西门子 6ES7331-7SF00-0AB0 西门子 6ES7331-7SF00-0AB0 西门子 6ES7331-7SF00-0AB0
SIMATIC S7，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 模拟输入热电偶/4 模拟输入 PT100, 用于出自 EX 区域的信号， 诊断能力，通过 PTB 测试， 1 x 20 针
| 产品 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 商品编号(市售编号) | 6ES7331-7SF00-0AB0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品说明 | SIMATIC S7，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 模拟输入热电偶/4 模拟输入 PT100, 用于出自 EX 区域的信号， 诊断能力，通过 PTB 测试， 1 x 20 针 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品家族 | Ex 模拟量输入模块 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品生命周期 (PLM) | PM300:有效产品 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 价格数据 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 价格组 / 总部价格组 | BD / 280 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 列表价（不含增值税） | 显示价格 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 您的单价（不含增值税） | 显示价格 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 金属系数 | 无 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 交付信息 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出口管制规定 | AL : N / ECCN : EAR99H | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 工厂生产时间 | 1 天 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 净重 (Kg) | 0.292 Kg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品尺寸 (W x L X H) | 未提供 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 包装尺寸 | 13.10 x 15.20 x 5.10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 包装尺寸单位的测量 | CM | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 数量单位 | 1 件 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 包装数量 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 其他产品信息 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| EAN | 4025515061236 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| UPC | 662643230246 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 商品代码 | 85389091 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LKZ_FDB/ CatalogID | STPCS7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品组 | 2488 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原产国 | 德国 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Compliance with the substance restrictions according to RoHS directive | RoHS 合规开始日期: 2009.01.16 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品类别 | A: 问题无关，即刻重复使用 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 电气和电子设备使用后的收回义务类别 | 没有电气和电子设备使用后回收的义务 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 分类 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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GSD文件介绍
GSD文件是一种设备描述文件，一般以“*.GSD”或“*.GSE”为后缀。它描述了设备的功能参数，用来将不同厂家支持PROFIBUS产品集成在一起。另外在工程开发中有时候由于开发人员不同，要用两个独立的STEP 7项目来实现同一个PROFIBUS 网络通讯，此时需要借助GSD文件的方法来实现。
2 GSD文件的导入方法
下面以CPU314C-2DP为例，说明一下 GSD 文件的导入步骤：
首先从西门子网站上下载相关产品的 GSD 文件，下面是SIMATIC系列产品的GSD文件下载链接：113652
选择相关产品并下载到本地硬盘中。
图 1 GSD文件下载界面
打开SIMATIC Manager，进入硬件组态界面，选择菜单栏的“Options”->“Install GSD File…”，如图 2 所示。
图 2 安装GSD文件
进入GSD安装界面后，选择“Browse…”，选择相关GSD文件的保存文件夹，选择对应的GSD文件（这里选择语言为英文的“*.GSE”文件），点击“Install”按钮进行安装。
图 3 选择安装GSD文件
安装完成后可以在下面的路径中找到CPU314C-2DP，如图 4：
图 4 硬件目录中的保存路径
3 CP342-5做主站采用GSD方法实现PROFIBUS DP 通信
3.1网络拓扑介绍
PROFIBUS DP主站由CPU314+CP342-5组成，其中CP342-5做主站。
