn) (IEC 62026/EN 50295),,可代替電纜束,只需一條雙股線即可極其經(jīng)濟可靠地將傳感器和執(zhí)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(wǎng)絡(luò)中傳送標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù),,安全等級高達 PL e / SIL 3,。AS-Interface 不僅適合高效傳輸數(shù)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(biāo)準(zhǔn) IO-Link,,可將傳感器和分?jǐn)嘌b置智能連接到控制層,。IO-Link 促進了控制柜和現(xiàn)場層中了所有部件的集成,實現(xiàn)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(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)精度和經(jīng)濟實用性,。IO-Link 已*集成在全集成自動化 (TIA) 中,具有眾多優(yōu)點,。
借助于開放式標(biāo)準(zhǔn),,可以將來自不同廠商的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
簡易接線促進了安裝過程
接線工作量減少,節(jié)省了安裝時間與成本
高效工程組態(tài)功能促進了組態(tài)與調(diào)試
高速診斷可確??s短工廠停產(chǎn)時間,,實現(xiàn)較高工廠可用性
較高的過程透明度可實現(xiàn)高效功耗管理
西門子模塊6SL3120-2TE13-0AD0
串行技術(shù)在工業(yè)檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、前言
剛生產(chǎn)出來的冰箱,、冷柜的合格與否由許多指標(biāo)決定,,而制冷性能是其中的一個重要指標(biāo)。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(shù),,而不是整個生產(chǎn)過程),,這不僅浪費人工,還存在著很大的誤差,。為此設(shè)計了一個小型的分散控制系統(tǒng),,通過網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)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(tǒng)。該系統(tǒng)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(shù),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(tǒng)計,。由此可見,系統(tǒng)利用計算機替代原有人工檢測,,既提高了企業(yè)自動化程度,,降低出錯率,又有助于企業(yè)管理,。
二,、系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)是針對冰箱檢測系統(tǒng)的容量特點而設(shè)計的。整個系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)組成分散系統(tǒng)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示,。
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圖1 系統(tǒng)原理圖
現(xiàn)場溫度經(jīng)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(huán)采集、處理,、顯示,,當(dāng)上位機尋址到該巡檢儀時,該巡檢儀通過20mA電流環(huán)串行通信方式傳輸給上位機,。上位機通過串行口得到數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)長久保存,、數(shù)據(jù)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(tǒng)的基礎(chǔ),。溫度巡檢儀可分成三大模塊:數(shù)據(jù)模塊、單片機擴展和通信接口,。組成框圖如圖2所示,。
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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(jīng)過模擬開關(guān)選擇,、電流電壓變換、信號放大,、A/D轉(zhuǎn)換,,變?yōu)閿?shù)字信號,該信號經(jīng)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(chǎn)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(wěn)定等優(yōu)點,,且適合遠(yuǎn)距離測量和傳輸,,抗干擾性強。其技術(shù)指標(biāo)為:測溫范圍為-55℃~+150℃,,線性電流輸出為1μA/K,,電壓穩(wěn)定度為1%時,所產(chǎn)生的誤差只有±0.01℃。
多路模擬開關(guān)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(guān)漏電流為0.08nA,,而信號源的線性電流為1μA/K,,因此CD4051的開關(guān)漏電流對于信號源的影響可以忽略不計。
根據(jù)設(shè)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(zhuǎn)換和放大。本系統(tǒng)采用低失調(diào)低漂移的運算放大器OP07作為信號放大和轉(zhuǎn)換,,OP07的輸入失調(diào)電壓溫漂dU/dT和輸入失調(diào)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(zhuǎn)換速率低(0.17V/μs),內(nèi)附相位補償線路,。溫-壓信號轉(zhuǎn)換原理圖如圖3所示,。
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圖3 信號調(diào)理電路
輸出輸入關(guān)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(guān)系,,故輸出電壓和溫度也成線性關(guān)系。根據(jù)測量范圍,,選擇電阻的阻值和電壓U1,。
根據(jù)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(zhuǎn)換速度,、抗干擾性、價格性能比等指標(biāo),,本系統(tǒng)選用了逐次逼近型AD574A A/D轉(zhuǎn)換接口,。
8031譯碼輸出選擇模擬開關(guān),對選定傳感器的溫度信號進行采集,、處理,、存儲、現(xiàn)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(tǒng),,為小型分布式控制系統(tǒng)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(tǒng),。IBM-PC通過機內(nèi)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(dāng)于串行接口芯片,。每臺MCS-51都是通過片內(nèi)的串行口經(jīng)過驅(qū)動器轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn),,MC-51串行口提供的信號在功能上支持RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn),,但在電平上不符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,必須經(jīng)過MC-1488,、MC1489變換,。但是由于RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)本身存在缺陷,所以在本系統(tǒng)中我們采用了RS-422總線標(biāo)準(zhǔn),,電平先經(jīng)過MC-3486、MC-3487變換,,最后經(jīng)MC-1488,、MC-1489轉(zhuǎn)換與主機通信。
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圖4 總線型多微機通信系統(tǒng)
RS-232C是異步串行通信中應(yīng)用*的標(biāo)準(zhǔn)總線,,其本身是一種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),,又是一種電氣標(biāo)準(zhǔn),描述了數(shù)據(jù)終端DTE和通信設(shè)備DCE之間信息交換的方式和功能,。但是支持RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)的串行接口芯片在電氣特性上并不符合RS-232C的規(guī)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(jīng)過電平轉(zhuǎn)換,。變換電路如圖5所示。
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圖5 RS232C電氣圖
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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(biāo)準(zhǔn)又稱雙端接口電氣標(biāo)準(zhǔn)或平衡傳輸電氣標(biāo)準(zhǔn),,是一種平衡驅(qū)動,、差分接收的接口標(biāo)準(zhǔn)。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(shù)據(jù)的是兩條平衡導(dǎo)線,。所謂“平衡"是指輸出端為雙端平衡驅(qū)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?zé)o關(guān),,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(qū)動,,比單端不平衡驅(qū)動對電壓信號的放大倍數(shù)要大一倍。
RS-422所能達到的通信指標(biāo)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(tǒng),。
在MCS-51端使用RS-422電平轉(zhuǎn)換調(diào)整和20mA電流環(huán)串行接口,。
20mA電流環(huán)是目前串行通信中應(yīng)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(xiàn)光電隔離,。光電隔離器根據(jù)所需傳送速率選擇,在此選用TLP521-4光電隔離器,。本系統(tǒng)是RS-422與光電隔離器相結(jié)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(tǒng)可靠性。
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圖7 20mA電流環(huán)串行接口
五,、結(jié)束語
總之,,為提高系統(tǒng)的可靠性,系統(tǒng)采用了以下幾種技術(shù):
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(xiàn)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(huán)、RS-422標(biāo)準(zhǔn)串行接口通信技術(shù),,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(shù),,以保證整個系統(tǒng)的可靠運行,。
4 采用薄膜面板技術(shù),使人機界面友好,,便于操作,。
5 系統(tǒng)軟、硬件采用模塊化設(shè)計思想,,以提高系統(tǒng)的可維護性,。
6 AD590J的調(diào)試采用軟件校正