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西門子PLC模塊6ES7314-6CG03-4AB2

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西門子PLC模塊6ES7314-6CG03-4AB2
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西門子PLC模塊6ES7314-6CG03-4AB2

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1. 概述

ET200S 功能模塊主要包括四種類型：模塊1Count24V/100kHz, 1Count5V/500kHz, 1SSI 和 2 PULSE。本文主要針對初次使用 2 PULSE 功能模塊的用戶，介紹 2 PULSE 兩路脈沖輸出功能模塊的功能、配置及簡單編程。但是本文無法取代 ET200S 功能模塊手冊《ET 200S Technological Functions》。建議用戶通過此文檔掌握該模塊的初步調(diào)試和使用方法后，仔細(xì)閱讀模塊手冊《ET 200S Technological Functions》，進一步加深對ET200S 功能模塊的理解。

西門子PLC模塊6ES7314-6CG03-4AB2
2. 模板介紹

圖 1 2 PULSE 模塊外形

模板訂貨號：6ES7 138-4DD00-0AB0
模板功能：該模塊可以產(chǎn)生脈沖信號對被控對象進行控制。
工作模式：脈沖輸出模式；脈寬調(diào)制(PWM)模式；脈沖串模式；On/Off延時模式。
模板主要屬性：輸出脈沖個數(shù)：2；輸出脈沖電壓：24V；輸出脈沖zui大頻率：2.5kHz

3. 模板接線圖

圖 2 接線端子

含義：
Channel 0: 端子1 到 4
Channel 1: 端子5 到 8
24 VDC：傳感器電源
M：公共端
DI：輸入信號
DO：輸出信號

4. 硬件配置
2 PULSE 功能模板基本可以和任意ET200S 接口模塊一起使用，本文中以 IM151-3PN 接口模塊為例。

主要軟、硬件列表：

名稱	訂貨號	數(shù)量
CPU 315-2 PN/DP	6ES7 315-2EH13-0AB0	1
IM151-3 PN 接口模塊	6ES7 151-3BA20-0AB0	1
PM-E 電源管理模塊	6ES7 138-4CA01-0AA0	1
2 PULSE 脈沖數(shù)出模塊	6ES7 138-4DD00-0AB0	1
1 Count 24V/100kHz	6ES7 138-4DA04-0AB0	1
STEP7 V5.4 SP5	6ES7 810-4CC08-0YA7	1
1 Count 24V/100kHz	6ES7 138-4DA04-0AB0	1

表 1 軟硬件配置

圖 3 系統(tǒng)配置圖

5. 硬件組態(tài)及參數(shù)配置
按照圖 3 通過網(wǎng)線連接 CPU315-2PN/DP 與 IM151-3PN 的PN 接口并將 ET200S 站的I/O 模板和功能模板安裝好，正確連接電源線和信號線。
打開 STEP7，在管理器中新建一個項目，插入相應(yīng)的 S7-300 站，進入硬件配置界面，配置 PN I/O 和其他相關(guān)模塊（圖 4）。由于本文主要介紹 ET200S 2 PULSE 模塊，其他配置過程不在詳細(xì)描述，如有關(guān)于 PN I/O 配置的問題請參閱相關(guān)手冊和說明，參考鏈接：26707214

圖 4 硬件組態(tài)

ET200S 2 PULSE 模塊參數(shù)配置界面：

圖 5 2 PULSE 模塊參數(shù)界面

其中參數(shù)含義：
1. 組診斷；
2. CPU/主站停機時輸出的狀態(tài)：可以選擇繼續(xù)工作、使用替代值等模式；
3. 通道編號 0；
4. DO 診斷：可以診斷輸出斷線、短路等；
5. 替代值：配合參數(shù) 2 使用；
6. 運行模式：更改 2 PULSE 輸出模式，包括脈沖輸出，脈寬調(diào)制(PWM)，脈沖串，On/Off 延時等模式；
7. PWM(脈寬調(diào)制)的輸出模式：可以使用千分?jǐn)?shù)或者S7 模擬量格式的值；
8. 時基：后面所有跟時間相關(guān)的參數(shù)都以該參數(shù)為時間單位；
9. DI 數(shù)字量輸入的功能：可作為普通輸入和硬件使能使用；
10. 接通延時；
11. zui小/脈沖時間；
12. 周期時間；
13. 通道編號 1；
將項目配置好后，存盤編譯并下載，參數(shù)配置隨即生效。

