西门子6ES7232-4HB32-0XB0

上海朕锌电气设备有限公司

西门子6ES7232-4HB32-0XB0

6ES7232-4HB32-0XB0 SIMATIC S7-1200，模拟输出， SM 1232，2 AO， +/-10V，14 位分辨率， 或 0-20mA/4-20mA， 13 位分辨率

1.概述

1.1 S7-1200 的PROFINET 通信口
S7-1200 CPU 本体上集成了一个 PROFINET 通信口，支持以太网和基于 TCP/IP 的通信标准。使用这个通信口可以实现 S7-1200 CPU 与编程设备的通信，与HMI触摸屏的通信，以及与其它 CPU 之间的通信。这个PROFINET 物理接口是支持10/100Mb/s的 RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准的或是交叉的以太网线都可以用于这个接口。

1.2 S7-1200支持的协议和较大的连接资源

S7-1200 CPU 的PROFINET 通信口支持以下通信协议及服务
? TCP
? ISO on TCP ( RCF 1006 )
? S7 通信 (服务器端)

通信口所支持的较大通信连接数
S7-1200 CPU PROFINET 通信口所支持的较大通信连接数如下：
? 3个连接用于HMI (触摸屏) 与 CPU 的通信
? 1个连接用于编程设备（PG）与 CPU 的通信
? 8个连接用于Open IE ( TCP, ISO on TCP) 的编程通信，使用T-block 指令来实现
? 3个连接用于S7 通信的服务器端连接，可以实现与S7-200，S7-300以及 S7-400 的以太网S7 通信
S7-1200 CPU可以同时支持以上15个通信连接，这些连接数是固定不变的，不能自定义。

TCP（Transport Connection Protocol）
TCP是由 RFC 793描述的标准协议，可以在通信对象间建立稳定、安全的服务连接。如果数据用TCP协议来传输，传输的形式是数据流，没有传输长度及信息帧的起始、结束信息。在以数据流的方式传输时接收方不知道一 条信息的结束和下一条信息的开始。因此，发送方必须确定信息的结构让接收方能够识别 。在多数情况下TCP应用了IP (Internet protocol) ，也就是“TCP/IP 协议”， 它位于 ISO-OSI 参考模型的*四层。
协议的特点：
? 与硬件绑定的高效通信协议
? 适合传输中等到大量的数据 (<=8192 bytes)
? 为大多数设备应用提供
– 错误恢复
– 流控制
– 可靠性
? 一个基于连接的协议
? 可以灵活的与支持TCP协议的第三方设备通信
? 具有路由兼容性
? 只可使用静态数据长度
? 有确认机制
? 使用端口号进行应用寻址
? 大多数应用协议，如TELNET、FTP都使用TCP
? 使用 SEND/RECEIVE 编程接口进行数据管理需要编程来实现

1.3 硬件需求和软件需求
硬件：
① S7-1200 CPU
② S7-300 CPU + CP343-1（支持S7 Client）
③ PC（带以太网卡）
④ TP以太网电缆
软件：
① STEP 7 Basic V10.5
② STEP 7 V5.4

 

2. ISO on TCP 通信
S7-1200 CPU 与S7-300/400 之间通过ISO on TCP 通信，需要在双方都建立连接，连接对象选择“Unspecified”。
所完成的通信任务为：
① S7-1200将DB3里的100个字节发送到S7-300的DB2中
② S7-300将输入数据IB0发送给S7-1200的输出数据区QB0。

2.1 S7-1200 CPU 的组态编程
组态编程过程与 S7-1200 CPU 之间的通信基本相似 （见 6.3 ），这里简单描述一下步骤：
① 使用STEP 7 Basic V10.5 软件新建一个项目
在STEP 7 Basic 的“Portal View”中选择 “Create new project”创建一个新项目
② 添加新设备
然后进入“Project view”，在“Project tree”下双击“Add new device”，在对话框中选择所使用的S7-1200 CPU添加到机架上，命名为 PLC_1。
③ 为 PROFINET 通信口分配以太网地址
在“Device View”中点击 CPU 上代表PROFINET 通信口的绿色小方块，在下方会出现PROFINET 接口的属性，在 “Ethernet addresses”下分配IP 地址为 192.168.0.1 ，子网掩码为255.255.255.0。
④ 在 S7-1200 CPU 中调用“TSEND_C”通信指令并配置连接参数和块参数
在主程序中调用发送通信指令，进入“Project tree” > “ PLC_1”>“Program blocks”>“Main”主程序中，从右侧窗口“Instructions”> “Extended Instructions”>“Communications”下调用“TSEND_C”指令，并选择“Single Instance”生成背景 DB块。然后单击指令块下方的“下箭头”，使指令展开显示所有接口参数。
然后，创建并定义发送数据区 DB 块。通过“Project tree”>“ PLC_1”> “Program blocks” >“Add new block” ，选择 “Data block”创建 DB 块，选择**寻址，点击“OK”键，定义发送数据区为 100个字节的数组。
根据所使用的参数创建符号表，如图1所示。
配置连接参数，如图2所示。
配置块接口参数，如图3所示。

