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Controlador lógico programable por PLC
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| Lugar de origen | Alemania |
| Nombre de la marca | SIMENS |
| Certificación | CE RoHS |
| Número de modelo | 6ES7331-7KF02-0AB0 |
ElSe trata de un sistema de control de las emisiones de gases de efecto invernadero.es uno de los módulos de entrada analógicos más versátiles y ampliamente utilizados en la cartera SIMATIC S7-300.
El SM 331 AI 8×12Bit hace algo que la mayoría de los módulos de entrada analógicos en el mercado no hacen: maneja cuatro categorías de señales completamente diferentes:y resistencia/RTD ¢ en el mismo módulo, con cada grupo de canales configurable de forma independiente a través de los parámetros STEP 7.
Un único módulo de 40 mm de ancho en el bastidor S7-300 puede leer simultáneamente los transmisores de presión a 420mA en los canales 1 y 2, un medidor de caudal a 010V en el canal 3,sensores de temperatura del termoparejo en los canales 5·6, y elementos de temperatura RTD Pt100 en los canales 7 ̊8, sin adaptadores de hardware adicionales, sin módulos especializados separados,No hay arreglos de cableado complejos simplemente configurar los parámetros del grupo de canales para que coincidan con los tipos de instrumentos de campo.
Esta capacidad de múltiples tipos es una consecuencia directa de la arquitectura ADC integradora del módulo combinada con el acondicionamiento de señal frontal programable.
El tipo de medición de cada canal de entrada se define en software (configuración de hardware PASO 7), y el módulo ajusta su impedancia de entrada interna, escalado y algoritmo de conversión en consecuencia.
Los canales de termopares aplican la curva de linearización no lineal adecuada (corrección del coeficiente de Seebeck) para convertir la señal de milivoltios en una unidad de temperatura de ingeniería.Los canales de IDT aplican la ecuación de Callendar-Van Dusen para la linearización Pt100 o el polinomio apropiado para Ni100, teniendo en cuenta automáticamente la relación no lineal entre resistencia y temperatura.
The programmer reads standard 16-bit integers from the module's process image — already scaled to degrees Celsius or the configured engineering unit — without implementing any signal processing in the user programme.
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Canales | 8 (aislado) |
| Resolución | 9/12/14 bits seleccionables |
| Principio de medición | La integración |
| Rango de tensión | ± 80 mV a ± 10 V (8 rangos) |
| Intervalos actuales | ±3,2 mA a 0/4 ∼20 mA |
| Tipos de termopares | E, N, J, K, L |
| Tipos de DTI | Pt100, Ni100 |
| Válvula de alimentación | 24 VDC |
| El aislamiento | Optical (totalmente galvánico) |
| Conector delantero | 20 polos, cambio en caliente |
| El diagnóstico | Se rompen los cables, las alarmas de límite |
La resolución del SM 331 no es una especificación fija, sino un parámetro programable que determina la velocidad de conversión para cada par de canales.
El principio de integración del ADC significa que los tiempos de integración más largos producen conversiones más precisas (de mayor resolución), mientras que los tiempos de integración más cortos sacrifican la resolución para actualizaciones más rápidas.La comprensión de esta compensación es esencial para configurar correctamente el módulo:
9 bits (2,5 ms de integración):El ajuste más rápido es útil cuando la dinámica del proceso es rápida y la precisión de la medición es secundaria.
La resolución de 9 bits (512 pasos en todo el rango de entrada) da una resolución de aproximadamente 20 mV en una entrada de ± 5 V, que es gruesa según los estándares de control de procesos.
Las aplicaciones de este ajuste son inusuales en la medición de procesos en estado estacionario, pero pueden aplicarse a escenarios de control de máquinas de ciclo rápido donde un valor analógico aproximado se actualiza rápidamente.
12 bits (16,67 ms o integración de 20 ms):El ajuste estándar para la mayoría de las aplicaciones de control de procesos, que se correlaciona con el rechazo del ruido de 50 Hz y 60 Hz, respectivamente.