6. 編程
該模板跟很多其他的 ET200S 功能模板類似，都是通過外部 I/O 直接對模板進行控制和反饋。ET200S 2 PULSE 模塊輸入/輸出分配詳見表 2，表 3：
控制信號（輸出）：

表 2 輸出地址分配

反饋信號（輸入）

表 3 輸入地址分配

為了便于對該模板地址中的位、字節(jié)、字等地址的讀寫，我們根據(jù)模板的硬件地址將需要的輸入/輸出地址通過程序映射到一個接口 DB 塊中，以后的操作都針對該 DB 塊中相應(yīng)的地址進行讀寫即可（見圖 6）：

圖 6 項目程序

7. 模式說明及舉例

7.1.脈沖輸出模式：
脈沖輸出模式可以使 2 PULSE 模塊在輸出使能后通過一定時間的延遲后輸出一個給定脈沖寬度的脈沖輸出。時序請參見圖 7：

圖 7 脈沖輸出時序圖

脈沖數(shù)出參數(shù)配置：

圖 8 脈沖數(shù)出參數(shù)配置

在 2 PULSE 模塊參數(shù)界面，選擇運行模式為 pulse output，時基為 1ms，DI 輸入功能為普通輸入，所以在運行的時候輸出將不參考硬件使能的狀態(tài)。啟動延時設(shè)為 1000ms。
通過圖 7 可以看出脈沖輸出模式需要在程序里面給定給兩個主要的數(shù)值：脈沖時間和接通延時時間，其中：
脈沖時間 = 給定數(shù)值 * 參數(shù)設(shè)定的時基
接通延時 = 延時系數(shù) * 0.1 * 參數(shù)設(shè)定的啟動延時
變量表賦值：

圖 9 脈沖數(shù)出賦值變量表

根據(jù)輸入/輸出地址定義，將相應(yīng)的值寫到相應(yīng)的地址中，在本例中數(shù)值為：
脈沖時間 = 2000 * 1ms= 2s
接通延時 = 10 * 0.1 * 1000ms = 1s
這時，當(dāng)激活軟件使能 DBX52.0 時，觀察 DB2.DBX0.1 會經(jīng)過 1s 的延時后輸出一個 2s 寬的脈沖。

7.2.脈寬調(diào)制（PWM）模式：
在脈寬調(diào)制模式下，該模塊可以輸出一個脈沖序列，用戶可以通過修改輸出值來修改脈沖序列的脈沖寬度，可以通過系數(shù)修改脈沖的周期。時序見圖 10

圖 10 脈寬調(diào)制（PWM）模式時序圖

脈寬調(diào)制(PWM)的參數(shù)配置

圖 11 脈寬調(diào)制（PWM）模式參數(shù)配置

1. 選擇運行模式為脈寬調(diào)制(PWM)；
2. 輸出 PWM (脈寬調(diào)制)的輸出模式：本例中使用千分?jǐn)?shù)；
3. 時基為 1ms；
4. DI 為普通輸入，不作為硬件使能；
5. 啟動延時為 1000ms；
6. zui小脈沖寬度 10ms (調(diào)節(jié)脈沖寬度時，zui小不能小于此值)；
7. 脈沖周期時間為 1000ms；
脈寬調(diào)制(PWM)模式可以在程序里面給定給兩個主要的數(shù)值：脈沖寬度和脈沖周期，其中：
脈沖周期 = 周期系數(shù) * 0.1 * 參數(shù)預(yù)設(shè)的脈沖周期
脈沖寬度 = （給定數(shù)值 / 1000） * 脈沖周期
通過變量表賦值：

