西门子6SL3210-1KE21-7UF1
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模拟量模块、信号板
信号类型
| 模板型号 | 订货号 | 分辨率 | 负载信号类型 | 量程范围 |
|
模拟量输入
|
||||
| CPU 集成模拟量输入 |
10 位
|
0 ~ 10 V
|
0 ~ 27648
|
|
|
*** 1231 4 x 模拟量输入
|
6ES7 231-4HD32-0XB0
|
12 位 + 符号位
|
&plu***n;10 V ,&plu***n;5 V,&plu***n;2.5 V
|
-27648 ~ 27648
|
|
0~20 mA，4~20 mA
|
0 ~ 27648
|
|||
|
*** 1231 4 x 模拟量输入
|
6ES7 231-5ND32-0XB0
|
15 位 + 符号位
|
&plu***n;10 V ,&plu***n;5 V,&plu***n;2.5 V，&plu***n;1.25 V
|
-27648 ~ 27648
|
|
0~20 mA，4~20 mA
|
0 ~ 27648
|
|||
| *** 1231 8 x 模拟量输入 |
6ES7 231-4HF32-0XB0
|
12 位 + 符号位
|
&plu***n;10 V ,&plu***n;5 V,&plu***n;2.5 V | -27648 ~ 27648 |
| 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
|
*** 1234 4 x 模拟量输入/ 2 x 模拟量输出 |
6ES7 234-4HE32-0XB0
|
12 位 + 符号位 |
&plu***n;10 V ,&plu***n;5 V,&plu***n;2.5 V
|
-27648 ~ 27648
|
| 0~20 mA，4~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
| SB 1231 1 x 模拟量输入 | 6ES7 231-4HA30-0XB0 | 11 位 + 符号位 |
&plu***n;10 V ,&plu***n;5 V,&plu***n;2.5 V
|
-27648 ~ 27648 |
| 0~20 mA | 0 ~ 27648 | |||
|
模拟量输出
|
||||
|
*** 1232 2 x 模拟量输出
|
6ES7 232-4HB32-0XB0
|
14 位
|
&plu***n;10 V
|
-27648 ~ 27648
|
|
13 位
|
0~20 mA，4~20 mA
|
0 ~ 27648
|
||
|
*** 1232 4 x 模拟量输出
|
6ES7 232-4HD32-0XB0
|
14 位
|
&plu***n;10 V
|
-27648 ~ 27648
|
|
13 位
|
0~20 mA，4~20 mA
|
0 ~ 27648
|
||
| *** 1234 4 x 模拟量输入/2 x 模拟量输出 |
6ES7 234-4HE32-0XB0
|
14 位
|
&plu***n;10 V
|
-27648 ~ 27648
|
|
13 位
|
0~20 mA，4~20 mA
|
0 ~ 27648
|
||
| SB 1232 1 x 模拟量输出 |
6ES7 232-4HA30-0XB0
|
12 位
|
&plu***n;10 V
|
-27648 ~ 27648
|
|
11 位
|
0~20 mA
|
0 ~ 27648
|
||
输入信号精度计算
先明确两个模拟量输入模块参数：
- 模拟量转换的分辨率
- 模拟量转换的精度（误差）
分辨率是 A/D 模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。S7-1200 模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的***小单位是满量程的 1/4096 。
数字化模拟值的表示方法及示例：
|
分辨率
|
模拟值
|
|||||||||||||||
|
位
|
15
|
14
|
13
|
12
|
11
|
10
|
9
|
8
|
7
|
6
|
5
|
4
|
3
|
2
|
1
|
0
|
|
位值
|
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
16位
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
12位
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
如上表所示，当转换精度小于16位时，相应的位左侧对齐，***小变化位为 16 - 该模板分辨率，未使用的***低位补 “ 0 ”。 如表中 12 位 分辨率的模板则是从 16 - 12 = 4，即低字节的第四位 bit 3 开始变化，为其***小变化单位 = 8 （红***框所示） ，bit 0~bit 2 则补“ 0 ”（红***框***背景所示）。则 12 位模板 A/D 模拟量转换芯片的转换精度为 / = 1/4096 。
模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的***后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于 A/D 芯片的转换误差。
模拟量量程计算
可以使用STEP 7 Basic 指令列表 "Convert" 中的 “ SCALE_X ” 和 “ NORM_X ” 来转换模拟量值。
计算公式：
SCALE_X_OUT = [（NORM_X_VALUE - NORM_X_MIN）/（NORM_X_MAX - NORM_X_MIN）] * （SCALE_X_MAX - SCALE_X_MIN） + SCALE_X_MIN
一、测量值转换为工程量
如下图1 程序所示，为标准 0~20 mA 模拟量输入信号，对应 0 ~ 80 MPa 压力的量程换算示例
图 1.测量值转换为工程量示例
其中参数含义如下表1 所示：
表 1.
