西门子 6ES7193-7CA20-0AA0 西门子 6ES7193-7CA20-0AA0 西门子 6ES7193-7CA20-0AA0
SIMATIC DP，终端模块 TM-EM/EM60S 用于 ET200iSP， 用于两个电子模块， 黑色螺钉型接线端子
长沙玥励自动化设备有限公司（西门子系统集成商）长期销售西门子S7-200/300/400/1200PLC、数控系统、变频器、人机界面、触摸屏、伺服、电机、西门子电缆等，并可提供西门子维修服务，欢迎来电垂询
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. HART变量的基本概念与基本使用
1.1 简介
HART (Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议, HART协议使用FSK技术，在4~20mA信号过程量上叠加一个频率信号，成功的实现模拟信号和数字信号双向通讯，而不互相干扰。
HART 模拟量模块是指除了可以提供模拟量数值外，还可以提供 HART 通讯功能的模拟量模块。HART 模拟量模块可以用于PROFIBUS-DP 的分布式 I/O 从站中。（使用6ES7153-2BA02-0AB0及更高版本或6ES7153-2BB02-0AB0及更高版本的接口模块作为连接 PROFIBUS-DP 的从站接口）。
1.2 多变量读取
在实际应用中通常用SFC58，SFC59进行数据记录的读写实现多变量的读取。但6ES7153-2BA02-0AB0 或更高版本可以使用HART变量直接进行多变量的读取。
1.3 HART变量
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 模块占用 16 个输入/输出字节。 如果组态 HART 变量，该模块将为每个 HART变量分配5 个字节，其中4个字节表示过程值，一个字节表示质量代码。
HART变量数量：6ES7153-2BA02-0AB0模块可以最多分配 8 个 HART 变量，每个通道的HART 变量不超过 4 个。 您可以在模块的属性对话框中为通道分配 HART 变量。
IO资源：如果使用全部 8 个 HART 变量，则 每个HART 模拟量输入模块总共占用 56 个输入/输出字节（16 个字节 + 8 x 5 个字节 = 56 个字节）。“无”组态不占用其它输入字节。
组态 HART 变量：可以在 STEP 7 HW Config 中分配 HART 变量。
多变量：PV，SV，TV，QV
● PV（Primary Variable，主变量）
● SV（Secundary Variable，二级变量）
● TV（Teritary Variable，三级变量）
● QV（Quatenary，四级变量）
HART变量结构：
图1
质量代码含义：
| Quality-Code (QC) | Meaning | 含义 |
| 0x4C or 0 | Initialization: 0 value of IM and 4C of module | 初始化：IM 的值为 0，模块为 4C |
| 0x18 | Communication cancelled / no communication | 通讯已取消/无通讯 |
| 0x0C | Fault in HART device | HART 设备故障 |
| 0x47 | HART device is busy | HART 设备繁忙 |
| 0x84 | OK “Configuration changed” | “组态已更改” |
| 0x80 | OK | 正常 |
表1
1.4 直接读取HART变量的条件：
(1) IM支持这种通讯方式
(2) 模板信息中有hart variables的可以支持
(3) 仪表本身也要能支持多变量
只有在三者满足的情况下才可以通讯成功。
接口模板是否支持直接读取HART变量请参见下图：
6ES7153-2BA02-0AB0:
图2
6ES7153-2BA01-0AB0:
图3
HART 模拟量模块是否支持直接读取HART变量请参见下图：
其中6ES7331-7TF01-0AB0支持。6ES331-7TF00-0AB0不支持。
图4
2. 工程实例
2.1 软硬件列表
| 模块(软件)名称 | 模块(软件)型号 | 定货号 | 数量 |
| 底板 | RACK | 6ES7390-1AE80-0AA0 | 1 |
