西門子S7-200SMARTCPUSR20模塊

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西門子S7-200SMARTCPUSR20模塊

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上海晉營自動化科技有限公司
：邵澤春
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• LOGO!Power

  

  緊湊的微型電源設備為邏輯模塊提供 12V 和 24V 的輸入電壓，憑借其功能和廣泛的認證適于在較低的功率范圍內應用。

  詳細參數

  SITOP PM207

  

  西門子SIMATIC PM207電源與SIMATIC自動化產品*結合。高性價比的PM207電源，為S7-200 SMART PLC，SMART LINE等設備提供安全可靠的直流供電解決方案。該產品具有寬范圍的交直流輸入，優異的電磁兼容特性（如極低的紋波系數等），統一的外觀設計和靈活的安裝方式（可標準DIN導軌安裝或墻壁安裝），可以提升用戶機器設備的穩定性，真正有效地提高用戶的市場競爭力。

• 西門子6EP1332-1SH42西門子6EP1332-1SH42

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2  編碼器輸出信號類型

一般情況下，從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規則，不能直接用于控制、信號處理和遠距離傳輸，所以在編碼器內還需要對信號進行放大、整形等處理。經過處理的輸出信號一般近似于正弦波或矩形波，因為矩形波輸出信號容易進行數字處理，所以在控制系統中應用比較廣泛。

增量式光電編碼器的信號輸出有集電極開路輸出、電壓輸出、線驅動輸出和推挽式輸出等多種信號形式。

2.1集電極開路輸出

集電極開路輸出是以輸出電路的晶體管發射極作為公共端，并且集電極懸空的輸出電路。根據使用的晶體管類型不同，可以分為NPN集電極開路輸出（也稱作漏型輸出，當邏輯 1 時輸出電壓為 0V，如圖2-1所示）和PNP集電極開路輸出（也稱作源型輸出，當邏輯 1 時，輸出電壓為電源電壓，如圖2-2所示）兩種形式。在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓不*的情況下可以使用這種類型的輸出電路。

圖2-1 NPN 集電極開路輸出

圖2-2 PNP集電極開路輸出

對于PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號，可以接入到漏型輸入的模塊中，具體的接線原理如圖2-3所示。

注意：PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號不能直接接入源型輸入的模塊中。

圖2-3 PNP型輸出的接線原理

對于NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號，可以接入到源型輸入的模塊中，具體的接線原理如圖2-4所示。

注意：NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號不能直接接入漏型輸入的模塊中。

圖2-4 NPN型輸出的接線原理

2.2 電壓輸出型

電壓輸出是在集電極開路輸出電路的基礎上，在電源和集電極之間接了一個上拉電阻，這樣就使得集電極和電源之間能有了一個穩定的電壓狀態，如圖2-5。一般在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓*的情況下使用這種類型的輸出電路。

圖2-5 電壓輸出型

2.3 推挽式輸出

推挽式輸出方式由兩個分別為 PNP 型和 NPN 型的三極管組成，如圖2-6所示。當其中一個三極管導通時，另外一個三極管則關斷，兩個輸出晶體管交互進行動作。

這種輸出形式具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，因此在低阻抗情況下它也可以提供大范圍的電源。由于輸入、輸出信號相位相同且頻率范圍寬，因此它還適用于長距離傳輸。

推挽式輸出電路可以直接與 NPN 和 PNP 集電極開路輸入的電路連接，即可以接入源型或漏型輸入的模塊中。

圖2-6 推挽式輸出

2.4 線驅動輸出

如圖 2-7所示，線驅動輸出接口采用了的 IC  芯片，輸出信號符合RS-422 標準，以差分的形式輸出，因此線驅動輸出信號抗干擾能力更強，可以應用于高速、長距離數據傳輸的場合，同時還具有響應速度快和抗噪聲性能強的特點。

圖2-7 線驅動輸出

說明：除了上面所列的幾種編碼器輸出的接口類型外，現在好多廠家生產的編碼器還具有智能通信接口，比如PROFIBUS總線接口。這種類型的編碼器可以直接接入相應的總線網絡，通過通信的方式讀出實際的計數值或測量值，這里不做說明。

3  高速計數模塊與編碼器的兼容性

高速計數模塊主要用于評估接入模塊的各種脈沖信號，用于對編碼器輸出的脈沖信號進行計數和測量等。西門子SIMATIC  S7的全系列產品都有支持高速計數功能的模塊，可以適應于各種不同場合的應用。