| 参数名称 | 数据类型 | 参数含义 |
取值范围
|
|
|
电压信号
|
电流信号
|
|||
|
NORM_X_IN
|
Int
|
模拟量通道输入测量值
|
-27648 ~ 27648
|
0 ~ 27648
|
|
NORM_X_LO_LIM
|
Int
|
测量值下限
|
-27648
|
0
|
|
NORM_X_HI_LIM
|
Int
|
测量值上限
|
27648
|
27648
|
|
NORM_X_OUT
|
Real
|
测量值规格化
|
-1.0 ~ 1.0
|
0.0 ~ 1.0
|
|
SCALE_X_LO_LIM
|
Real
|
工程量下限制
|
---
|
---
|
|
SCALE_X_HI_LIM
|
Real
|
工程量上限制
|
---
|
---
|
|
SCALE_X_OUT
|
Real
|
工程量值
|
---
|
---
|
注意：***1231 新的模拟量模块(例如 6ES7 231-4HD32-0XB0)增加了 4~20 mA范围, 对于非标准信号例如电流通道接入 4 ~ 20 mA ，可以设置电流范围 0-20mA 或者 4-20mA, 如下图所示：
但是设置 0-20mA 或者 4-20mA 对应不同的量程范围和 NORM_X 通道测量值下限。如下表所示：
| 实际电流输入 | 设置电流范围 | 量程范围 | NORM_X 通道测量值下限 |
| 0-20 mA | 0-20 mA | 0 -27648 | 0 |
| 4-20 mA | 0-20 mA | 5530- 27648 | 5530 |
| 4-20 mA | 0 - 27648 | 0 |
二、工程量转换为测量值
如下图2 程序所示，为标准 4~20 mA 模拟量输入信号，对应 0 ~ 80 MPa 压力的量程换算示例，同理需修正通道测量输出值下限 SCALE_X_LO_LIM 为 5530
图 2. 工程量转换为测量值
其中参数含义如下表2 所示：
表 2.
| 参数名称 | 数据类型 | 参数含义 |
取值范围
|
|
|
电压信号
|
电流信号
|
|||
|
NORM_X_IN
|
Real
|
工程量给定值
|
---
|
---
|
|
NORM_X_LO_LIM
|
Real
|
工程量下限值
|
---
|
---
|
|
NORM_X_HI_LIM
|
Real
|
工程量上限值
|
---
|
---
|
|
NORM_X_OUT
|
Real
|
工程量给定值规格化
|
-1.0 ~ 1.0
|
0.0 ~ 1.0
|
|
SCALE_X_LO_LIM
|
Int
|
测量输出值下限
|
-27648
|
0
|
|
SCALE_X_HI_LIM
|
Int
|
测量输出值上限
|
27648
|
27648
|
|
SCALE_X_OUT
|
Int
|
测量输出值
|
-27648 ~ 27648
|
0 ~ 27648
|
说明：工程量相关值取决于使用现场，是无法确定有效值的，***能确定的关系是工程量给定或输出值在工程量的下限值和上限值之间，在此不作过多表述。
***1231 模拟量输入
*** 1232 模拟量输出
*** 1234 模拟量输入/输出
SB 1231 模拟量输入（信号板）
SB 1232 模拟量输出（信号板）
AI 连接传感器接线方式
图1. 4 线制传感器
图2. 3 线制传感器
图3. 2 线制传感器
TC 信号模块
TC 信号模块接线
TC 信号板接线
RTD 信号模块
RTD 信号模块接线
RTD 信号板接线
***大 I/O 能力计算
S7-1200 ***大I/O能力取决于以下几个因素，这些因素之间互相影响、制约，必须综合考虑：
- CPU 输入/输出过程变量映像区大小
- CPU 本体的 I/O 点数
- CPU 带扩展模块的数目，见表1（CPU 所带智能通讯模块安装于 CPU 左侧，不占用扩展模板资源数）
- CPU 的 5 VDC 电源是否满足所有扩展模块的需要
5 VDC 电源需求请参考 S7-1200 PLC 电源需求与计算，其它影响因素请参考如下表1 。
表1. S7-1200 PLC 影响 I/O 能力的性能参数
|
CPU 参数 |
CPU 1211C |
CPU 1212C |
CPU 1214C |
CPU 1215C |
CPU 1217C
|
|
3 CPUs |
DC/DC/DC, AC/DC/RLY, DC/DC/RLY |
||||
|
集成数字量 I/O
|
6 输入 / 4 输出 |
8 输入/ 6 输出 |
14 输入 / 10 输出 |
||
|
集成模拟量 I/O
|
2 输入
|
2 输入/ 2 输出 |
2 输入/ 2 输出
|
||
|
过程映像区
|
1024 字节输入 / 1024 字节输出 |