图1 创建所使用参数的符号表图PLC tag

图2 配置连接参数

图3 配置 TSEND_C 块参数

⑤ 调用“TRCV”通信指令并配置块参数如图6 47所示。
因为与发送使用的是同一连接，所以使用的是不带连接的发送指令“TRCV”，连接“ID”使用的也是“TSEND_C”中的“Connection ID”号，如图4所示。

图4 配置 T_RCV 块参数

2.2 S7-300 CPU 的ISO on TCP通信的组态编程
① 使用STEP 7 软件新建一个项目并进行硬件组态
创建完新项目，在项目的窗口下，右键菜单里，选择“Insert New Object”>“SIMATIC 300 Station” ，插入一个S7-300 站。
为了编程方便，我们使用时钟脉冲激活通信任务，在CPU的“Properties”＞“Cycle/Clock Memory”中设置，如图5所示。

图5 设置时钟脉冲

每一个时钟位都按照不同的周期／频率在０和１之间切换变化，见表1。
表1：时钟位频率

位	７	６	５	４	３	２	１	０
周期（S）	2	01. Jun	1	0.8	0.5	0.4	0.2	0.1
频率（Hz）	0.5	0.625	1	Jan 25	2	02. Mai	5	10

② 配置以太网模块
进入“HW Config”中，组态所使用的 CPU 及“CP343-1”模板。并新建以态网 Ethernet (1) ，配置“CP343-1”模板IP 地址为：192.168.0.2，子网掩码为： 255.255.255.0 。如图6所示。配置完硬件组态及属性，编译存盘并下载所有硬件组态。

图6 S7-300 硬件配置

③ 网络组态
打开 “NetPro” 配置网络，选中 CPU，在连接列表里建立新的连接并选择连接对象和通信协议，如图7所示。

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图7 创建新的连接并选择 ISO-on-TCP 协议

这时会跳出通用信息，如图8所示。

图8 通用信息

然后，进入“Addresses”配置通信双方的IP 地址及TSAP 地址，如图9所示。

图9 配置通信的IP 地址及TSAP 地址

配置完连接并编译存盘后，将网络组态下载到CPU300中。

④ 软件编程
在OB1中，从“Libraries”>“SIMATIC_NET_CP”>“CP300”下，调用FC5（AG_SEND）、FC6（AG_RECV）通信指令。创建接收数据区为 DB2，定义成100个字节的数组。
CALL “ AG_RECV” //调用FC6
ID ：=1 // 连接号，要与连接配置列表中一致，见图8
LADDR ：=W#16#100 //CP的地址，要与配置中一致，见图8
RECV ：=P#DB2.DBX 0.0 BYTE 100 //接收数据区
NDR ：=M10.0 //为1时，接收到新数据
ERROR ：=M10.1 //为1时，有故障发生
STATUS ：=MW12 //状态代码
LEN ：=MW14 //接收到的实际数据长度

CALL “AG_SEND” //调用FC5
ACT ：=M0.2 //为１时，激活发送任务
ID ：=1 // 连接号，要与连接配置中一致
LADDR ：=W#16#100 //CP的地址，要与配置中一致
SEND ：=IB0 //发送数据区
LEN ：=1 //发送数据的长度
DONE ：=M10.2 //为1时，发送完成
ERROR ：=M10.3 //为1时，有故障发生
STATUS ：=MW16 //状态代码

2.3 监控通信结果
下载S7-1200和S7-300中的所有组态及程序，监控通信结果，如图10、图11所示。
在S7-1200 CPU中向DB3中写入数据：“11”、“22”、“33”，则在S7-300中的DB2块收到数据也为“11”、“22”、“33”。
在S7-300 CPU中，将“2#1111_1111”写入IB0，则在S7-1200 CPU中QB0中收到的数据也为“2#1111_1111”。

图10 S7-1200监控表

图11 S7-300 变量表

3. TCP 通信
使用TCP 协议通信，除了连接参数的定义不同，通信双方的其它组态及编程与前面的ISO on TCP 协议通信完全相同。
S7-1200 CPU中，使用 TCP 协议与S7-300通信时，PLC_1的连接参数，如图12所示。通信伙伴 S7-300 的连接参数，如图13所示。