根據產品功能的不同，每種產品高速計數功能所支持的輸入信號類型也各不相同，在系統設計或產品選型時要特別注意。下表3-1給出了西門子高速計數產品與編碼器的兼容性信息，供選型時參考。

表3-1 高速計數產品與編碼器的兼容性

√兼容；    - 不兼容

4  編碼器使用的常見問題

4.1 編碼器選型時要考慮哪些參數

在編碼器選型時，可以綜合考慮以下幾個參數：

Ø         編碼器類型：根據應用場合和控制要求確定選用增量型編碼器還是性編碼器。

Ø         輸出信號類型：對于增量型編碼根據需要確定輸出接口類型（源型、漏型）。

Ø         信號電壓等級：確認信號的電壓等級（DC24V、DC5V等）。

Ø         zui大輸出頻率：根據應用場合和需求確認zui大輸出頻率及分辨率、位數等參數。

Ø         安裝方式、外形尺寸：綜合考慮安裝空間、機械強度、軸的狀態、外觀規格、機械壽命等要求。

4.2 如何判斷編碼器的好壞

可以通過以下幾種方法判斷編碼器的好壞：

Ø       將編碼器接入 PLC的高速計數模塊，通過讀取實際脈沖個數或碼值來判斷編碼器輸出是否正確。

Ø       通過示波器查看編碼器輸出波形，根據實際的輸出波形來判斷編碼器是否正常。

Ø       通過萬用表的電壓檔來測量編碼器輸出信號電壓來判斷編碼器是否正常，具體操作方法如下：

1）編碼器為NPN晶體管輸出時，用萬用表測量電源正極和信號輸出線之間的電壓

·         導通時輸出電壓接近供電電壓

·         關斷時輸出電壓接近 0V

2）編碼器為PNP晶體管輸出時，用萬用表測量測量電源負極和信號輸出線之間的電壓

·         導通時輸出電壓接近供電電壓

·         關斷時輸出電壓接近 0V

4.3 計數不準確的原因及相應的避免措施

在實際應用中，導致計數或測量不準確的原因很多，其中主要應注意以下幾點：

Ø         編碼器安裝的現場環境有抖動，編碼器和電機軸之間有松動，沒有固定緊。

Ø         旋轉速度過快，超出編碼器的zui高響應頻率。

Ø         編碼器的脈沖輸出頻率大于計數器輸入脈沖zui高頻率。

Ø         信號傳輸過程中受到干擾。

針對以上問題的避免措施：

Ø         檢查編碼器的機械安裝，是否打滑、跳齒、齒輪齒隙是否過大等。

Ø         計算一下zui高脈沖頻率，是否接近或超過了極限值。

Ø         確保高速計數模塊能夠接收的zui大脈沖頻率大于編碼器的脈沖輸出頻率。

Ø         檢查信號線是否過長，是否使用屏蔽雙絞線，按要求做好接地，并采取必要抗干擾措施。

4.4空閑的編碼器信號線該如何處理

在實際的應用中，可能會遇到不需要或者模塊不支持的信號線，例如：

Ø         對于帶零位信號的AB正交編碼器（A、B、N），模塊不支持N相輸入或者不需要Z信號。

Ø         對于差分輸出信號（A、/A，B、/B，N、/N），模塊不支持反向信號（/A，/B，/N）的輸入。

對于這些信號線，不需要特殊的處理，可以直接放棄不用！

2  編碼器輸出信號類型

一般情況下，從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規則，不能直接用于控制、信號處理和遠距離傳輸，所以在編碼器內還需要對信號進行放大、整形等處理。經過處理的輸出信號一般近似于正弦波或矩形波，因為矩形波輸出信號容易進行數字處理，所以在控制系統中應用比較廣泛。

增量式光電編碼器的信號輸出有集電極開路輸出、電壓輸出、線驅動輸出和推挽式輸出等多種信號形式。

2.1集電極開路輸出

集電極開路輸出是以輸出電路的晶體管發射極作為公共端，并且集電極懸空的輸出電路。根據使用的晶體管類型不同，可以分為NPN集電極開路輸出（也稱作漏型輸出，當邏輯 1 時輸出電壓為 0V，如圖2-1所示）和PNP集電極開路輸出（也稱作源型輸出，當邏輯 1 時，輸出電壓為電源電壓，如圖2-2所示）兩種形式。在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓不*的情況下可以使用這種類型的輸出電路。

