西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0 西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0 西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0
SIMATIC DP，終端模塊 TM-EM/EM60S 用于 ET200iSP， 用于兩個(gè)電子模塊， 黑色螺釘型接線端子
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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(kāi)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(xiě)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)）。“無(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：
| 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(wú)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(qǐng)參見(jiàn)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(jiàn)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
| 模塊(軟件)名稱(chēng) | 模塊(軟件)型號(hào) | 定貨號(hào) | 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(duì)于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART儀表的接線，請(qǐng)參見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(lèi)型。參見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)下圖：
圖13
j. 至此，保存項(xiàng)目并下載至CPU。
2.4 測(cè)試
打開(kāi)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
3 總結(jié)
使用擴(kuò)展的用戶接口(HART變量)可以直接在程序中使用IO進(jìn)行變量的讀取，節(jié)省通訊時(shí)間，但是占用大量IO區(qū)。
注意：對(duì)于多變量所針對(duì)的實(shí)際的物理意義需要參考設(shè)備手冊(cè)，如果需要對(duì)HART設(shè)備參數(shù)設(shè)定則需要使用PDM軟件及EDD文件進(jìn)一步操作。在此僅對(duì)HART變量的使用進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)于HART更多信息請(qǐng)參考文檔《ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備 HART 模擬模塊》。
第一部分：ET200S工藝模塊1Count24V/100kHz
1．概述
ET200S工藝模塊主要包括四種類(lèi)型：模塊1Count24V/100kHz，1Count5V/500kHz，1SSI，2PULSE。本文通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)試?yán)?，描述怎樣按照工藝要求設(shè)置ET200S工藝模塊1Count24V/100kHz的功能應(yīng)用，以及應(yīng)用、操作和測(cè)試相應(yīng)的軟硬件。
工藝模塊1Count24V/100kHz主要包括以下幾種操作模式：
（1）計(jì)數(shù)模式：包括連續(xù)計(jì)數(shù)，周期計(jì)數(shù)和單次計(jì)數(shù)
（2）測(cè)量模式：包括頻率測(cè)量，周期測(cè)量和轉(zhuǎn)速測(cè)量
（3）位置檢測(cè)：這個(gè)模式是連續(xù)計(jì)數(shù)功能的一部分，用來(lái)在等時(shí)模式作為一個(gè)純輸入模塊使用。
本文主要描述該模塊在計(jì)數(shù)模式下的使用，測(cè)量模式等請(qǐng)參考計(jì)數(shù)功能使用。
2．系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)
圖 1 系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)