图12 S7-1200 的TCP连接参数的配置

图13 S7-300 的TCP连接参数的配置

1.1 热电偶的工作原理
热电偶和热电阻一样，都是用来测量温度的。
热电偶是将两种不同金属或合金金属焊接起来，构成一个闭合回路，利用温差电势原理来测量温度的，当热电偶两种金属的两端有温度差，回路就会产生热电动势，温差越大，热电动势越大，利用测量热电动势这个原理来测量温度。
结构示意图如下：

图1 热电偶测量结构示意图

注意：如上图所示，热电偶是有正负极性的，所以需要确保这些导线连接到正确的极性，否则将会造成明显的测量误差
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，安装要求如下：
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；
⑤ 热电偶对于外界的干扰比较敏感，因此安装还需要考虑屏蔽的问题。

1.2 热电偶与热电阻的区别

属性	热电阻	热电偶
信号的性质	电阻信号	电压信号
测量范围	低温检测	高温检测
材料	一种金属材料（温度敏感变化的金属材料）	双金属材料在（两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属的两端产生电动势差）
测量原理	电阻随温度变化的性质来测量	基于热电效应来测量温度
补偿方式	3线制和4线制接线	内部补偿和外部补偿
电缆接点要求	电阻直接接入可以更精确的避免线路的的损耗	要通过补偿导线直接接入到模板；或补偿导线接到参比接点，然后用铜制导线接到模板

表1 热电偶与热电阻的比较

2. 热电偶的类型和可用模板

2.1热电偶类型
根据使用材料的不同，分不同类型的热电偶，以分度号区分，分度号代表温度范围，且代表每种分度号的热电偶具体多少温度输出多少毫伏的电压，热电偶的分度号有主要有以下几种。

分度号	温度范围(℃)	两种金属材料
B型	0~1820	铂铑—铂铑
C型	0~2315	钨3稀土—钨26 稀土
E型	-270~1000	镍铬—铜镍
J型	-210~1200	铁—铜镍
K型	-270~1372	镍铬—镍硅
L型	-200~900	铁—铜镍
N型	-270~1300	镍铬硅—镍硅
R型	-50~1769	铂铑—铂
S型	-50~1769	铂铑—铂
T型	-270~400	铜—铜镍
U型	-270~600	铜—铜镍

 表2 分度号对照表

 

2.2可用的模板

CPU类型	模板类型	支持热电偶类型
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0（8点）	E,J,K,L,N
	6ES7 331-7KB02-0AB0（2点）	E,J,K,L,N
	6ES7 331-7PF11-0AB0（8点）	B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0（8点）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
	6ES7 431-7QH00-0AB0（16点）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
	6ES7 431-7KF00-0AB0（8点）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U

表3 S7 300/400 支持热电偶的模板及对应热电偶类型

3. 热电偶的补偿接线

3.1 补偿方式
热电偶测量温度时要求冷端的温度保持不变，这样产生的热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时冷端的环境温度变化，将严重影响测量的准确性，所以需要对冷端温度变化造成的影响采取一定补偿的措施。
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到控制仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本可以用补偿导线延伸冷端到温度比较稳定的控制室内，但补偿导线的材质要和热电偶的导线材质相同。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度变化造成的影响，补偿方式见下表。

温度补偿方式		说 明	接 线
内部补偿		使用模板的内部温度为参比接点进行补偿，再由模板进行处理。	直接用补偿导线连接热电偶到模拟量模板输入端。
外部补偿	补偿盒	使用补偿盒采集并补偿参比接点温度，不需要模板进行处理。	可以使用铜质导线连接参比接点和模拟量模板输入端。
	热电阻	使用热电阻采集参比接点温度，再由模板进行处理。
		如果参比接点温度恒定可以不要热电阻参考

表4 各类补偿方式

 

3.2各补偿方式接线

3.2.1内部补偿
内部补偿是在输入模板的端子上建立参比接点，所以需要将热电偶直接连接到模板的输入端，或通过补偿导线间接的连接到输入端。每个通道组必须接相同类型的热电偶，连接示意图如下。

CPU类型	支持内部补偿模板类型	可连接热电偶个数
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0	较多8个（4种类型，同通道组必须相同）
	6ES7 331-7KB02-0AB0	较多2个（1种类型，同通道组必须相同）
	6ES7 331-7PF11-0AB0	较多8个（8种类型）
S7-400	6ES7 431-7KF00-0AB0	较多8个（8种类型）