圖 12 脈寬調(diào)制（PWM）模式賦值變量表

根據(jù)輸入/輸出地址定義，將相應(yīng)的值寫到相應(yīng)的地址中，在本例中數(shù)值為：
脈沖周期 =10 * 0.1 * 1000ms = 1s
脈沖寬度 = （500 / 1000） * 1s = 0.5s
這時，當(dāng)激活軟件使能 DBX52.0 時，觀察 DB2.DBX 0.1 將經(jīng)過 1s 的延時后輸出一個占空比為 1:1 的 1Hz 頻率脈沖。要改變脈沖寬度，直接修改 DB2.DBW 50 的給定值即可。

7.3.脈沖串輸出模式：
在脈沖串輸出模式中，該模塊可以輸出一個固定脈沖個數(shù)的脈沖串，用戶可以定義脈沖個數(shù)和修改脈沖周期時間。時序見圖：

圖 13 脈沖串輸出模式時序圖

脈沖串輸出的參數(shù)配置：

圖 14 脈沖串輸出模式參數(shù)配置

將參數(shù)中的運行模式更改為 pulse train，脈沖寬度賦值為 100ms，其他參數(shù)與前面模式類似。
脈沖串輸出模式可以在程序里面給定給兩個主要的數(shù)值：脈沖個數(shù)和脈沖周期，其中：
脈沖個數(shù) = 給定數(shù)值
脈沖周期 = 周期系數(shù) * 0.1 * 參數(shù)預(yù)設(shè)的脈沖周期
通過變量表賦值：

圖 15 脈沖串輸出模式賦值變量表

根據(jù)輸入/輸出地址定義，將相應(yīng)的值寫到相應(yīng)的地址中，在本例中數(shù)值為：
脈沖周期 = 2 * 0.1 * 1000ms = 200ms
脈沖個數(shù) = 50
這時，當(dāng)激活軟件使能 DBX52.0 時，觀察 DB2.DBX 0.1 會經(jīng)過 1s 的延時后輸出 50 個周期為 200ms 的脈沖串。將該脈沖串接到計數(shù)功能模板的輸入做計數(shù)，可以由圖16 看到計數(shù)的結(jié)果為 50 個。要改變脈沖周期，直接修改 DB2.DBW 53 的系數(shù)值即可。

圖 16 脈沖串輸出模式計數(shù)測試結(jié)果

7.4.On/Off-Delay 模式
在 On/Off-Delay 輸出模式下，該模塊輸出可以根據(jù)數(shù)字量輸入的狀態(tài)做延時接通和延時關(guān)斷。時序見圖：

圖 17 On/Off-Delay 模式時序圖

On/Off-Delay 的參數(shù)配置：

圖 18 On/Off-Delay 模式參數(shù)配置

將參數(shù)中的運行模式更改為 on-/off-delay，并設(shè)定接通延時為 1000ms，其他參數(shù)與前面模式類似。
On/Off-Delay 模式可以在程序里面給定給兩個主要的數(shù)值：關(guān)斷延時時間和接通延時時間，其中：
關(guān)斷延時 = 給定數(shù)值 * 參數(shù)預(yù)設(shè)的時基
接通延時 = 接通延時系數(shù) * 0.1 * 參數(shù)預(yù)設(shè)的接通延時
通過變量表賦值：

圖 19 On/Off-Delay 模式賦值變量表

根據(jù)輸入/輸出地址定義，將相應(yīng)的值寫到相應(yīng)的地址中，在本例中數(shù)值為：
關(guān)斷延時時間 = 1000 * 1ms = 1s
接通延時時間 = 10 * 0.1 * 1000ms = 1s
這時，激活軟件使能 DBX52.0 后，觀察輸入狀態(tài) DB2.DBX 0.2 和輸出狀態(tài) DB2.DBX 0.1，當(dāng)數(shù)字量輸入接通后，數(shù)字量輸出經(jīng)過 1s 的延時后接通；當(dāng)數(shù)字量輸入斷開后，數(shù)字量輸出經(jīng)過 1s 的延時后斷開。
ET200S 2 PULSE有兩個通道脈沖輸出，本文只針對*個通道進行描述，第二通道的使用方法與*通道相同，而且兩個通道可以獨立使用不同的操作模式，互不干擾。如要了解更多關(guān)于此模塊的使用方法、診斷方法、技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容，請參見模塊手冊《ET 200S Technological Functions》。該手冊可以通過下面的鏈接下載：9264111