本示例為一套S7-300 PLC通過(guò)ET200S 1Count24V/100kHz模塊從24V增量型編碼器讀取計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，監(jiān)控旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
圖1為示例系統(tǒng)的配置圖，圖中包含如下的硬件：
?一臺(tái)筆記本電腦或PG/PC
?一塊CP5512
?一套S7-300 PLC
?一套ET200S系統(tǒng)
3．硬件和軟件需求
表3－1硬件訂貨信息
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名稱(chēng) |
數(shù)量 |
訂貨號(hào) |
|
IM151-1 STANDARD interface module and terminating module |
1 |
6ES7151-1AA03-0AB0 |
|
TM-P15S23-A0 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CD20-0AA0 |
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TM-E15S26-A1 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CA40-0AA0 |
|
PM-E 24–48 VDC/24–230 VAC |
1 |
6ES7138-4CB10-0AB0 |
|
1 SSI, 1 unit |
1 |
6ES7 138-4DB01-0AB0 |
|
1Count 24V/100kHz, 1 unit |
1 |
6ES7 138-4DB01-0AB0 |
|
PROFIBUS FC Standard Cable |
|
6XV1 830-0EH10 |
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PROFIBUS FastConnect bus connector RS 485 with 90° cable outlet (with PG interface) |
2 |
6ES7 972-0BB50-0XA0 |
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CP 5512 communications processor |
1 |
6GK1 551-2AA00 |
|
MPI cable For connecting SIMATIC S7 and the PG through MPI; length 5 m |
1 |
6ES7 901-0BF00-0AA0 |
|
CPU 315-2 DP |
1 |
6ES7315-2AG10-0AB0 |
表3－2軟件訂貨信息
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名稱(chēng) |
訂貨號(hào) |
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STEP 7 Professional Edition 2004 |
6ES7 810-5CC08-0YA5 |
4．硬件安裝與接線
連接的編碼器類(lèi)型：
（1）24V脈沖發(fā)生器（不帶方向信號(hào)）
（2）24V脈沖發(fā)生器（帶方向信號(hào)）
（3）24V增量型編碼器
圖2 編碼器連接
5．系統(tǒng)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置
（1）硬件配置
按照?qǐng)D1硬件配置圖進(jìn)行連接，一套S7-300 PLC作為DP主站連接ET200S
從站系統(tǒng)，24V增量型編碼器按圖2接線圖依次接入
ET200S 1Count24V/100kHz模塊。
（2）系統(tǒng)組態(tài)及參數(shù)設(shè)置
在STEP7管理器中新建一個(gè)名為Latch_ET200S_1COUNT的項(xiàng)目，插入一個(gè)SIMATIC 300 STATION，命名為1COUNT，然后在硬件組態(tài)中按訂貨號(hào)和硬件安裝次序依次插入機(jī)架、CPU、ET200S標(biāo)準(zhǔn)從站模塊和ET200S 1COUNT計(jì)數(shù)模塊（從硬件列表中選擇模塊1COUNT 24V/100kHz C）。
圖3主站硬件組態(tài)
ET200S 1COUNT模塊參數(shù)配置如圖4所示。
圖4參數(shù)設(shè)置
參數(shù)Signal evaluation A* B *和Sensor A* B * DI 根據(jù)連接的編碼器類(lèi)型進(jìn)行選擇，此處選擇PNP類(lèi)型24V增量型編碼器；
參數(shù)Direction input B *可設(shè)置成正方向或反方向；
參數(shù)Type of counting mode可設(shè)置三種計(jì)數(shù)模式：連續(xù)計(jì)數(shù)，周期計(jì)數(shù)和單次計(jì)數(shù)；