La resolución de 12 bits (4096 pasos) da una resolución de aproximadamente 2,5 mV en una entrada de ± 5 V más que adecuada para la precisión de ± 0,5% típica de los circuitos de corriente de 4 20 mA y los transmisores industriales.
El rechazo del ruido a 50Hz o 60Hz integración es crítico: estas frecuencias son exactamente las interferencias de la red de CA que acopla en el cableado de los instrumentos de campo,y la integración en exactamente un ciclo de red anula el componente de CA en el resultado de ADC.
14 bits (100 ms de integración):La resolución más alta, correlacionada con el rechazo de ruido de 10 Hz.
El modo de 14 bits (16384 pasos, aproximadamente 0.6mV de resolución en ±5V) se utiliza para las mediciones de termopares y RTD donde los niveles de señal son milivoltios y la precisión de la medición de la deriva térmica es más importante que la velocidad de actualización.
Los procesos de temperatura cambian lo suficientemente lentamente como para que el tiempo de conversión de 100 ms sea totalmente aceptable.
El aislamiento óptico del SM 331 entre los circuitos de campo y el plano trasero del S7-300 no es una característica de comercialización, sino una necesidad de ingeniería en muchos entornos de instalación.la señal de retorno de cada instrumento de campo (0V de referencia) está conectada a la tierra del plano trasero del PLC a través del cableado de entrada del módulo.
En una gran instalación en la que los instrumentos de campo están distribuidos por todo el suelo de la planta,Los puntos de puesta a tierra diferentes pueden estar en potenciales diferentes debido a los bucles de puesta a tierra currentes formadas a través de la combinación de los terrenos del chasis del dispositivo de campo, escudos de cables y acero estructural de edificios.
Estas diferencias de potencial de tierra aparecen como voltajes de modo común a través de la entrada diferencial del módulo analógico y corrompen la medición.
El aislamiento óptico rompe esta trayectoria de voltaje de modo común: la señal de campo cruza desde el cableado de campo a la electrónica digital a través de una barrera de luz, sin conexión conductiva.
Los voltajes de modo común hasta el valor de aislamiento (250 V CA) entre el circuito de campo y el plano de fondo del PLC están bloqueados por la barrera óptica y no afectan a la medición.
En las instalaciones con accionamiento de frecuencia variable, arrancadores de motor y dispositivos de campo acoplados a transformadores en infraestructuras de cable compartido, el aislamiento óptico es la diferencia entre estables,mediciones precisas y deriva y ruido de valores analógicos inexplicables.
La medición del termopar introduce dos desafíos que el SM 331 maneja internamente.269 mV a 1000 °C pero sólo 200,644 mV a 500 ° C, no 20,635 mV como un modelo puramente lineal predice.
El SM 331 aplica la tabla de linealización ITS-90 adecuada para cada tipo de termopareja configurado (E, J, K, L, N),conversión de la lectura de milivoltios en bruto directamente a temperatura sin ninguna programación requerida en el código de usuario S7-300.
En segundo lugar, las mediciones de termopares requieren una compensación de unión fría:el voltaje de Seebeck corresponde a la diferencia de temperatura entre la unión caliente (en el punto de medición del proceso) y la unión fría (donde el cable del termopar se conecta al instrumento).
El SM 331 mide la temperatura en sus propios terminales (la unión en frío) mediante un sensor de temperatura interno,y añade esta compensación a la tensión de Seebeck medido para producir la temperatura absoluta de la unión caliente.
Esta compensación interna es exacta cuando el SM 331 se encuentra a una temperatura uniforme y conocida en un gabinete de control bien gestionado a 20-40 °C ambiente.la compensación interna es adecuada para la mayoría de los requisitos de control de procesos.
Para una precisión de laboratorio, una caja externa de compensación de unión fría proporciona la medición de la temperatura de unión de referencia en el punto de terminación del cable.
El SM 331 proporciona una monitorización activa de la ruptura de alambre en canales configurados.Transmisor fallido, o sensor sin alimentación el módulo detecta esta condición y genera una interrupción de diagnóstico.
Para las entradas de termopares, el módulo aplica una corriente de sesgo pequeña y supervisa la impedancia de entrada se detecta y informa un termopare de circuito abierto (cable roto o unión fallida).