關(guān)鍵詞
功能模塊 2 PULSE, 脈沖輸出模式，脈寬調(diào)制模式該文檔的目的是為了滿足打印已組態(tài)好的無運行數(shù)據(jù)的 HMI 畫面的需求。

打開TIA Portal 工具欄“選項->設(shè)置”。
“常規(guī)>打印設(shè)置”不要勾選"顯示TAB順序"。

圖. 01
打開需要打印的畫面并且打開“項目->打印”菜單欄。
選擇打印機"Microsoft XPS Document Writer"然后點擊 "Print" 按鈕。

圖. 02
存儲位置跟文件名。
如果需要, 找到"組織 > 文件夾選項", 選擇"查看"不要勾選"隱藏已知文件類型的擴展名"。

圖. 03
更改文件名 ".xps" 后綴改成".zip" 并且解壓縮到當(dāng)前文件夾。

圖. 04
組態(tài)HMI畫面的截圖位于目錄 "Documents\1\Resources\Images"下。

圖. 05

1. HART變量的基本概念與基本使用

1.1 簡介
HART (Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議, HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號過程量上疊加一個頻率信號，成功的實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號雙向通訊，而不互相干擾。
HART 模擬量模塊是指除了可以提供模擬量數(shù)值外，還可以提供 HART 通訊功能的模擬量模塊。HART 模擬量模塊可以用于PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 從站中。（使用6ES7153-2BA02-0AB0及更高版本或6ES7153-2BB02-0AB0及更高版本的接口模塊作為連接 PROFIBUS-DP 的從站接口）。

1.2 多變量讀取
在實際應(yīng)用中通常用SFC58，SFC59進行數(shù)據(jù)記錄的讀寫實現(xiàn)多變量的讀取。但6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本可以使用HART變量直接進行多變量的讀取。

1.3 HART變量
基本要求：IM 153-2（6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本）和 STEP 7（V5.4 SP3 或更高版本）
地址分配：HART 模塊占用 16 個輸入/輸出字節(jié)。如果組態(tài) HART 變量，該模塊將為每個 HART變量分配5 個字節(jié)，其中4個字節(jié)表示過程值，一個字節(jié)表示質(zhì)量代碼。
HART變量數(shù)量：6ES7153-2BA02-0AB0模塊可以zui多分配 8 個 HART 變量，每個通道的HART 變量不超過 4 個。您可以在模塊的屬性對話框中為通道分配 HART 變量。
IO資源：如果使用全部 8 個 HART 變量，則每個HART 模擬量輸入模塊總共占用 56 個輸入/輸出字節(jié)（16 個字節(jié) + 8 x 5 個字節(jié) = 56 個字節(jié)）。“無”組態(tài)不占用其它輸入字節(jié)。
組態(tài) HART 變量：可以在 STEP 7 HW Config 中分配 HART 變量。
多變量：PV，SV，TV，QV
● PV（Primary Variable，主變量）
● SV（Secundary Variable，二級變量）
● TV（Teritary Variable，三級變量）
● QV（Quatenary，四級變量）

HART變量結(jié)構(gòu)：

圖1

質(zhì)量代碼含義：

Quality-Code (QC)	Meaning	含義
0x4C or 0	Initialization: 0 value of IM and 4C of module	初始化：IM 的值為 0，模塊為 4C
0x18	Communication cancelled / no communication	通訊已取消/無通訊
0x0C	Fault in HART device	HART 設(shè)備故障
0x47	HART device is busy	HART 設(shè)備繁忙
0x84	OK “Configuration changed”	“組態(tài)已更改”
0x80	OK	正常

表1

1.4 直接讀取HART變量的條件：
(1) IM支持這種通訊方式
(2) 模板信息中有hart variables的可以支持
(3) 儀表本身也要能支持多變量
只有在三者滿足的情況下才可以通訊成功。

