西门子SM331模拟量模块

6ES7331-7KF02-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 模拟输入，分辨率 9/12/14 位， U/I/热电偶/电阻， 报警，诊断，1个 20针 拔/插利用 激活的背板总线

问题：安全系统应该如何配置？

一个完整的故障安全系统由三个部分组成，分别是：安全输入、安全评估单元和安全输出。
在工厂自动化应用的场合，一般采用的是分布式故障安全的系统，其产品主要是S7300/400系列以及ET200系列；在过程自动化的行业，一般采用的是F系统，其产品一般是S7 400FH系统。
硬件产品选择上，无论是输入、CPU还是输出，一定要选择产品名称带“F”的模板，比如315F，416F，326F等。否则普通模板是不能处理故障安全信号的。
F系统有安全等级的要求（比如：SIL2或SIL3），因而F类型的模板比普通的模板带有更多的诊断功能，其接线方式有时也有特殊的要求（比如要求冗余方式接线），但F类型的模板与普通的模板是可以在一个站上混用的。考虑到不同安全等级的要求，往往还会要求S7300系列的“F”型的模板统一安装在隔离模板（Safety protector module）的右边，与普通模板进行电气隔离；而ET200S的模板往往是通过不同的电源模板将其进行隔离的，但需要注意ET200S的“F-IO”模板的前面必须使用普通的电源模板（PS），而“F”型的电源模板（F-PS）后面只能使用普通的电子模板（图1）。

图1 ET200S 故障安全型系统的配置

除了PLC，安全系统的输入往往也都是具有安全等级要求的，比如：急停按钮、光栅/光幕、安全门锁等等；而输出部分也往往是安全型的，比如安全灯柱、安全型的变频器等等，但不要求一定使用安全型的继电器或接触器。
软件方面，除了STEP7，分布式故障安全还需要Distributed Safety的软件包；而F系统硬件上就是采用H系统的CPU，软件上使用CFC进行编程，除了需要购买F system软件包外，还需要购买一个运行版（F runtime ）的授权。

	6ES7331-1KF02-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离 8模拟输入，分辨率 13 位 U/I/电阻/Pt100， NI100，NI1000，LG-NI1000， PTC/KTY， 66ms 转换时间； 1个 40针	显示价格
		6ES7331-7HF01-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8模拟输入，aufl. 14Bit，0.052ms/通道 电流，电压测量仪器 报警，诊断，1个 20针， 适用于节拍同步运行 改进的总线循环时间，用于 时钟同步运行	显示价格
		6ES7331-7KB02-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 2 模拟输入，分辨率 9/12/14 位， U/I/热电偶/电阻， 报警，诊断，1个 20针， 拔/插利用 激活的背板总线	显示价格
		6ES7331-7KF02-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 模拟输入，分辨率 9/12/14 位， U/I/热电偶/电阻， 报警，诊断，1个 20针 拔/插利用 激活的背板总线	显示价格
		6ES7331-7NF00-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 个模拟输入； +/-5/10V，1-5V，+/-20mA， 0/4 至 20mA，16 位（55ms）， 单共用根系(50V COM.)， 1个 40针	显示价格
		6ES7331-7NF10-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 个模拟输入； +/-5/10V，1-5V，+/-20mA， 0/4 至 20mA，16 位， 单共用根系（60V COM.）， 4 通道运行：10ms， 8 通道运行：23-95ms， 1个 40针	显示价格
		6ES7331-7PE10-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，单通道 电位隔离 250V AC， 6 AE 热电偶 B 型，E、J，K，L，N，R，S，T 电压：+/-25MV 至 +/-1V 16 位，50ms，1个 40针	显示价格
		6ES7331-7PF01-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离，2/3/4 线， 8模拟输入，电阻，Pt100/200/1000 NI100/120/200/500/1000，CU10， 特性曲线符合 GOST 16（内部 24）位，50ms， 1个 40针	显示价格
		6ES7331-7PF11-0AB0SIMATIC S7-300，模拟输入 SM 331，电位隔离， 8 模拟输入热电偶 B 型，E、J，K，L，N，R，S，T TXK/TXK（L）符合 GOST 16 位，50ms，1个 40针