Para las entradas de voltaje, la detección de ruptura de alambre no es significativa (una entrada de voltaje de circuito abierto flotante lee un valor indeterminado, no un indicador de falla específico).
Estos diagnósticos se comunican a través del mecanismo de interrupción de diagnóstico S7-300: cuando se detecta una ruptura de cable, el SM 331 activa una interrupción que activa OB82 en el programa de CPU S7-300.
El bloque de organización OB82 recibe la información de diagnóstico, incluido el número de canal y el tipo de falla, y el programador puede escribir OB82 para generar una alarma, registrar el evento,o sustituir el canal fallido en el programa de control por un valor de reserva seguro.
This automatic fault notification is far more robust than polling each channel for out-of-range values — it provides immediate notification regardless of the CPU's scan cycle and ensures no fault event goes unnoticed even during periods of high CPU load.
P1: ¿Cuántos canales pueden estar activos simultáneamente y pueden diferentes pares de canales utilizar diferentes tipos de medición en el mismo módulo?
Todos los ocho canales pueden estar activos simultáneamente el SM 331 convierte todos los canales habilitados cíclicamente, no uno a la vez de una manera seleccionable.2 ¢ 3, 4 ̊5, 6 ̊7), y todos los canales dentro de un par deben estar configurados con el mismo tipo de medición y resolución.
Esto significa que usted puede tener: canales 0?? 1 configurado para 4 ′′ 20mA corriente (12-bit), canales 2 ′′ 3 para ± 10V voltaje (12-bit), canales 4 ′′ 5 para el tipo K termopareja (14-bit),y los canales 6·7 para Pt100 RTD (14-bit) · todos operando simultáneamente en el mismo módulo.
La única restricción es el grupo de pares ambos canales en un par comparten la misma configuración.un único módulo maneja la mayor parte de la diversidad de señales que normalmente presenta una instalación de planta de proceso.
P2: ¿Cómo se logra la supresión de interferencias mediante el principio de conversión integradora, y qué tiempo de integración se debe seleccionar para los sistemas de potencia de 50 Hz frente a los sistemas de 60 Hz?
El ADC integrador (de doble pendiente) funciona cargando un condensador con la señal de entrada durante un intervalo de tiempo fijo (el tiempo de integración),Luego medir el tiempo que toma descargar el condensador a una velocidad de referencia.
Any AC interference signal that completes exactly an integer number of cycles during the integration time contributes zero net charge to the capacitor — its positive half-cycles are cancelled by its negative half-cycles.
Esto se llama supresión de interferencias síncrona. Para las redes de CA de 50 Hz (prevalentes en Europa, Asia y Australia), seleccionar un tiempo de integración de 20 ms asegura que se integre exactamente un ciclo completo de 50 Hz,cancelación de las interferencias de frecuencia de la red.
Para las redes de corriente alterna de 60 Hz (América del Norte, partes de Asia y América del Sur), seleccionar 16.67ms garantiza exactamente un ciclo completo de 60 Hz integrado.
Seleccionar el tiempo de integración incorrecto para la frecuencia de la red local resulta en un rechazo del ruido significativamente degradado ∙ la interferencia ya no se cancela sincrónicamente.
La configuración de 50 Hz es la más común a nivel mundial; 60 Hz debe especificarse explícitamente para las instalaciones de América del Norte.
El ajuste de 400 Hz (2,5 ms) no proporciona una supresión significativa de la red y está destinado a mediciones dinámicas de alta velocidad, no a variables de proceso de estado estacionario.
P3: ¿Cuál es la longitud máxima del cable para las conexiones de termoparejas y 420mA al SM 331 y qué tipo de cable se recomienda?
para conexiones de termopares,el cable es el cable de extensión del termopare o el cable de compensación con conductores de la misma aleación (o aleación termoeléctricamente equivalente) que el termopare.
Standard copper cable cannot be used for thermocouple connections because any copper junction in the thermocouple circuit creates an additional thermoelectric junction that introduces measurement error.