表5 支持内部补偿的模板及可接热电偶个数

图2 内部补偿接线

注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接补偿端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板无。

3.2.2 外部补偿—补偿盒
补偿盒方式是通过补偿盒获取热电偶的参比接点的温度，但补偿盒必须安装在热电偶的参比接点处。
补偿盒必须单独供电，电源模块必须具有充分的噪声滤波功能，例如使用接地电缆屏蔽。
补偿盒包含一个桥接电路，固定参比接点温度标定，如果实际温度与补偿温度有偏差，桥接热敏电阻会发生变化，产生正的或者负的补偿电压叠加到测量电势差信号上，从而达到补偿调节的目的。
补偿盒采用参比接点温度为0℃的补偿盒，推荐使用西门子带集成电源装置的补偿盒，订货号如下表。

推荐使用的补偿盒		订货号
带有集成电源装置的参比端，用于导轨安装		M72166-V V V V V
辅助电源	B1	230VAC
	B2	110VAC
	B3	24VAC
	B4	24VDC
连接到热电偶	1	L型
	2	J型
	3	K型
	4	S型
	5	R型
	6	U型
	7	T型
参考温度	00	0℃

表6 西门子参比接点的补偿盒订货数据

图3 S7-300模板支持接线方式

图3 类型：热电偶通过补偿导线连接到参比接点，再用铜质导线连接参比接点和模板的输入端子构成回路，同时由一个补偿盒对模板连接的所有热电偶进行公共补偿，补偿盒的9，8端子连接到模板的补偿端COMP+(10)和Mana(11)，所以模板的所有通道必须连接同类型的热电偶。

图4 S7-400模板支持接线方式

图4 类型：模板的各个通道单独连接一个补偿盒，补偿盒通过热电偶的补偿导线直接连接到模板的输入端子构成回路，所以模板的每个通道都可以使用模板支持类型的热电偶，但是每个通道都需要补偿盒。

CPU类型	支持外部补偿盒补偿模板类型	可连接热电偶个数
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0	较多8个（同类型）
	6ES7 331-7KB02-0AB0	较多2个（同类型）
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	较多8个（类型可不同）
	6ES7 431-7QH00-0AB0	较多16个（类型可不同）

表7 支持外部补偿盒补偿的模板及可接热电偶个数

 

3.2.3 外部补偿—热电阻
热电阻方式是通过外接电阻温度计获取热电偶的参比接点的温度，再由模板处理然后进行温度补偿，同样热电阻必须安装在热电偶的参比接点处。

图5 S7-300模板支持方式

图5类型：参比接点电阻温度计pt100的四根线接到模板的35，36，37，38端子，对应（M+，M-，I+，I-），可测参比接点出温度范围为-25℃到85℃，

图6 S7-400模板支持方式

图6类型：参比接点电阻温度计的四根线接到模板的通道0，占用通道。
以上这两种方式，参比接点到模板的线可以用铜质导线，由于做公共补偿，只能接同类型的热电偶。

CPU类型	支持热电阻补偿模板类型	可连接热电偶个数
S7-300	6ES7 331-7PF11-0AB0	较多8个（同类型）
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	较多6个（同类型）
	6ES7 431-7QH00-0AB0	较多14个（同类型）

表8 支持热电阻补偿的模板及可接热电偶个数

 

3.2.4外部补偿—固定温度
如果外部参比接点的温度已知且固定，可以通过选择相应的补偿方式由模板内部处理补偿，组态设置详见下章节。

CPU类型	支持固定温度补偿模板类型	可连接热电偶个数	可设定温度范围
S7-300	6ES7 331-7PF11-0AB0	较多8个（同类型）	0℃或50℃
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	较多8个（同类型）	-27*℃~327.67℃
	6ES7 431-7QH00-0AB0	较多16个（同类型）	-27*℃~327.67℃
	6ES7 431-7KF00-0AB0	较多8个（同类型）	-27*℃~327.67℃

表9支持固定温度补偿的模板及可接热电偶个数

从上表可以看出，300的模板只支持参比接点的温度为0℃或50℃两种，而400的模板支持可变温度范围，且范围大。

3.2.4混合补偿—热电阻和固定温度补偿
另外，除单独补偿方式外，可以使用相同参比接点给多个模板，通过电阻温度计进行外部补偿，S7-400的模板支持这种方式，补偿示意图如下。

图7 混合外部补偿

补偿过程：如图所示，模板2和1 有公共的参比接点，模板1进行外部电阻温度计补偿方式，由CPU读取RTD的温度，然后使用系统功能SFC55(WR_PARM)将温度值写入到模板2中，模板2选择固定温度补偿的方式。
SFC55只能对模板的动态参数进行修改，模拟量输入模板的静态参数（数据记录0）和动态参数（数据记录1）的参数及数据记录1的结构如下：

