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 HART變量的基本概念與基本使用

1.1 簡(jiǎn)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(hào)過(guò)程量上疊加一個(gè)頻率信號(hào)，成功的實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)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(shí)際應(yīng)用中通常用SFC58，SFC59進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的讀寫實(shí)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(jìn)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(gè)輸入/輸出字節(jié)。 如果組態(tài) HART 變量，該模塊將為每個(gè) HART變量分配5 個(gè)字節(jié)，其中4個(gè)字節(jié)表示過(guò)程值，一個(gè)字節(jié)表示質(zhì)量代碼。
HART變量數(shù)量：6ES7153-2BA02-0AB0模塊可以最多分配 8 個(gè) HART 變量，每個(gè)通道的HART 變量不超過(guò) 4 個(gè)。 您可以在模塊的屬性對(duì)話框中為通道分配 HART 變量。
IO資源：如果使用全部 8 個(gè) HART 變量，則 每個(gè)HART 模擬量輸入模塊總共占用 56 個(gè)輸入/輸出字節(jié)（16 個(gè)字節(jié) + 8 x 5 個(gè)字節(jié) = 56 個(gè)字節(jié)）?！盁o(wú)”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(jí)變量）
● TV（Teritary Variable，三級(jí)變量）
● QV（Quatenary，四級(jí)變量）

HART變量結(jié)構(gòu)：

圖1

質(zhì)量代碼含義：

 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(qǐng)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(qǐng)參見下圖：
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。

圖4

2. 工程實(shí)例

2.1 軟硬件列表

表2

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

圖5

2.3 硬件組態(tài)步驟：

a. 使用Step7 v5.4 創(chuàng)建300主站項(xiàng)目，在硬件組態(tài)窗口依訂貨號(hào)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(hào)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(hào)從站插槽中中添加訂貨號(hào)為6ES7331-7TF01-0AB0的HART模擬量模板，并在通道4.0添加一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(yè)定義傳感器類型。參見下圖配置：

圖10

f. 在HART variables標(biāo)簽頁(yè)定義HART變量，例程使用了前4個(gè)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(cuò)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(xiàng)目并下載至CPU。

2.4 測(cè)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(shí)際值。請(qǐng)參看下圖：

圖14

1． IO-Link 基本功能介紹

IO-Link 是PROFIBUS 和PROFINET組織推出的一種新的傳感器/執(zhí)行器層面的協(xié)議。其定位與傳統(tǒng)接線和AS-i協(xié)議之間的部分。其采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式。其具有非常強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，例如其與傳統(tǒng)接線方式比較能夠大量的節(jié)省布線的工作量和成本，與AS-i比較而言其能獲得更多的信息，以及易于移植等。IO-Link具有master 和device的結(jié)構(gòu)形式，master具有一個(gè)或多個(gè)port能夠連接device。4SI IO-Link具有4個(gè)port能夠連接4個(gè)device。

2． 4 SI IO-Link使用步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2.2 硬件接線

2.2.1 4SI IO-Link硬件接線
4SI IO-Link必須在ET200S上使用（6ES7 151-1BA02-0AB0，6ES7 151-1AA05-0AB0，6ES7 151-7AA20-0AB0）并配合相應(yīng)的終端模塊。

圖1為4SI IO-Link電子模塊的端子分配圖,圖2為終端模塊的接線示意圖.

圖1. 4SI IO-Link模塊端子分配

圖2.可用終端模塊及接線圖

2.2.2 IO-Link Module K20 4DI硬件接線
如圖所示該模塊需要使用M12的接頭進(jìn)行連接，對(duì)于M12接頭的選擇而言首先要考慮接頭的編碼方式，其次需要了解其為插針還是插座，如果需要選擇帶預(yù)裝電纜則要考慮連接電纜的數(shù)量。

圖3. IO-Link Module K20 4DI接線圖

如圖所示，通過(guò)PCT我們能夠知道IO-Link Module K20 4DI 連接傳感器M12接口的類型（插座）

圖4. IO-Link Module K20 4DI M12插頭的類型

圖5. IO-Link Module K20 4DI M12插頭的管腳定義

因5號(hào)管腳未使用，所以對(duì)照下圖我們能夠確定我們可以選擇下列編碼類型的M12連接器插頭（插針）

圖6.M12接頭編碼示意圖

下圖為M12接頭的參考訂貨號(hào)。

圖7.M12插頭參考訂貨號(hào)

如選用了預(yù)裝配電纜請(qǐng)參照下圖定義：

圖8.M12插頭預(yù)裝配電纜的顏色及功能定義

對(duì)于IO-Link 連接的M12接頭的管腳定義如下圖所示：

圖9.IO-Link M12接頭的管腳定義

對(duì)應(yīng)的M12連接頭在4SI IO-LINK手冊(cè)中已給出了參考型號(hào)：

圖10.IO-Link M12接頭參考型號(hào)

2.3 硬件組態(tài)

2.3.1 站的配置
（1）在SIMATIC Manager 中創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，并 組態(tài)一個(gè)300站及ET200S從站。如圖所示：

圖11.配置300站

（2）配置ET200S站(插入4SI IO-Link)

圖12：配置ET200S

2.3.2 通過(guò)PCT設(shè)置IO-Link參數(shù)
(1)鼠標(biāo)左鍵選中4SI IO-Link，通過(guò)右鍵菜單打開PCT：

圖13：打開PCT

(2)如圖可通過(guò)拖拽的方式配置device：

圖14：配置IO-Link device

(3)如圖點(diǎn)擊Addresses菜單打開地址配置界面：

圖14：PCT參數(shù)化界面-Addresses

勾選 Show absolute addresses，則可看到端口對(duì)應(yīng)與主站的絕對(duì)地址

圖15：PCT參數(shù)化界面-Addresses

勾選 Port Qualifier,則主站會(huì)為每個(gè)端口分配一個(gè)bit，用于反映通訊狀況。

圖16：PCT參數(shù)化界面-Addresses

勾選 Structure of Process Data下的All Port ,則能夠看到各端口IO與master地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖17：PCT參數(shù)化界面-Addresses

(3)通過(guò)PCT 下載參數(shù)設(shè)置：
如果已經(jīng)連接了device 可通過(guò)如下按鈕下載參數(shù)配置

圖18：PCT參數(shù)化界面-下載

可通過(guò)如下按鈕單獨(dú)下載master或device的參數(shù)配置

圖19：PCT參數(shù)化界面-下載

(4)保存PCT參數(shù)設(shè)置：

圖20：保存PCT參數(shù)設(shè)置

(5)保存硬件組態(tài)

圖21：保存硬件組態(tài)

2.4 程序調(diào)用及編寫
對(duì)于INPUT/OUTPUT而言可以通過(guò)直接的IO訪問(wèn)的方式進(jìn)行讀取

圖22：數(shù)字量輸入讀取

其中M0.0-M0.3對(duì)應(yīng)與IO-Link Module K20 4DI的IN1-IN4的輸入值，M1.0則表示master 的prot1的值是否正確。