El cable de extensión del termopar debe estar blindado para rechazar las interferencias electromagnéticas, y el escudo debe estar conectado a tierra en un solo extremo (normalmente en el extremo SM 331) para evitar la creación de bucles de tierra.
La longitud máxima del cable para las conexiones de termopares está normalmente limitada por la resistencia del cable. El SM 331 acepta resistencias de fuente de hasta varios kilohms sin degradación significativa de la precisión..
Para los bucles de corriente de 4×20 mA, el bucle funciona según el principio de que la magnitud de la corriente es independiente de la resistencia del cable hasta el límite de voltaje de conformidad del bucle.El cable de instrumentos de pareja retorcida blindado estándar (Belden 8760 o equivalente) a 18 ′′ 22 AWG es típico.
El bucle puede funcionar en cientos de metros de cable sin degradación de la señal, siempre que la resistencia total del bucle esté dentro de la especificación de voltaje de conformidad del transmisor.
P4: ¿Cómo está configurado el SM 331 en STEP 7 y están disponibles interrupciones de hardware para la violación de límites en este módulo?
El SM 331 se configura en la herramienta HW Config (Configuración de hardware) de STEP 7 seleccionando el módulo del catálogo de hardware y abriendo su diálogo de parámetros.
Los parámetros de configuración incluyen: activación/desactivación del canal para cada canal, tipo de medición (tensión, corriente, tipo de termopar, tipo RTD) por par de canales,tiempo de integración/resolución por par de canales, interrupción de diagnóstico habilitada (monitoreo de interrupción de cable) y interrupción de proceso habilitada con valores límite superiores e inferiores configurables por canal.
Cuando las interrupciones de proceso están habilitadas y un valor medido cruza un límite configurado, el SM 331 genera una interrupción de hardware que activa OB40 en la CPU.OB40 recibe el número de canal y el estado de desbordamiento/desbordamiento, lo que permite al programador responder inmediatamente a los eventos de límite de proceso sin votación.
Tanto la interrupción de diagnóstico (OB82, para roturas de cables y fallas de hardware) como la interrupción de proceso (OB40,para la violación de los límites) debe programarse en la aplicación S7-300 si no están presentes en el programa OB40 u OB82., la CPU pasará a STOP cuando ocurra una interrupción del SM 331, porque las interrupciones no manejadas se tratan como errores fatales en el sistema S7-300.
P5: ¿Cuál es la diferencia entre el SM 331 7KF02-0AB0 y el SM 331 1KF00-0AB0 más simple, y cómo debe elegir un ingeniero entre ellos?
Los dos módulos comparten el mismo número de canales (8) y el mismo factor de forma física (20 polos, ranura de bastidor estándar S7-300), pero difieren significativamente en capacidad y costo.
El 6ES7331-1KF00-0AB0 es el módulo de entrada analógico de 8 canales no aislado y de menor costo no proporciona aislamiento óptico entre los circuitos de campo y el plano de fondo,limitación de su uso a las instalaciones en las que todos los instrumentos de campo comparten una referencia de terreno común con el PLC y en las que los problemas del circuito de tierra no son motivo de preocupación.
Soporta la medición de voltaje y corriente, pero no las entradas de termopares o RTD de forma nativa.
El 6ES7331-7KF02-0AB0 (este módulo) proporciona aislamiento óptico completo, resolución seleccionable (9/12/14 bits) y cobertura completa de voltaje, corriente, termoparejas (E, J, K, L,N con linearización de hardware)La capacidad adicional viene a un costo más alto, el 7KF02 es aproximadamente el doble del precio del 1KF00 en condiciones normales de mercado.
El principio de selección es: utilizar el 1KF00 para aplicaciones sensibles a los costes donde todas las señales son de voltaje o corriente, el entorno de instalación es eléctricamente limpio,y no se requiere aislamiento del circuito de tierra.
Utilice el 7KF02 cuando estén presentes entradas de termocouple o RTD, cuando la instalación incluya unidades de frecuencia variable, motores grandes u otras fuentes EMI,cuando los instrumentos de campo se distribuyen en toda la planta con diferentes puntos de puesta a tierra, o cuando la aplicación de medición requiera la mayor precisión que proporciona la resolución de 14 bits.
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