PROFIBUS DP 从站由CPU314C-2DP组成，集成的DP接口做从站。
网络拓扑图如下：
图 5 网络拓扑图
3.2 从站组态
首先插入SIMATIC S7-300站，添加CPU314-2DP，双击DP接口，分配一个PROFIBUS地址，然后在“Operating Mode”中选择“DP salve”模式，进入“Configuration”标签页，新建两行通信接口区，如图 6所示：
图 6 从站通信接口区
注意：上述从站组态的通信接口区和主站导入的GSD从站的通信接口区在顺序、长度和一致性上要保持一致。
3.3 主站组态及编程
3.3.1主站组态
首先插入SIMATIC S7-300站，添加CPU314以及CP342-5，然后双击CP342-5，将“Operating Mode”设置为“DP Master”。新建一条PROFIBUS网络。然后从硬件目录中选择CPU314C-2DP GSD文件（路径参照图4），添加到新建的PROFIBUS网络中，为其分配PROFIBUS地址，该地址要与前文的从站地址一致。
然后组态CPU314C-2DP从站对应的通信接口区。本文在硬件目录中CPU314C-2DP GSD文件下方选择了“Master_I Slave_Q 1B unit”和“Master_Q Slave_I 1B unit”，和从站组态时通信接口区保持一致，如图 7所示。
图 7 主站组态
3.3.2 主站编程
由于CP342-5提供的是虚拟地址映射区，所以需要分别调用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）来实现数据访问。如图8 和图9所示。
图 8发送程序
图 9接收程序
如图7所示，主站侧在组态CPU314C-2DP GSD从站时，第一行通信接口区选择了“Master_I Slave_Q 1B unit”，“Master_I”对应主站的IB0。参照图6可知“Slave_Q”对应从站的QB0， 表示数据由从站的QB0发送到主站的IB0。又由于CP342-5通过调用FC2，将IB0读取的数据保存在MB11，所以数据由从站的QB0经过主站的IB0，最终保存在MB11。 同理可分析第二行通信接口区“Master_Q Slave_I 1B unit”。综上所述，主站和从站通信接口的对应关系，如表 1：
| 主站 | 传输方向 | 从站 |
| MB11（IB0） |
|
QB0 |
| MB10（QB0） |
|
IB0 |
表1 主站和从站通信接口区对应表
4 S7-300做主站采用GSD方法实现PROFIBUS DP 通信
4.1 网络拓扑介绍
PROFIBUS DP主站由CPU314C-2DP组成，集成的DP接口做主站。
PROFIBUS DP 从站由CPU314C-2DP组成，集成的DP接口做从站。
网络拓扑图如下：
图 10 网络拓扑图
4.2 从站组态
组态步骤同3.2节，这里不再赘述。
4.3 主站组态
首先新建S7-300站，添加CPU314C-2DP，双击DP接口，新建一条PROFIBUS网络。然后从硬件目录中选择CPU314C-2DP GSD文件（路径参照图4），添加到新建的PROFIBUS网络中，为其分配PROFIBUS地址，该地址要与前文的从站地址一致。
然后为CPU314C-2DP从站组态的通信接口区。本文在硬件目录中CPU314C-2DP GSD文件下方选择了“Master_I Slave_Q 1B unit”和“Master_Q Slave_I 1B unit”，必须和从站组态时通信接口区保持一致。如图 11所示。
图 11 主站组态
主站和从站通信接口区的对应关系如表 2 所示：
| 主站 | 传输方向 | 从站 |
| IB0 |
|
QB0 |
| QB0 |
|
IB0 |
表 2 主站和从站通信接口区对应表
注：文档涉及到西门子产品如下：
表 3 产品列表
| 产品名称 | 订货号 | 版本号 |
| STEP 7（英文版） | 6ES7 810 - 4CC08 - 0YA5 | V5.4 SP5 |
| CPU314C-2DP | 6ES7 314 - 6CG03 - 0AB0 | V2.6 |
| CPU314 | 6ES7 314 - 1AG13 - 0AB0 | V2.6 |
| CP342-5 | 6GK7 342 - 5DA02 - 0XE0 | V5.2 |
| PS307 | 6ES7 307 - 1EA00 - 0AA0 |
1.热电偶的概述
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 | 最多8个（4种类型，同通道组必须相同） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 最多2个（1种类型，同通道组必须相同） | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 最多8个（8种类型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 最多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 | 最多8个（同类型） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 最多2个（同类型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 最多8个（类型可不同） |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 最多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 | 最多8个（同类型） |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 最多6个（同类型） |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 最多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 | 最多8个（同类型） | 0℃或50℃ |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 最多8个（同类型） | -273.15℃~327.67℃ |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 最多16个（同类型） | -273.15℃~327.67℃ | |
| 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 最多8个（同类型） | -273.15℃~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，指定为B#16#54，不同则指定最低地址的区域ID。 |
| LADDR | INPUT | WORD | 模板的逻辑地址（初始地址），如果混合模板，指定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
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