||||
|
信号板扩展
|
***多1个
|
||||
|
信号模块扩展
|
无
|
***多2个
|
***多8个
|
||
|
***大本地数字量 I/O
|
14 |
82 |
284 |
||
|
***大本地模拟量 I/O
|
3 |
19 |
67 |
69 |
69
|
|
通信模块扩展
|
***多3个
|
||||
S7-1200 PLC 电源需求与计算
S7-1200 CPU 提供 5 VDC 和 24 VDC 电源：
- 当有扩展模板时，CPU 通过 I/O 总线为其提供 5 VDC 电源，所有扩展模块的 5 VDC 电源消耗之和不能超过该 CPU 提供的电源额定值。若不够用不能外接 5 VDC 电源。
- 每个 CPU 都有一个 24 VDC 传感器电源，它为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模块继电器线圈提供 24 VDC。如果电源要求超出了 CPU 模块的电源额定值，你可以增加一个外部 24 VDC 电源来提供给扩展模块。
所谓电源计算，就是用 CPU 所能提供的电源容量，减去各模块所需要的电源消耗量。
S7-1200 系统电源数据简表
详情请参考***新的《 S7-1200 系统手册》或模块说明书。
表2. CPU 的供电能力
|
CPU 型号
|
电流供应 (mA)
|
|
|
5 VDC
|
24 VDC
|
|
|
CPU 1211C
|
750
|
300
|
|
CPU 1212C
|
1000
|
300
|
|
CPU 1214C
|
1600
|
400
|
| CPU 1215C | 1600 | 400 |
|
CPU 1217C
|
1600
|
400
|
表3. CPU 上及扩展模块上的数字量输入所消耗的电流
| CPU 上及扩展模块上的数字量 |
电流需求 (mA)
|
|
|
5 VDC
|
24 VDC
|
|
| 每点输入 |
----
|
4 mA/输入
|
注意：如果数字量输入点使用外接24VDC电源，则不必纳入计算。
表4. 数字扩展模块所消耗的电流
|
数字扩展模块型号
|
订货号
|
电流需求
|
|
|
5 VDC (mA)
|
24 VDC
|
||
|
*** 1221 8 x 24 VDC输入
|
6ES7 221-1BF30-0XB0
|
105
|
4 mA/输入
|
|
*** 1221 16 x 24 VDC输入
|
6ES7 221-1BH30-0XB0
|
130
|
4 mA/输入
|
|
*** 1222 8 x 24 VDC输出
|
6ES7 222-1BF30-0XB0
|
120
|
---
|
|
*** 1222 16 x 24 VDC输出
|
6ES7 222-1BH30-0XB0
|
140
|
---
|
|
*** 1222 8 x 继电器输出
|
6ES7 222-1HF30-0XB0
|
120
|
11 mA/输出
|
|
*** 1222 16 x 继电器输出
|
6ES7 222-1HH30-0XB0
|
135
|
11 mA/输出
|
|
*** 1223 8 x 24 VDC输入/8 x 24 VDC输出
|
6ES7 223-1BH30-0XB0
|
145
|
4 mA/输入
|
|
*** 1223 16 x 24 VDC输入/16 x 24 VDC输出
|
6ES7 223-1BL30-0XB0
|
185
|
4 mA/输入
|
|
*** 1223 8 x 24 VDC 输入/8 x 继电器输出
|
6ES7 223-1PH30-0XB0
|
145
|
4 mA/输入 11 mA/输出 |
|
*** 1223 16 x 24 VDC 输入/16 x 继电器输出
|
6ES7 223-1PL30-0XB0
|
180
|
4 mA/输入 11 mA/输出 |
表5.模拟扩展模块所消耗的电流
| 模拟扩展模块型号 |
订货号
|
电流需求 (mA)
|
|
|
5 VDC
|
24 VDC
|
||
|
*** 1231 4 x 模拟量输入
|
6ES7 231-4HD30-0XB0
|
80
|
45
|
|
*** 1231 8 x 模拟量输入
|
6ES7 231-4HF30-0XB0
|
90
|
45
|
|
*** 1232 2 x 模拟量输出
|
6ES7 232-4HB30-0XB0
|
80
|
45 (无负载)
|
|
*** 1232 4 x 模拟量输出
|
6ES7 232-4HD30-0XB0
|
80
|
45 (无负载)
|
|
*** 1234 4 x 模拟量输入/2 x 模拟量输出
|
6ES7 234-4HE30-0XB0
|
80
|
60 (无负载)
|
|
*** 1231 4 x TC 模拟量输入
|