概述

• 模拟量输入

• 用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻

应用

模拟量输入模板用来实现PLC与模拟量过程信号的连接。用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻

功能

模拟量输入模块将来自过程的的模拟量信号转换为可在控制器中进行内部处理的数字量信号。

该模块具有如下特点：

• 分辨率为 9-15 位 + 符号位（具有不同的转换时间），可以设置。

• 各种量程；
  电流/电压的默认设置是使用量程模块以机械方式设置的，可通过编程器和 STEP 7 的“Hardware configuration”进行细调。

• 中断能力；
  该模块将诊断和限值中断发送到控制器的 CPU。

• 诊断；
  该模块将综合诊断信息发送到 CPU。

1 PROFINET 智能设备功能

1．1 简介

        智能设备（I Device）功能使CPU 不但可以作为一个智能处理单元处理生产工艺的某一过程，而且可以和 IO 控制器之间交换过程数据。该 PN 设备可以同时作为 IO控制器和 IO 设备。智能设备功能简化了与 IO 控制器的数据交换以及对 CPU  操作。智能设备可作为  IO  设备链接到上层IO  控制器。参考图 1 智能设备功能。

图1 智能设备功能

图1中作为智能设备的SIMATIC CPU/CP 不仅能处理下层分布式I/O 的数据，而且能将数据传递给上层的I/O 控制器。

1．2 智能设备的应用领域与优势

        智能设备的应用领域： 

        ●   分布式处理 

        可以将复杂自动化任务划分为较小的单元/子过程。这使得过程可管理，从而简化了      子任务。 

        ●   单独的子过程 

        通过使用智能设备，可以将分布广泛的大量复杂过程划分为具有可管理接口的多个

子过程。这些子过程存储在各个  STEP 7  项目中，而这些项目经过合并可形成一个总的项目。  

        ●   专有技术保护 

        为了对智能设备进行接口描述，各个系统部分只能通过一个  GSD  文件来提供，而不是通过 STEP 7 项目来提供。用户程序的专有技术不再会被公开。

2 PROFINET 智能设备功能组态

下面介绍PROFINET智能设备功能的配置方法，参考图 2 PROFINET网络结构。

图2 PROFINET 网络结构

        IO控制器 CPU1214C V2.1连接SCALANCE 414-3E交换机和一个以及IO设备CPU315-2 PN/DP v3.2构成一个PROFINET IO系统1。IO设备CPU315-2PN/DP v3.2同时作为PROFINET IO系统2的IO控制器连接一台IO设备ET200S IM151-3 PN (6ES7 151-3BA23-0AB0) v7.0。CPU315-2 PN/DP就是这个系统中的智能设备。

2.1 PROFINET 系统组态

首先在TIA Portal V11 SP2的“Portal View”中选择“新建项目”创建一个新项目，对S7-1200进行硬件组态，选择对应的订货号，这里使用的是6ES7214-1AE23-0XB0，版本是V2.1。参考图3 选择订货号。

西门子SM331模拟量模块
图3 选择订货号

将该订货号直接拖到网络视图中，然后点击CPU 模块，在“属性”〉“常规”的名称中设置控制器名称。参考图4 S7-1200 设置设备名称。

图4 S7-1200 设置设备名称

双击该模块进入设备视图。在设备视图中可以进行S7-1200 系统的硬件配置。参考图5 S7-1200 设备视图。

图5 S7-1200 设备视图

在设备视图中可以看到整个S7-1200  CPU 的图形。点击以太网口图标，在下面的PROFINET 接口属性中，选择“常规”〉“以太网地址”，然后在右侧选择“在项目中设置IP 地址”，设置IP 地址和子网掩码。参考图6 设置1200 以太网地址。

图6 设置1200 IP 地址

这样就完成了S7-1200 CPU 的硬件组态。然后需要对CPU 315-2 PN/DP 进行硬件组态。在硬件列表中选择订货号，参考图7 CPU 315 选择订货号。