圖2-1 NPN 集電極開路輸出

圖2-2 PNP集電極開路輸出

對于PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號，可以接入到漏型輸入的模塊中，具體的接線原理如圖2-3所示。

注意：PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號不能直接接入源型輸入的模塊中。

圖2-3 PNP型輸出的接線原理

對于NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號，可以接入到源型輸入的模塊中，具體的接線原理如圖2-4所示。

注意：NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號不能直接接入漏型輸入的模塊中。

圖2-4 NPN型輸出的接線原理

2.2 電壓輸出型

電壓輸出是在集電極開路輸出電路的基礎上，在電源和集電極之間接了一個上拉電阻，這樣就使得集電極和電源之間能有了一個穩定的電壓狀態，如圖2-5。一般在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓*的情況下使用這種類型的輸出電路。

圖2-5 電壓輸出型

2.3 推挽式輸出

推挽式輸出方式由兩個分別為 PNP 型和 NPN 型的三極管組成，如圖2-6所示。當其中一個三極管導通時，另外一個三極管則關斷，兩個輸出晶體管交互進行動作。

這種輸出形式具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，因此在低阻抗情況下它也可以提供大范圍的電源。由于輸入、輸出信號相位相同且頻率范圍寬，因此它還適用于長距離傳輸。

推挽式輸出電路可以直接與 NPN 和 PNP 集電極開路輸入的電路連接，即可以接入源型或漏型輸入的模塊中。

圖2-6 推挽式輸出

2.4 線驅動輸出

如圖 2-7所示，線驅動輸出接口采用了的 IC  芯片，輸出信號符合RS-422 標準，以差分的形式輸出，因此線驅動輸出信號抗干擾能力更強，可以應用于高速、長距離數據傳輸的場合，同時還具有響應速度快和抗噪聲性能強的特點。

圖2-7 線驅動輸出

說明：除了上面所列的幾種編碼器輸出的接口類型外，現在好多廠家生產的編碼器還具有智能通信接口，比如PROFIBUS總線接口。這種類型的編碼器可以直接接入相應的總線網絡，通過通信的方式讀出實際的計數值或測量值，這里不做說明。

3  高速計數模塊與編碼器的兼容性

高速計數模塊主要用于評估接入模塊的各種脈沖信號，用于對編碼器輸出的脈沖信號進行計數和測量等。西門子SIMATIC  S7的全系列產品都有支持高速計數功能的模塊，可以適應于各種不同場合的應用。

根據產品功能的不同，每種產品高速計數功能所支持的輸入信號類型也各不相同，在系統設計或產品選型時要特別注意。下表3-1給出了西門子高速計數產品與編碼器的兼容性信息，供選型時參考。

