西门子300PLC模拟量模块接线问题汇总
今天 ， 一个新来的售后同事找我讨论模拟量模块的问题 ， 他在售后上遇到了一些麻烦 ， 用户打电话反映在现场的S7300模拟量模块读数不变化 ， 怎么折腾都读数是32767 。 尽管模拟量模块大家都很熟悉 ， 但是类似的问题还经常有用户反应 。 翻了翻手边的资料 ， 似乎没有系统讲解这个问题的 ， 于是把自己的经验归纳总结一下 。
关于读不出值的问题 ， 如果总是32767没有变化 ， 其实值已经有了 ， 只不过是超量程了 。 如果值为0 ， 那就要注意模拟量是否有问题了 ， 使用万用表测量现场信号并没有超限 。 为什么会出现这两种现象呢？这是因为选择的参考电位不同 ， 例如 ， 现场过来的信号为5V ， 那首先要问一下 ， 基准点是几伏？10~15是5V ， -10~-5同样也是5V ， 如果测量端基准点是0V ， 那么测量就会有问题 ， 所以一定要保证两端等电位 。 模拟量模块的基准电位点就是MANA ， 所有的接线都与之有关 。
02
隔离与非隔离问题系列
这里的隔离是指模拟量模块的基准电位点MANA与地（也是PLC的数据地）隔离 。 隔离模块MANA与地M可以不连接 ， 以MANA作为测量端的参考电位；非隔离模块MANA与地M必须连接 ， 这样地M变为MANA作为测量端的参考电位 。 隔离模块的好处就是可以避免共模干扰 。 如何知道模块是否是隔离模块 ， 例如SM331模块 ， 可以从模板规范中查到 。 S7-300中只有一款SM334（SM355除外）模块是非隔离的 ， 此外CPU31XC集成的模拟量也是非隔离的 ， 共同特点就是模块的输出和输入公用M端 。
同样传感器也有隔离与非隔离的问题 。 通常非隔离的传感器电源的负端与信号的负端公用一个端子 ， 例如传感器有三个端子L ， M和S+ ， 通过L ， M端子向传感器供电 ， S+ ， M为信号的输出 ， 公用M端 。 判断传感器是否隔离最好还是参考手册 。 隔离传感器信号负端与地M可以不连接 ， 以信号负端作为信号源端的参考电位 。 非隔离传感器信号负端必须在源端（设备端）接地 ， 以源端的地作为信号的参考电位 。
下面就是如何保证测量端与信号源端等电位接线的问题 。 在下面建议的连接图中所用的缩写词和助记符含义如下：
M+：测量导线（正）
M-：测量导线（负）
MANA：模拟量模块基准电位点
这里需要注意MANA ， 不同的接线方式都是以MANA为参考基准电位 。
M：接地端子
L+：24VDC电源端子
UCM：MANA与模拟量输入通道之间或模拟量输入通道之间的电位差
UCM共模电压 ， 有两种：
1）不同输入信号负端的电位差 ， 例如一个输入信号为3V ， 另一个输入信号也为3V ， 但是它们的基准点电位可能不同 ， 可能是1~4V或3~6V,那么它们之间的共模电压为2V 。
2）输入信号负端与MANA的电位差 。
模块的UCM是造成模拟量值超上限的主要原因 。 不同模块UCM的最大值不同 。
UISO：MANA和CPU的M端子之间的电位差
03
使用隔离的模拟量模块连接隔离的传感器
隔离传感器与隔离模拟量信号连接图如图1所示：
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图1连接隔离的传感器至隔离的模拟量输入模块
这种方式最简单 ， 都与地隔离 ， 都不需要接地 ， 但是输入信号（传感器）负端与MANA电压超过UCM最大限制 ， 例如SM331（6ES7331-7KF02-0AB0）为2.5VDC ， 就需要短接信号负端与MANA ， 否则会出现超上限问题 。 现场可以查看一下 ， 几乎所有超上限问题都是没有连接信号负端与MANA 。 如果UISO超过限制 ， 例如75VDC ， 就需要连接信号负端、MANA端以及接地端M ， 这时模块以大地M端为参考电位 ， 实际变为非隔离使用了 ， 这种情况很少见 。
有的模块通道组间都是隔离的 ， 没有MANA ， 例如模块6ES7331-7NF10-0AB0 ， 接线如图2所示：
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这时每一个通道组（每组2通道）的M-就是MANA ， 输入通道组间UCM最大为以达到75VDC 。