参数	数据记录号	参数分配方式
		SFC55	STEP7
用于中断的目标CPU	0	否	是
测量方法	0	否	是
测量范围	0	否	是
诊断	0	否	是
温度单位	0	否	是
温度系统	0	否	是
噪声抑制	0	否	是
滤波	0	否	是
参比接点	0	否	是
周期结束中断	0	否	是
诊断中断启用	1	是	是
硬件中断启用	1	是	是
参考温度	1	是	是
上限	1	是	是
下限	1	是	是

表10 S7-400模拟量输入模板的参数

 

图8 S7-400模拟量输入模板的数据记录1的结构

 

以6ES7 431-7QH00-0AB0 模拟量输入模板为例，程序块SFC55调用：

图9 SFC55系统块调用

当M0.0上升沿使能时，将写入的参数从MB100~MB166传递到输入地址为100开始的模板，修改其数据记录1的参数，同时也将参比接点的温度也写入模板的设定位置。

参数	声明	数据类型	描述
REQ	INPUT	BOOL	REQ=1，写请求，上升沿信号。
IOID	INPUT	BYTE	地址区域的标识号：外设输入=B#16#54；                                     外设输出=B#16#55； 外设输入/输出混合，如果地址相同，*为B#16#54，不同则*较低地址的区域ID。
LADDR	INPUT	WORD	模板的逻辑地址（初始地址），如果混合模板，*两个地址中的较低的一个。
RECNUM	INPUT	BYTE	数据记录号，参考模板数据手册。
RECORD	INPUT	ANY	需要传送的数据记录存放区。
RET_VAL	OUTPUT	INT	故障代码。
BUSY	OUTPUT	BOOL	BUSY=1，写操作未完成。

表11 各参数的说明

4. 热电偶的信号处理方式

4.1 硬件组态设置
首先要在硬件组态选择与外部补偿接线一致的measuring type（测量类型），measuring range（测量范围），reference junction（参比接点类型）和reference temperature（参比接点温度）的参数，如下各图所示。

图10 S7-300模板测量方式示意图

 

图11 S7-300模板测量范围示意图

对于S7-300的模板，组态如图10和11所示，只需要选择测量类型和测量范围（分度类型），补偿方式包含在测量类型中。比如： 参比接点固定温度补偿方式，测量类型选择 TC-L00C（参比接点温度固定为0℃） 或 TC-L50C（参比接点温度固定为50℃），再选择分度类型，组态就完成。

图12 S7-400模板组态图1

图13 S7-400模板组态图2

对于S7-400的模板，组态如图12和13所示，测量类型中选择TC-L方式，测量范围中选择与实际热电偶类型一致的分度号，参比接点的选择。比如：参比接点固定温度的方式，测量类型和测量范围选择完后，在参比接点选择ref.temp（参考温度），然后在reference temperature框（参考温度）内填写参比接点的固定，组态就完成，或者是共享补偿方式，可以用SFC55动态传输温度参数。

400模板组态中Reference junction 参数	说 明
none	无补偿
internet	模板内部补偿
Ref. temp	参比接点温度固定已知补偿

表12 参比接点参数说明

4.2 测量方式和转换处理

CPU类型	测量方法	说 明
300CPU	TC-I	内部补偿
	TC-E	外部补偿
	TC-IL	线性，内部补偿
	TC-EL	线性，外部补偿
	TC-L00C	线性，参比接点温度保持在0°C
	TC-L50C	线性，参比接点温度保持在50°C
	400CPU	TC-L 线性

表13 测量方式各参数的说明及处理

注：测量方式中：I ：内部补偿，E：外部补偿，L：线性处理。

线性化方式（TC-IL/EL/L00C/L50C/L）
线性化方式下，由模板内部根据所选择的热电偶类型的特性进行线性处理，可以使用L PIW xxx 直接读入，则将获得十进制的温度值，精度为0.1。例如：读进来的 十进制值为2345，则对应的温度值为234.5℃。
非线性化方式（TC-I/E）
对于非线性化的设置，此设置类似80Mv的电压测量，CPU得到的是0~27648之间的一个十进制数值，即0~80Mv 对应0~27648，需要转换成相应Mv信号，然后通过对照表查找温度。
综上所述，如果想得到所测的温度值，选择线性化方式的设置比较方便；如果仅需要得到Mv信号，可以选择非线性化方式的设置。

西门子6ES7232-4HB32-0XB0