表3-1 高速計數產品與編碼器的兼容性

√兼容；    - 不兼容

4  編碼器使用的常見問題

4.1 編碼器選型時要考慮哪些參數

在編碼器選型時，可以綜合考慮以下幾個參數：

Ø         編碼器類型：根據應用場合和控制要求確定選用增量型編碼器還是性編碼器。

Ø         輸出信號類型：對于增量型編碼根據需要確定輸出接口類型（源型、漏型）。

Ø         信號電壓等級：確認信號的電壓等級（DC24V、DC5V等）。

Ø         zui大輸出頻率：根據應用場合和需求確認zui大輸出頻率及分辨率、位數等參數。

Ø         安裝方式、外形尺寸：綜合考慮安裝空間、機械強度、軸的狀態、外觀規格、機械壽命等要求。

4.2 如何判斷編碼器的好壞

可以通過以下幾種方法判斷編碼器的好壞：

Ø       將編碼器接入 PLC的高速計數模塊，通過讀取實際脈沖個數或碼值來判斷編碼器輸出是否正確。

Ø       通過示波器查看編碼器輸出波形，根據實際的輸出波形來判斷編碼器是否正常。

Ø       通過萬用表的電壓檔來測量編碼器輸出信號電壓來判斷編碼器是否正常，具體操作方法如下：

1）編碼器為NPN晶體管輸出時，用萬用表測量電源正極和信號輸出線之間的電壓

·         導通時輸出電壓接近供電電壓

·         關斷時輸出電壓接近 0V

2）編碼器為PNP晶體管輸出時，用萬用表測量測量電源負極和信號輸出線之間的電壓

·         導通時輸出電壓接近供電電壓

·         關斷時輸出電壓接近 0V

4.3 計數不準確的原因及相應的避免措施

在實際應用中，導致計數或測量不準確的原因很多，其中主要應注意以下幾點：

Ø         編碼器安裝的現場環境有抖動，編碼器和電機軸之間有松動，沒有固定緊。

Ø         旋轉速度過快，超出編碼器的zui高響應頻率。

Ø         編碼器的脈沖輸出頻率大于計數器輸入脈沖zui高頻率。

Ø         信號傳輸過程中受到干擾。

針對以上問題的避免措施：

Ø         檢查編碼器的機械安裝，是否打滑、跳齒、齒輪齒隙是否過大等。

Ø         計算一下zui高脈沖頻率，是否接近或超過了極限值。

Ø         確保高速計數模塊能夠接收的zui大脈沖頻率大于編碼器的脈沖輸出頻率。

Ø         檢查信號線是否過長，是否使用屏蔽雙絞線，按要求做好接地，并采取必要抗干擾措施。

4.4空閑的編碼器信號線該如何處理

在實際的應用中，可能會遇到不需要或者模塊不支持的信號線，例如：

Ø         對于帶零位信號的AB正交編碼器（A、B、N），模塊不支持N相輸入或者不需要Z信號。

Ø         對于差分輸出信號（A、/A，B、/B，N、/N），模塊不支持反向信號（/A，/B，/N）的輸入。

對于這些信號線，不需要特殊的處理，可以直接放棄不用！2  編碼器輸出信號類型

一般情況下，從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規則，不能直接用于控制、信號處理和遠距離傳輸，所以在編碼器內還需要對信號進行放大、整形等處理。經過處理的輸出信號一般近似于正弦波或矩形波，因為矩形波輸出信號容易進行數字處理，所以在控制系統中應用比較廣泛。

增量式光電編碼器的信號輸出有集電極開路輸出、電壓輸出、線驅動輸出和推挽式輸出等多種信號形式。

2.1集電極開路輸出

集電極開路輸出是以輸出電路的晶體管發射極作為公共端，并且集電極懸空的輸出電路。根據使用的晶體管類型不同，可以分為NPN集電極開路輸出（也稱作漏型輸出，當邏輯 1 時輸出電壓為 0V，如圖2-1所示）和PNP集電極開路輸出（也稱作源型輸出，當邏輯 1 時，輸出電壓為電源電壓，如圖2-2所示）兩種形式。在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓不*的情況下可以使用這種類型的輸出電路。

圖2-1 NPN 集電極開路輸出

圖2-2 PNP集電極開路輸出

對于PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號，可以接入到漏型輸入的模塊中，具體的接線原理如圖2-3所示。

注意：PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號不能直接接入源型輸入的模塊中。

圖2-3 PNP型輸出的接線原理

對于NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號，可以接入到源型輸入的模塊中，具體的接線原理如圖2-4所示。

注意：NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號不能直接接入漏型輸入的模塊中。

圖2-4 NPN型輸出的接線原理

2.2 電壓輸出型

電壓輸出是在集電極開路輸出電路的基礎上，在電源和集電極之間接了一個上拉電阻，這樣就使得集電極和電源之間能有了一個穩定的電壓狀態，如圖2-5。一般在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓*的情況下使用這種類型的輸出電路。

圖2-5 電壓輸出型

2.3 推挽式輸出

推挽式輸出方式由兩個分別為 PNP 型和 NPN 型的三極管組成，如圖2-6所示。當其中一個三極管導通時，另外一個三極管則關斷，兩個輸出晶體管交互進行動作。

這種輸出形式具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，因此在低阻抗情況下它也可以提供大范圍的電源。由于輸入、輸出信號相位相同且頻率范圍寬，因此它還適用于長距離傳輸。