都隔离的情况下连接信号负端与MANA端就可以了(2线制和电阻测量除外) 。 手册每个模块接线图中MANA都是建议接地的 ， 我认为这是在接地良好、不会产生共模电压（例如单端接地）的情况下 。
04
使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器
这回我来讲讲使用非隔离的模拟量模块连接隔离的传感器的情况 ， 模块的MANA与地M不隔离 ， 这样必须连接MANA与地M ， 模拟量的参考点电位变成地M ， 典型接线如图3所示：
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非隔离的模块都要求连接连接MANA与地M ， 例如模块SM334(6ES7334-0CE01-0AA0) ， 在提示中强调必须连接 ， 下面为引用手册的提示部分 。
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05
使用隔离的模拟量模块连接非隔离的传感器
传感器不隔离 ， 那么信号源端以传感器本地的地为基准点电位 。 模块是隔离的 ， 以MANA点为测量基准电位 。 典型接线如图4所示：
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从图4可以看到 ， 非隔离的传感器信号负端在源端接地 ， 但是如果连接多个非隔离的传感器并且分布在不同的地方（不同的接地点） ， 这种情况下就比较麻烦 。 各个传感器信号的负端会有共模电压UCM ， 为了消除UCM ， 将各个信号的负端在源端使用短而粗的导线进行等电位连接 ， 由于模块的MANA和信号源端的地可能存在电位差 ， 还要将MANA与源端的地进行等电位连接 。 在这里不能在模块处进行短接 ， 否则不能消除UCM 。
如果工厂接地不好 ， 最好还是使用隔离的传感器 。
06
使用非隔离的模拟量模块连接非隔离的传感器
如果使用非隔离的模拟量连接非隔离的传感器 ， 那么一定将所有的点接地并进行等电位处理 。 典型接线如图5所示：
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从图5可以看到 ， 按照隔离与非隔离的要求 ， 模块不隔离 ， 必须连接MANA与地M ， 传感器不隔离则需要连接信号负端到本地的地 ， 这样一边以信号源的地作为基准点 ， 一边以模块的地M作为基准点 ， 为了消除两者之间的电位差（共模电压UCM） ， 需要使用足够粗的导线进行等电位连接 。
如果整个工厂有等电位的接地网 ， 使用非隔离的仪表和模块就比较简单 ， 只需要连接MANA到本地的地M即可 ， 因为每个点都等电位 。 往往事与愿违 ， 由于非隔离的仪表价格便宜 ， 越是使用这样仪表的地方 ， 地通常打得都不会好 ， 就更别提接地网和等电位连接了 。 不采取措施肯定有问题 ， 必须保证等电位 。 使用万用表可以测量 ， 那是因为万用表与地是隔离的 ， 最大的共模电压UCM也可能不同 ， 与模块不在相同的条件下 。 建议使用隔离的传感器和模块 。
讲了一系列的接线方式 ， 最终的结论就是模拟量接线的几种方式都集中在一点上 ， 就是信号源端与测量端一定要等电位 。
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【西门子300PLC模拟量模块接线问题汇总】讲到这里我觉得还是要再扩展一下 ， 利用这个原则同样也可以解决数字量接线问题 。 下面是在现场遇见的一个问题 ， 如图6所示 ， CPU与I/O的供电分开 ， I/O是一个非隔离模块 ， 当现场给出信号 ， 但是I/O模块的输入灯没有点亮 ， 在CPU中也不能读出 ， 使用万用表测量 ， 在端子上有24V电压 。 模块没有问题 ， 将两个电源PS的M端短接 ， 就可以检测到输入信号 ， 这也是由于参考点电位不同造成的 。 希望一点小小的提示可以帮助大家解决现场模拟量接线的问题
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