接口模板是否支持直接讀取HART變量請參見下圖：
6ES7153-2BA02-0AB0:

圖2

6ES7153-2BA01-0AB0:

圖3

HART 模擬量模塊是否支持直接讀取HART變量請參見下圖：
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。

圖4

2. 工程實例

2.1 軟硬件列表

模塊(軟件)名稱	模塊(軟件)型號	定貨號	數(shù)量
底板	RACK	6ES7390-1AE80-0AA0	1
電源	PS307	6ES7307-1BA00-0AB0	1
CPU	315-2DP	6ES7315-2AG10-0AB0	1
MMC	MMC 4M	6ES7953-8LM20-0AA0	1
以太網(wǎng)模塊	343-1	6GK7343-1CX10-0CE0	1
ET200M接口模塊	IM153-2	6ES7153-2BA02-0XB0	1
HART模板	8XAI	6ES7331-7TF01-0AB0	1
HART儀表	TH-300	7NG3212-0NN00	1
通訊電纜		6XV1830-0EH10	若干米
DP接頭		6ES7 972-0BB50-0XA0	2
Step7	V5.4 SP4	6ES7810-4CC08-0YA5	1

表2

2.2 HART模板接線方法：
對于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART儀表的接線，請參見下圖：
(1)、紅色線為 +24V，黑色線為 0V。
(2)、黃色信號線為S+，棕色信號線為S-。
在例程中使用的HART儀表為兩線制，此時需要短接10，11。如果為四線制則不需要，具體接線請參考模板手冊。

圖5

2.3 硬件組態(tài)步驟：

a. 使用Step7 v5.4 創(chuàng)建300主站項目，在硬件組態(tài)窗口依訂貨號添加背板、電源、CPU、343-1模塊。參見下圖：

圖6

b. 雙擊DP接口，添加DP網(wǎng)絡(luò)并定義網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。參見下圖：

圖7

c. 添加訂貨號為6ES7153-2BA02-0AB0的DP從站，并定義地址為8。參見下圖：

圖8

d. 在8號從站插槽中中添加訂貨號為6ES7331-7TF01-0AB0的HART模擬量模板，并在通道4.0添加一個現(xiàn)場設(shè)備。參見下圖：

圖9

地址分配列表：例程使用了4.0通道，即PIW272

	4.0	4.1	4.2	4.3	4.4	4.5	4.6	4.7
PIW	272	274	276	278	280	282	284	286

表3

e. 雙擊HART模擬量模板，在Inputs標(biāo)簽頁定義傳感器類型。參見下圖配置：

圖10

f. 在HART variables標(biāo)簽頁定義HART變量，例程使用了前4個HART變量。

HART變量分配列表：
Variable 1為通道0的PV值，地址為PID288
Variable 2為通道0的SV值，地址為PID293
Variable 3為通道0的TV值，地址為PID298
Variable 4為通道0的QV值，地址為PID303
參見下圖配置：

圖11

g. 至此，組態(tài)完成，編譯保存并退出硬件組態(tài)界面。
h. 在程序塊中添加OB82、OB86、OB122冗錯塊。參見下圖：

圖12

i. 在程序塊中添加變量表，并添加通道地址以及HART變量地址。參見下圖：

圖13

j. 至此，保存項目并下載至CPU。

2.4 測試
打開變量表，在線監(jiān)控通道模擬量值(通道電流值)以及HART變量實際值。請參看下圖：

圖14

3 總結(jié)
使用擴展的用戶接口(HART變量)可以直接在程序中使用IO進行變量的讀取，節(jié)省通訊時間，但是占用大量IO區(qū)。
注意：對于多變量所針對的實際的物理意義需要參考設(shè)備手冊，如果需要對HART設(shè)備參數(shù)設(shè)定則需要使用PDM軟件及EDD文件進一步操作。在此僅對HART變量的使用進行說明。關(guān)于HART更多信息請參考文檔《ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備 HART 模擬模塊》。

關(guān)鍵詞：人機界面變頻器傳感器