6ES7 231-5QD30-0XB0
|
80
|
40
|
|
*** 1231 4 x RTD 模拟量输入
|
6ES7 231-5PD30-0XB0
|
80
|
40
|
表6.信号板所消耗的电流
| 信号板型号 |
订货号
|
电流需求
|
|
|
5 VDC (mA)
|
24 VDC
|
||
|
SB 1223 2 x 24 VDC 输入/2 x 24 VDC 输出
|
6ES7 223-0BD30-0XB0
|
50
|
4 mA/输入
|
|
SB 1232 1 路模拟量输出
|
6ES7 232-4HA30-0XB0
|
15
|
40 mA (无负载)
|
|
SB 1221,200kHz 4 x 5 VDC 输入
|
6ES7 221-3AD30-0XB0
|
40
|
15 mA/输入 +15 mA
|
|
SB 1222,200kHz 4 x 5 VDC 输出
|
6ES7 222-1AD30-0XB0
|
35
|
15 mA
|
|
SB 1223,200kHz 2 x 5 VDC 输入/2 x 5 VDC 输出
|
6ES7 223-3AD30-0XB0
|
35
|
15 mA/输入 +15 mA
|
|
SB 1221,200kHz 4 x 24 VDC 输入
|
6ES7 221-3BD30-0XB0
|
40
|
7 mA/输入 +20 mA
|
|
SB 1222,200kHz 4 x 24 VDC 输出
|
6ES7 222-1BD30-0XB0
|
35
|
15 mA
|
|
SB 1223,200kHz 2 x 24VDC输入/2x24 VDC输出
|
6ES7 223-3BD30-0XB0
|
35
|
7 mA/输入 +30 mA
|
表7.通讯模块所消耗的电流
| 通讯模块型号 |
订货号
|
电流供应 (mA)
|
|
|
5 VDC
|
24 VDC
|
||
|
CM 1241 RS232
|
6ES7 241-1AH30-0XB0
|
220
|
---
|
|
CM 1241 RS485
|
6ES7 241-1CH30-0XB0
|
220
|
---
|
电源需求计算实例
以下实例是 PLC 电源计算实例，该 PLC 包括一个 CPU 1214C AC/DC/继电器型、1x*** 1231 4 x 模拟量输入、 3x*** 1223 8 DC输入/8 继电器输出和 1x*** 1221 8DC 输入。该实例一共有 46 点输入和 34 点输出 。电源需求如下表8.所示
表8.电源需求计算实例列表
| CPU 电源计算 |
5 VDC
|
24 VDC
|
| CPU 1214C AC/DC/继电器型 |
1600 mA
|
400 mA
|
| 减 | ||
| 系统要求 |
5 VDC
|
24 VDC
|
| CPU 1214C， 14点输入 |
---
|
14 * 4 mA = 56 mA
|
| 1 个 *** 1231 |
1 * 80 mA = 80 mA
|
1 * 45 mA = 45 mA
|
| 3 个 *** 1223 |
3 * 145 mA = 435 mA
|
3 * 8 * 4 mA = 96 mA
|
|
3 * 8 * 11 mA = 264 mA
|
||
| 1 个 *** 1221 |
1 * 105 mA = 105 mA
|
8 * 4 mA = 32 mA
|
| 总要求 |
620 mA
|
493 mA
|
| 等于 | ||
| 电流差额 |
5 VDC
|
24 VDC
|
| 总电流差额 |
980 mA
|
- 93 mA
|
注意：该 CPU 已分配驱动内部继电器线圈所需的电源，则电源计算中无需包括 CPU 内部继电器线圈的功率要求。
由表中可以看出，所选 CPU 已经为 *** 提供了足够的 5 VDC 电流，但没有通过传感器电源为所有输入和扩展继电器线圈提供足够的 24 VDC 电流。I/O 需要 493 mA 而 CPU 只能提供 400 mA。则该系统而外需要一个至少为 93 mA 的 24 VDC 电源以运行所有包括的 24 VDC 输入和输出。
常见问题
CPU 提供的 5 VDC 电源能否使用外部电源扩展？
答：不能，根据模板 5 VDC 电源使用情况选择合适的 CPU 。
CPU 提供的 24 VDC 电源不够用时，能否使用外部电源扩展？
答：可以，根据需要可以选择使用外部电源。
通讯模板（CM）和信号板（SB）是否占用信号扩展模板数量？
答：
- 扩展模板仅指信号模板，安装于 CPU 的右侧，共有 8 个扩展槽位
- 通讯模块安装于 CPU 左侧，并不占用扩展模板资源数
- 信号模块安装于 CPU 上侧，每个 CPU ***多只能安装 1 个，并不占用扩展模板资源数