推挽式輸出電路可以直接與 NPN 和 PNP 集電極開路輸入的電路連接，即可以接入源型或漏型輸入的模塊中。

圖2-6 推挽式輸出

2.4 線驅動輸出

如圖 2-7所示，線驅動輸出接口采用了的 IC  芯片，輸出信號符合RS-422 標準，以差分的形式輸出，因此線驅動輸出信號抗干擾能力更強，可以應用于高速、長距離數據傳輸的場合，同時還具有響應速度快和抗噪聲性能強的特點。

圖2-7 線驅動輸出

說明：除了上面所列的幾種編碼器輸出的接口類型外，現在好多廠家生產的編碼器還具有智能通信接口，比如PROFIBUS總線接口。這種類型的編碼器可以直接接入相應的總線網絡，通過通信的方式讀出實際的計數值或測量值，這里不做說明。

3  高速計數模塊與編碼器的兼容性

高速計數模塊主要用于評估接入模塊的各種脈沖信號，用于對編碼器輸出的脈沖信號進行計數和測量等。西門子SIMATIC  S7的全系列產品都有支持高速計數功能的模塊，可以適應于各種不同場合的應用。

根據產品功能的不同，每種產品高速計數功能所支持的輸入信號類型也各不相同，在系統設計或產品選型時要特別注意。下表3-1給出了西門子高速計數產品與編碼器的兼容性信息，供選型時參考。

表3-1 高速計數產品與編碼器的兼容性

√兼容；    - 不兼容

4  編碼器使用的常見問題

4.1 編碼器選型時要考慮哪些參數

在編碼器選型時，可以綜合考慮以下幾個參數：

Ø         編碼器類型：根據應用場合和控制要求確定選用增量型編碼器還是性編碼器。

Ø         輸出信號類型：對于增量型編碼根據需要確定輸出接口類型（源型、漏型）。

Ø         信號電壓等級：確認信號的電壓等級（DC24V、DC5V等）。

Ø         zui大輸出頻率：根據應用場合和需求確認zui大輸出頻率及分辨率、位數等參數。

Ø         安裝方式、外形尺寸：綜合考慮安裝空間、機械強度、軸的狀態、外觀規格、機械壽命等要求。

4.2 如何判斷編碼器的好壞

可以通過以下幾種方法判斷編碼器的好壞：

Ø       將編碼器接入 PLC的高速計數模塊，通過讀取實際脈沖個數或碼值來判斷編碼器輸出是否正確。

Ø       通過示波器查看編碼器輸出波形，根據實際的輸出波形來判斷編碼器是否正常。

Ø       通過萬用表的電壓檔來測量編碼器輸出信號電壓來判斷編碼器是否正常，具體操作方法如下：

1）編碼器為NPN晶體管輸出時，用萬用表測量電源正極和信號輸出線之間的電壓

·         導通時輸出電壓接近供電電壓

·         關斷時輸出電壓接近 0V

2）編碼器為PNP晶體管輸出時，用萬用表測量測量電源負極和信號輸出線之間的電壓

·         導通時輸出電壓接近供電電壓

·         關斷時輸出電壓接近 0V

4.3 計數不準確的原因及相應的避免措施

在實際應用中，導致計數或測量不準確的原因很多，其中主要應注意以下幾點：

Ø         編碼器安裝的現場環境有抖動，編碼器和電機軸之間有松動，沒有固定緊。

Ø         旋轉速度過快，超出編碼器的zui高響應頻率。

Ø         編碼器的脈沖輸出頻率大于計數器輸入脈沖zui高頻率。

Ø         信號傳輸過程中受到干擾。

針對以上問題的避免措施：

Ø         檢查編碼器的機械安裝，是否打滑、跳齒、齒輪齒隙是否過大等。

Ø         計算一下zui高脈沖頻率，是否接近或超過了極限值。

Ø         確保高速計數模塊能夠接收的zui大脈沖頻率大于編碼器的脈沖輸出頻率。

Ø         檢查信號線是否過長，是否使用屏蔽雙絞線，按要求做好接地，并采取必要抗干擾措施。

4.4空閑的編碼器信號線該如何處理

在實際的應用中，可能會遇到不需要或者模塊不支持的信號線，例如：

Ø         對于帶零位信號的AB正交編碼器（A、B、N），模塊不支持N相輸入或者不需要Z信號。

Ø         對于差分輸出信號（A、/A，B、/B，N、/N），模塊不支持反向信號（/A，/B，/N）的輸入。

對于這些信號線，不需要特殊的處理，可以直接放棄不用！