| 电源 | PS307 | 6ES7307-1BA00-0AB0 | 1 |
| CPU | 315-2DP | 6ES7315-2AG10-0AB0 | 1 |
| MMC | MMC 4M | 6ES7953-8LM20-0AA0 | 1 |
| 以太网模块 | 343-1 | 6GK7343-1CX10-0CE0 | 1 |
| ET200M接口模块 | IM153-2 | 6ES7153-2BA02-0XB0 | 1 |
| HART模板 | 8XAI | 6ES7331-7TF01-0AB0 | 1 |
| HART仪表 | TH-300 | 7NG3212-0NN00 | 1 |
| 通讯电缆 | 6XV1830-0EH10 | 若干米 | |
| DP接头 | 6ES7 972-0BB50-0XA0 | 2 | |
| Step7 | V5.4 SP4 | 6ES7810-4CC08-0YA5 | 1 |
表2
2.2 HART模板接线方法：
对于6ES7331-7TF01-0AB0模板和HART仪表的接线，请参见下图：
(1)、红色线为 +24V，黑色线为 0V。
(2)、黄色信号线为S+，棕色信号线为S-。
在例程中使用的HART仪表为两线制，此时需要短接10，11。如果为四线制则不需要，具体接线请参考模板手册。
图5
2.3 硬件组态步骤：
a. 使用Step7 v5.4 创建300主站项目，在硬件组态窗口依订货号添加背板、电源、CPU、343-1模块。参见下图：
图6
b. 双击DP接口，添加DP网络并定义网络参数。参见下图：
图7
c. 添加订货号为6ES7153-2BA02-0AB0的DP从站，并定义地址为8。参见下图：
图8
d. 在8号从站插槽中中添加订货号为6ES7331-7TF01-0AB0的HART模拟量模板，并在通道4.0添加一个现场设备。参见下图：
图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. 双击HART模拟量模板，在Inputs标签页定义传感器类型。参见下图配置：
图10
f. 在HART variables标签页定义HART变量，例程使用了前4个HART变量。
HART变量分配列表：
Variable 1为通道0的PV值，地址为PID288
Variable 2为通道0的SV值，地址为PID293
Variable 3为通道0的TV值，地址为PID298
Variable 4为通道0的QV值，地址为PID303
参见下图配置：
图11
g. 至此，组态完成，编译保存并退出硬件组态界面。
h. 在程序块中添加OB82、OB86、OB122冗错块。参见下图：
图12
i. 在程序块中添加变量表，并添加通道地址以及HART变量地址。参见下图：
图13
j. 至此，保存项目并下载至CPU。
2.4 测试
打开变量表，在线监控通道模拟量值(通道电流值)以及HART变量实际值。请参看下图：
图14
3 总结
使用扩展的用户接口(HART变量)可以直接在程序中使用IO进行变量的读取，节省通讯时间，但是占用大量IO区。
注意：对于多变量所针对的实际的物理意义需要参考设备手册，如果需要对HART设备参数设定则需要使用PDM软件及EDD文件进一步操作。在此仅对HART变量的使用进行说明。关于HART更多信息请参考文档《ET 200M 分布式 I/O 设备 HART 模拟模块》。
第一部分：ET200S工艺模块1Count24V/100kHz
1．概述
ET200S工艺模块主要包括四种类型：模块1Count24V/100kHz，1Count5V/500kHz，1SSI，2PULSE。本文通过一个简单的调试例程，描述怎样按照工艺要求设置ET200S工艺模块1Count24V/100kHz的功能应用，以及应用、操作和测试相应的软硬件。
工艺模块1Count24V/100kHz主要包括以下几种操作模式：
（1）计数模式：包括连续计数，周期计数和单次计数
（2）测量模式：包括频率测量，周期测量和转速测量
（3）位置检测：这个模式是连续计数功能的一部分，用来在等时模式作为一个纯输入模块使用。
本文主要描述该模块在计数模式下的使用，测量模式等请参考计数功能使用。
2．系统的硬件体系结构
图 1 系统的硬件体系结构
本示例为一套S7-300 PLC通过ET200S 1Count24V/100kHz模块从24V增量型编码器读取计数数据，监控旋转状态。
图1为示例系统的配置图，图中包含如下的硬件：
•一台笔记本电脑或PG/PC
•一块CP5512