其他參數(shù)設(shè)置選擇默認(rèn)值即可。
（3）例程
循環(huán)程序OB1：
//預(yù)設(shè)
L 0 //刪除控制位
T DB1.DBD 0
T DB1.DBD 4
SET
S DB1.DBX4.0 //打開(kāi)軟件門(mén)
//寫(xiě)控制接口
L DB1.DBD 0 //寫(xiě)8字節(jié)到 1SSI模塊
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //輸出起始地址
T PQD 268
//讀反饋接口
L PID 264 //從 1SSI模塊讀8字節(jié)
T DB1.DBD 8
L PID 268 //輸入起始地址
T DB1.DBD 12
控制接口的參數(shù)分配如圖5，在硬件組態(tài)里，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)模塊的輸出區(qū)8個(gè)字節(jié)（PQB264 ~ PQB271）。在上面例程中，DB1中8個(gè)字節(jié)（DB1.DBB0~DB1.DBB7）用來(lái)存放控制接口的參數(shù)。
圖5 控制接口參數(shù)分配
反饋接口的參數(shù)分配如圖6，在硬件組態(tài)里，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)模塊的輸入?yún)^(qū)8個(gè)字節(jié)（PIB264 ～PIB271）。在上面例程中，DB1中8個(gè)字節(jié)（DB1.DBB8 ～ DB1.DBB15）用來(lái)存放反饋接口的參數(shù)。
圖6 反饋接口參數(shù)分配
6．測(cè)試、監(jiān)控與診斷
圖7 變量表監(jiān)控
在STEP7管理器Blocks中建立變量表，在變量DB1.DBD 8（反饋接口Bytes 0～3）中監(jiān)控測(cè)量的編碼器值，通過(guò)變量DB1.DBX 13.6 （STS_C_UP）和DB1.DBX 13.7（STS_C_DN）監(jiān)控編碼器值的變化方向。
7．功能
7．1計(jì)數(shù)輸入的控制：
通過(guò)軟件門(mén)控制
軟件門(mén)與硬件門(mén)(“與”邏輯操作)
7．2門(mén)控功能
軟件門(mén)：通過(guò)用戶程序控制
當(dāng)使能軟件門(mén)控制位時(shí)，在參數(shù)配置里采用“interrupt counting
procedure”，從裝載值開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)軟件門(mén)停止后再使能，計(jì)數(shù)從停止時(shí)的
計(jì)數(shù)值開(kāi)始繼續(xù)計(jì)數(shù)；
在參數(shù)配置里采用“terminate counting procedure”，從裝載值開(kāi)始計(jì)
數(shù)，當(dāng)軟件門(mén)停止后再使能，計(jì)數(shù)從裝載值開(kāi)始重新計(jì)數(shù)；
圖8 硬件門(mén)使用
硬件門(mén)：在硬件門(mén)使能后，通過(guò)數(shù)字量輸入控制，功能和軟件門(mén)控制一樣。前提是如圖8所示，在參數(shù)“Function DI”里設(shè)置成“hardware gate”。
7．3鎖存功能
鎖存與重新觸發(fā)：
在硬件組態(tài)中參數(shù)配置“Function DI”使能“鎖存與重新觸發(fā)”后，在用戶程序中把軟件門(mén)使能，當(dāng)數(shù)字量輸入端有上升沿脈沖時(shí)，把當(dāng)前計(jì)數(shù)值鎖存。計(jì)數(shù)功能繼續(xù)進(jìn)行，直到數(shù)字量輸入端有下一個(gè)上升沿脈沖，鎖存當(dāng)前計(jì)數(shù)值并開(kāi)始從裝載值重新計(jì)數(shù)。
如果你在這個(gè)過(guò)程中直接裝入裝載值，不會(huì)改變?cè)诜答佔(zhàn)种械逆i存值。如果關(guān)閉軟件門(mén)，只是中斷計(jì)數(shù)，而數(shù)字量輸入中鎖存和重新觸發(fā)功能仍然有效。
注意在軟件門(mén)使能后，當(dāng)數(shù)字量輸入端有第一個(gè)上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)模式開(kāi)始進(jìn)行，參考圖9鎖存和重新觸發(fā)功能時(shí)序圖。
圖9 鎖存和重新觸發(fā)功能時(shí)序圖
鎖存：
在硬件組態(tài)參數(shù)配置“Function DI”中使能“鎖存”后，在用戶程序中把軟件門(mén)使能，當(dāng)數(shù)字量輸入端有上升沿脈沖時(shí)，鎖存計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)功能繼續(xù)進(jìn)行，直到數(shù)字量輸入端有下一個(gè)上升沿脈沖，鎖存新計(jì)數(shù)值。