图7 CPU 315 选择订货号

将该订货号拖入网络视图中，然后点击CPU 模块，在“属性”〉“常规”的名称中设置智能设备名称。参考图8 CPU 315 设置设备名称。

图8 CPU 315 设置设备名称

双击该模块进入CPU 315-2PN/DP设备视图。参考图9 CPU315 设备视图。

图9 CPU 315 设备视图

点击CPU 模块上的以太网口图标，然后在PROFINET 接口“属性”〉“常规”中选择“以太网地址”，在右侧选择“在项目中设置IP 地址”，然后为CPU 315 设置 IP地址。注意要与1200 CPU 的IP 地址在同一个网段，且地址不能重复。参考图10 设置CPU 315-2PN/DP 以太网地址。

图10 设置CPU 315-2PN/DP 以太网地址

再进入网络视图，添加IM 151-3 PN，订货号为6ES7 151-3BA23-0AB0，参考图11 IM151-3 PN 选择订货号。

图11 IM151-3 PN 选择订货号

双击IM151-3 PN，进入该设备视图进行硬件配置，根据实际的配置插入电源模块和DI、

DO模块，参考图12 IM151-3 PN 硬件配置。

图12 IM151-3 PN硬件配置

点击IM151-3 PN 模块的图标，然后在IM 151-3“属性”〉“常规”的“名称”中定义该接口模块的设备名称“ET200S 151-3”，参考图13 IM151-3 PN 设置设备名称。

图13 IM151-3 PN 设置设备名称

设置设备名称后，需要给IM151-3 PN 设置IP 地址，在网络视图中点击IM151-3 PN以太网口，然后在“属性”〉“常规”〉“以太网地址”中设置IP 地址“192.168.0.15”。参考图14 设置IM 151-3 PN IP 地址。

图14 设置IM 151-3 IP 地址

在网络视图中将IM151-3 PN 分配给CPU 315-2PN/DP，CPU 315-2PN/DP作为IM151-3 PN 的控制器，参考图15 控制器分配。

图15 控制器分配

这样在设备视图中可以看到IM151-3 PN 占用 CPU 315-2PN/DP 的I/O 地址。参考图16 IM151-3 PN I/O 地址。

图 16 IM151-3 PN I/O 地址

然后在网络视图中，点亮PN/IE_1网络，用鼠标右键给IM151-3 PN 分配设备名称。参考图17 设备名称分配

图17 设备名称分配

在弹出的对话框中点击“分配名称”，分配设备名称可能需要几秒钟的时间，在这期间软件界面是禁止操作的。参考图18 分配PROFINET设备名称。

图18 分配PROFINET设备名称

这样PROFINET IO 系统 2 的配置已经完成，即 CPU 315-2PN/DP 作为智能设备与自身的IO 设备的连接已经完成。下面对PROFINET IO 系统1进行配置，需要对智能设备CPU 315-2PN/DP 分配IO 控制器 S7-1200 CPU。进入CPU 315-2PN/DP 的设备视图，在CPU “属性”〉“常规”〉“PROFINET 接口”〉“操作模式”中钩上“IO 设备”，并选择已分配的控制器“S7-1200 PROFINET interface_1”。参考图19 定义I device 的控制器。