•一套S7-300 PLC
•一套ET200S系统
3．硬件和软件需求
表3－1硬件订货信息
|
名称 |
数量 |
订货号 |
|
IM151-1 STANDARD interface module and terminating module |
1 |
6ES7151-1AA03-0AB0 |
|
TM-P15S23-A0 (screw-type terminal) |
1 |
6ES7193-4CD20-0AA0 |
|
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 |
|
PROFIBUS FastConnect bus connector RS 485 with 90° cable outlet (with PG interface) |
2 |
6ES7 972-0BB50-0XA0 |
|
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软件订货信息
|
名称 |
订货号 |
|
STEP 7 Professional Edition 2004 |
6ES7 810-5CC08-0YA5 |
4．硬件安装与接线
连接的编码器类型：
（1）24V脉冲发生器（不带方向信号）
（2）24V脉冲发生器（带方向信号）
（3）24V增量型编码器
图2 编码器连接
5．系统组态及参数设置
（1）硬件配置
按照图1硬件配置图进行连接，一套S7-300 PLC作为DP主站连接ET200S
从站系统，24V增量型编码器按图2接线图依次接入
ET200S 1Count24V/100kHz模块。
（2）系统组态及参数设置
在STEP7管理器中新建一个名为Latch_ET200S_1COUNT的项目，插入一个SIMATIC 300 STATION，命名为1COUNT，然后在硬件组态中按订货号和硬件安装次序依次插入机架、CPU、ET200S标准从站模块和ET200S 1COUNT计数模块（从硬件列表中选择模块1COUNT 24V/100kHz C）。
图3主站硬件组态
ET200S 1COUNT模块参数配置如图4所示。
图4参数设置
参数Signal evaluation A* B *和Sensor A* B * DI 根据连接的编码器类型进行选择，此处选择PNP类型24V增量型编码器；
参数Direction input B *可设置成正方向或反方向；
参数Type of counting mode可设置三种计数模式：连续计数，周期计数和单次计数；
其他参数设置选择默认值即可。
（3）例程
循环程序OB1：
//预设
L 0 //删除控制位
T DB1.DBD 0
T DB1.DBD 4
SET
S DB1.DBX4.0 //打开软件门
//写控制接口
L DB1.DBD 0 //写8字节到 1SSI模块
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //输出起始地址
T PQD 268
//读反馈接口
L PID 264 //从 1SSI模块读8字节
T DB1.DBD 8
L PID 268 //输入起始地址
T DB1.DBD 12
控制接口的参数分配如图5，在硬件组态里，对应计数模块的输出区8个字节（PQB264 ~ PQB271）。在上面例程中，DB1中8个字节（DB1.DBB0~DB1.DBB7）用来存放控制接口的参数。
图5 控制接口参数分配
反馈接口的参数分配如图6，在硬件组态里，对应计数模块的输入区8个字节（PIB264 ～PIB271）。在上面例程中，DB1中8个字节（DB1.DBB8 ～ DB1.DBB15）用来存放反馈接口的参数。
图6 反馈接口参数分配
6．测试、监控与诊断
图7 变量表监控
在STEP7管理器Blocks中建立变量表，在变量DB1.DBD 8（反馈接口Bytes 0～3）中监控测量的编码器值，通过变量DB1.DBX 13.6 （STS_C_UP）和DB1.DBX 13.7（STS_C_DN）监控编码器值的变化方向。
7．功能
7．1计数输入的控制：
通过软件门控制
软件门与硬件门(“与”逻辑操作)
7．2门控功能
软件门：通过用户程序控制
当使能软件门控制位时，在参数配置里采用“interrupt counting
procedure”，从装载值开始计数，当软件门停止后再使能，计数从停止时的
计数值开始继续计数；
在参数配置里采用“terminate counting procedure”，从装载值开始计