注意如果你在這個(gè)過(guò)程中直接裝入裝載值，不會(huì)改變?cè)诜答佔(zhàn)种械逆i存值。如果關(guān)閉軟件門(mén)，只是中斷計(jì)數(shù)，而數(shù)字量輸入中鎖存功能仍然有效。
圖10 鎖存功能時(shí)序圖
7．4同步功能
同步功能只能在單次計(jì)數(shù)和周期計(jì)數(shù)模式下使用?？梢允褂眯D(zhuǎn)編碼器的零標(biāo)志位做為參考信號(hào)。先使能軟件門(mén)，然后使能同步控制位，在單次計(jì)數(shù)同步中，數(shù)字量輸入中從第一個(gè)上升沿脈沖開(kāi)始從裝載值進(jìn)行同步計(jì)數(shù)。而在周期計(jì)數(shù)同步中，數(shù)字量輸入中第一個(gè)上升沿脈沖和后續(xù)的每個(gè)上升沿脈沖使計(jì)數(shù)器從裝載值開(kāi)始同步計(jì)數(shù)。在完成同步后，狀態(tài)位“STS_SYN”被置位。
圖11 同步功能時(shí)序圖
7．5在計(jì)數(shù)模式里對(duì)輸出的控制
計(jì)數(shù)模板有一個(gè)數(shù)字量輸出和一個(gè)虛擬的數(shù)字量輸出（存在于反饋接口的狀態(tài)位上），可以存儲(chǔ)兩個(gè)比較值，依靠計(jì)數(shù)值和比較值的關(guān)系可以對(duì)輸出進(jìn)行控制：
（1） 直接對(duì)輸出進(jìn)行控制
使能控制位CTRL_DO1和CTRL_DO2，通過(guò)控制位SET_DO1和SET_DO2直接對(duì)輸出進(jìn)行控制。狀態(tài)位STS_CMP1和STS_CMP2顯示了相應(yīng)的輸出狀態(tài)。直到這些狀態(tài)位被確認(rèn)，他們一直保持現(xiàn)有狀態(tài)；如果沒(méi)有使能DO1和DO2，通過(guò)控制位SET_DO1和SET_DO2直接影響這些狀態(tài)位。
下面四種輸出形式的使用情況和直接控制輸出類(lèi)似，需要先裝載比較值，根據(jù)設(shè)定的比較條件對(duì)輸出進(jìn)行控制。
（2） 計(jì)數(shù)值>＝比較值
舉例：設(shè)定一個(gè)比較值2000，當(dāng)計(jì)數(shù)值大于等于2000時(shí)，使能DO1輸出。
硬件組態(tài)：
圖12 比較值輸出
計(jì)數(shù)模塊的參數(shù)設(shè)置如圖12所示，只需設(shè)置參數(shù)“Function DI”為“Counter>=comparison value”模式，其他參數(shù)設(shè)置參照?qǐng)D4普通計(jì)數(shù)模式。
主程序：
//預(yù)設(shè)
SET
S DB1.DBX 4.0 //置位軟件門(mén)
S DB1.DBX 4.4 //使能DO1
//裝入比較值
A M 100.0 //觸發(fā)位
S DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268
L 2000
T DB1.DBD 0
T PQD 264
AN M 100.0
R DB1.DBX 5.2
L DB1.DBD 4
T PQD 268
//寫(xiě)控制接口
L DB1.DBD 0 //寫(xiě)8字節(jié)到 1SSI模塊
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //輸出起始地址
T PQD 268
//讀反饋接口
L PID 264 //從 1SSI模塊讀8字節(jié)
T DB1.DBD 8
L PID 268 //輸入起始地址
T DB1.DBD 12
監(jiān)控與測(cè)試：通過(guò)使能M100.0，裝入比較值1（2000），當(dāng)編碼器計(jì)數(shù)值大于等于2000時(shí)，使能輸出DO1，同時(shí)置位狀態(tài)位STS_CMP1（DB1.DBX14.3）和STS_DO1（DB1.DBX13.3）。
圖13 比較值<2000
圖14 比較值>＝2000
（3） 計(jì)數(shù)值<＝比較值
（4） 到達(dá)比較值時(shí)輸出脈沖
（5） 到達(dá)比較值時(shí)開(kāi)關(guān)輸出（僅限DO1）
第二部分：ET200S工藝模塊1Count5V/500kHz
工藝模塊1Count5V/500kHz的使用可參考第一部分的描述，其不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在硬件接線和硬件組態(tài)的參數(shù)配置上。
1．硬件接線圖
模塊只能連接5V增量型編碼器。
圖15 硬件接線圖
2．硬件組態(tài)和參數(shù)配置
西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0 西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0 西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0 西門(mén)子 6ES7193-7CA20-0AA0