图19 定义I device 的控制器

然后在图20 操作模式的传输区中定义I device 与控制器通信的数据区域。例如将控制器的QB2 传送给智能设备的IB0。参考图20 传输区定义。

1 G120控制单元CU240 　

2 CU240E 6SL3244-0BA10-0BA0

3 CU240S 6SL3244-0BA20-1BA0

4 CU240S DP 6SL3244-0BA20-1PA0

5 CU240S PN 6SL3244-0BA20-1FA0

6 CU240S DP-F 6SL3244-0BA21-1PA0

7 CU240S PN-F 6SL3244-0BA21-1FA0

8 PM240(不带内置滤波器）380-480V 3AC 重载 　

9 1.3A/0.37KW 6SL3224-0BE13-7UA0

10 1.7A/0.55KW 6SL3224-0BE15-5UA0

11 2.2A/0.75KW 6SL3224-0BE17-5UA0

12 3.1A/1.1KW 6SL3224-0BE21-1UA0

13 4.1A/1.5KW 6SL3224-0BE21-5UA0

14 5.9A/2.2KW 6SL3224-0BE22-2UA0

15 7.7A/3KW 6SL3224-0BE23-0UA0

16 10.2A/4KW 6SL3224-0BE24-0UA0

17 18A/5.5KW 6SL3224-0BE25-5UA0

18 25A/7.5KW 6SL3224-0BE27-5UA0

19 32A/11KW 6SL3224-0BE31-1UA0

20 38A/15KW 6SL3224-0BE31-5UA0

21 45A/18.5KW 6SL3224-0BE31-8UA0

22 60A/22KW 6SL3224-0BE32-2UA0

23 75A/30KW 6SL3224-0BE33-0UA0

24 90A/37KW 6SL3224-0BE33-7UA0

25 110A/45KW 6SL3224-0BE34-5UA0

26 145A/55KW 6SL3224-0BE35-5UA0

27 178A/75KW 6SL3224-0BE37-5UA0

28 205A/90KW 6SL3224-0BE38-8UA0

29 250A/110KW 6SL3224-0BE41-1UA0

30 302A/132KW 6SL3224-0XE41-3UA0

31 370A/160KW 6SL3224-0XE41-6UA0

32 477A/200KW 6SL3224-0XE42-0UA0

33 PM240(不带内置滤波器）380-480V 3AC 轻载 　

34 1.3A/0.37KW 6SL3224-0BE13-7UA0

35 1.7A/0.55KW 6SL3224-0BE15-5UA0

36 2.2A/0.75KW 6SL3224-0BE17-5UA0

37 3.1A/1.1KW 6SL3224-0BE21-1UA0

38 4.1A/1.5KW 6SL3224-0BE21-5UA0

39 5.9A/2.2KW 6SL3224-0BE22-2UA0

40 7.7A/3KW 6SL3224-0BE23-0UA0

41 10.2A/4KW 6SL3224-0BE24-0UA0

42 18A/7.5KW 6SL3224-0BE25-5UA0

43 25A/11KW 6SL3224-0BE27-5UA0

44 32A/15KW 6SL3224-0BE31-1UA0

45 38A/18.5KW 6SL3224-0BE31-5UA0

46 45A/22KW 6SL3224-0BE31-8UA0

47 60A/30KW 6SL3224-0BE32-2UA0

48 75A/37KW 6SL3224-0BE33-0UA0

49 90A/45KW 6SL3224-0BE33-7UA0

50 110A/55KW 6SL3224-0BE34-5UA0

51 145A/75KW 6SL3224-0BE35-5UA0

52 178A/90KW 6SL3224-0BE37-5UA0

53 205A/110KW 6SL3224-0BE38-8UA0

54 250A/132KW 6SL3224-0BE41-1UA0

55 302A/160KW 6SL3224-0XE41-3UA0

56 370A/200KW 6SL3224-0XE41-6UA0

57 477A/250KW 6SL3224-0XE42-0UA0

58 PM240(带内置滤波器）380-480V 3AC重载 　

59 5.9A/2.2KW 6SL3224-0BE22-2AA0

60 7.7A/3KW 6SL3224-0BE23-0AA0

61 10.2A/4KW 6SL3224-0BE24-0AA0

62 18A/5.5KW 6SL3224-0BE25-5AA0

63 25A/7.5KW 6SL3224-0BE27-5AA0

64 32A/11KW 6SL3224-0BE31-1AA0

65 38A/15KW 6SL3224-0BE31-5AA0

66 45A/18.5KW 6SL3224-0BE31-8AA0

67 60A/22KW 6SL3224-0BE32-2AA0

68 75A/30KW 6SL3224-0BE33-0AA0

69 90A/37KW 6SL3224-0BE33-7AA0

70 110A/45KW 6SL3224-0BE34-5AA0

71 145A/55KW 6SL3224-0BE35-5AA0

72 178A/75KW 6SL3224-0BE37-5AA0

73 PM240(带内置滤波器）380-480V 3AC轻载 　

74 5.9A/2.2KW 6SL3224-0BE22-2AA0

75 7.7A/3KW 6SL3224-0BE23-0AA0

76 10.2A/4KW 6SL3224-0BE24-0AA0

西门子SM331模拟量模块