数，当软件门停止后再使能，计数从装载值开始重新计数；
图8 硬件门使用
硬件门：在硬件门使能后，通过数字量输入控制，功能和软件门控制一样。前提是如图8所示，在参数“Function DI”里设置成“hardware gate”。
7．3锁存功能
锁存与重新触发：
在硬件组态中参数配置“Function DI”使能“锁存与重新触发”后，在用户程序中把软件门使能，当数字量输入端有上升沿脉冲时，把当前计数值锁存。计数功能继续进行，直到数字量输入端有下一个上升沿脉冲，锁存当前计数值并开始从装载值重新计数。
如果你在这个过程中直接装入装载值，不会改变在反馈字中的锁存值。如果关闭软件门，只是中断计数，而数字量输入中锁存和重新触发功能仍然有效。
注意在软件门使能后，当数字量输入端有第一个上升沿时，计数模式开始进行，参考图9锁存和重新触发功能时序图。
图9 锁存和重新触发功能时序图
锁存：
在硬件组态参数配置“Function DI”中使能“锁存”后，在用户程序中把软件门使能，当数字量输入端有上升沿脉冲时，锁存计数值。计数功能继续进行，直到数字量输入端有下一个上升沿脉冲，锁存新计数值。
注意如果你在这个过程中直接装入装载值，不会改变在反馈字中的锁存值。如果关闭软件门，只是中断计数，而数字量输入中锁存功能仍然有效。
图10 锁存功能时序图
7．4同步功能
同步功能只能在单次计数和周期计数模式下使用。可以使用旋转编码器的零标志位做为参考信号。先使能软件门，然后使能同步控制位，在单次计数同步中，数字量输入中从第一个上升沿脉冲开始从装载值进行同步计数。而在周期计数同步中，数字量输入中第一个上升沿脉冲和后续的每个上升沿脉冲使计数器从装载值开始同步计数。在完成同步后，状态位“STS_SYN”被置位。
图11 同步功能时序图
7．5在计数模式里对输出的控制
计数模板有一个数字量输出和一个虚拟的数字量输出（存在于反馈接口的状态位上），可以存储两个比较值，依靠计数值和比较值的关系可以对输出进行控制：
（1） 直接对输出进行控制
使能控制位CTRL_DO1和CTRL_DO2，通过控制位SET_DO1和SET_DO2直接对输出进行控制。状态位STS_CMP1和STS_CMP2显示了相应的输出状态。直到这些状态位被确认，他们一直保持现有状态；如果没有使能DO1和DO2，通过控制位SET_DO1和SET_DO2直接影响这些状态位。
下面四种输出形式的使用情况和直接控制输出类似，需要先装载比较值，根据设定的比较条件对输出进行控制。
（2） 计数值>＝比较值
举例：设定一个比较值2000，当计数值大于等于2000时，使能DO1输出。
硬件组态：
图12 比较值输出
计数模块的参数设置如图12所示，只需设置参数“Function DI”为“Counter>=comparison value”模式，其他参数设置参照图4普通计数模式。
主程序：
//预设
SET
S DB1.DBX 4.0 //置位软件门
S DB1.DBX 4.4 //使能DO1
//装入比较值
A M 100.0 //触发位
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
//写控制接口
L DB1.DBD 0 //写8字节到 1SSI模块
T PQD 264
L DB1.DBD 4 //输出起始地址
T PQD 268
//读反馈接口
L PID 264 //从 1SSI模块读8字节
T DB1.DBD 8
L PID 268 //输入起始地址
T DB1.DBD 12
监控与测试：通过使能M100.0，装入比较值1（2000），当编码器计数值大于等于2000时，使能输出DO1，同时置位状态位STS_CMP1（DB1.DBX14.3）和STS_DO1（DB1.DBX13.3）。
图13 比较值<2000
图14 比较值>＝2000
（3） 计数值<＝比较值
（4） 到达比较值时输出脉冲
（5） 到达比较值时开关输出（仅限DO1）
第二部分：ET200S工艺模块1Count5V/500kHz
工艺模块1Count5V/500kHz的使用可参考第一部分的描述，其不同点主要体现在硬件接线和硬件组态的参数配置上。
1．硬件接线图
模块只能连接5V增量型编码器。
图15 硬件接线图
2．硬件组态和参数配置
西门子 6ES7193-7CA20-0AA0 西门子 6ES7193-7CA20-0AA0 西门子 6ES7193-7CA20-0AA0 西门子 6ES7193-7CA20-0AA0
