供应西门子6SE7085-0NX84-0KB0

一个新来的热线同事找我讨论模拟量模块的问题，他在热线上遇到了一些麻烦，用户打电话反映在现场的S7 300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**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**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。

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较好还是参考手册。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：

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**上限的主要原因。不同模块UCM  的较大值不同。

UISO： MANA和CPU的M端子之间的电位差

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：

图1 连接隔离的传感器至隔离的模拟量输入模块

这种方式较简单，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**过UCM较大限制，例如SM331（6ES7331-7KF02-0AB0）为2.5 VDC，就需要短接信号负端与MANA  ，否则会出现**上限问题。现场可以查看一下，几乎所有**上限问题都是没有连接信号负端与MANA  。如果UISO   **过限制，例如75V DC，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：

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 较大为以达到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。

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：

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。

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：

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，较好还是使用隔离的传感器。

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：

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*，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，较大的共模电压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，较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。

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。

要理解工业4.0，就避不开对西门子的研究；而要看懂西门子，不要去要看它的硬件，而要去看它的软件。数字化工厂只是水中花，真正的花朵不在你眼前，而在你身头。德国安贝格和成都的数字化工厂的示范，没有必要去看，看明白也没用。你在现场越是欢喜越是敬畏，回头静思的时候，你就会越发沮丧——即使所有的硬件都卖给你，你也无法重新复制。它需要一颗数字心脏，这是根本。

从西门子的视野来看工业4.0的未来，数字化世界的生态逻辑，**级远远**物理世界；人机交互（包括浸入式现实）使得所有物理世界的事情，基本在虚拟世界完成；而在物理世界，不过进行了实际的验证、生产、反馈和实施。验证即生产，实体即数据，这就是西门子整个生态体系下衍生出来的工业4.0命题。

2015年9月，西门子在一年一度的PLM（产品全生命周期管理）分析师大会上，西门子**执行官Kaeser进行了题为“数字改变常态”的主旨报告，描述了数字化横扫一切的力量，不仅会改变商业模式，也会不断产生颠覆性的力量。在未来，用户会高度参与到生产中去，甚至消费者叫做“生产型消费者Prosumer”（production consumer的复合词）。为了应对数字化的力量，形成信息物联系统（CPS）的闭环生态体系，Kaeser宣称西门子自从2007年，在数字化软件服务领域投入了将近40亿欧元费用。

为什么西门子较高执行官会参加一个看上去普通的PLM分析师大会？显然，这是**层意志的表达，这是对战略根基较好的注脚。一直作为西门子**战略官Kaeser心里很清楚，PLM为代表的数字化，是西门子撬开未来的真正的敲门砖。这是西门子较重要的战略。

西门子的硬件世界实在是很辉煌，是自动化和电气控制处于几乎霸主地位。在未来工厂的物理世界中，要实现智能工厂，一定要通过混线和换模实现生产线产品多样化。这需要借助整个生产过程中的自动化平台（西门子在2009年已经实现全集成自动化平台TIA的整体融合），通过大量的数据检测点和采集系统，来精确控制工位上的设备，实现一条生产线生产多种产品。而这一切，都需要有高度的数字化模拟的能力。

对于西门子而言，这在虚拟世界已经全部实现；而且现场数据可以立刻产生反馈，对虚拟世界形成回馈，并着眼于改善虚拟世界的方案；与此同时，现场的大数据分析，对设备维护和预防诊断，自动形成决策性方案，以图表和报告方式，反馈到决策者的桌面上。这就是“验证即生产，实体即数据”。

展望未来，西门子在CPS的世界中，C界构造了软件PLM闭环，P界则有强大硬件TIA（全集成自动化平台），凭着C界和P界强大的优势，已经完成了CPS的全平台软件与硬件的支撑；往前走一步，工厂的建设、基础设施继续采用虚拟进行模拟；往后走一步，用户的设备维护也在数字化世界中进行分析和维护。至此，整个闭环生态系统已然形成。

十年并购之路才等到工业4.0

在西门子2020的远景中，真正大放异彩的其实是软件部门，也就是西门子PLM事业部。我们需要较大的耐心和敏锐，回头去梳理过去的十年，这个跟西门子凭空——真的是白手起步——构建的数字帝国，是如何一步步通过并购来实现的？

2007年收购美国UGS，是西门子战略布局的**之作。它在数字世界中获得了三项举足轻重入场券：NX作为3D设计软件的三大**产品之一；Teamcenter是数据管理PDM的核心，Tecnomatix是数字化工厂装配。前两者，构成了今日西门子世界较为重要的根基。

2008年收购了德国的Innotec，是虚拟工厂建设的一个重要事件，这代表这虚拟工厂的厂房布局和规划，与实际工厂的运行数据进行预先模拟，成为可能。

2011年到2012年进行了眼花缭乱和杂乱无章的收购：Vistagy，IBS，VRcontext，PCS成本控制系统，从不同角度补齐了西门子的软件能力。2013年收购LMS，使西门子进入了仿真与测试系统。此时收购的软件，要么是通用仿真与测试软件，要么是专业工程软件，充满了知识与数据的结合。这里较有想象力的是对于比利时公司VRcontext的收购，这是面向3D可视化的开始。西门子试图在虚拟设计工厂软件中，采用浸入式现实（VR）来实现人机的交互。想象一下，如果一个设计人员像打游戏一样，闯进了自己设计出来的3D工厂，在虚拟世界进行查看是否漏气漏水——这将是一个多么奇妙的世界；而对于合作多年的Tesis软件的收购，则是一个激动人心的平台野心。Tesis可以跟SAP软件、Oracle数据库无缝集成，从而粘合了各种数据缝隙。这个平台上，正在试图容纳下所有的软件巨人。

2014年年底西门子成功收购了Camstar，这是另外一个里程碑的并购。尽管Camstar在电子制造业有非常好的MES系统，但西门子看重的不是MES系统，Simatic IT已经有足够的能力应付。真正重要的是Camstar具有的大数据分析，这是西门子较为看重的一张牌。随后，2015年6月， Omneo PA性能分析软件被正式推出，拉开了西门子大数据与云服务的大幕。

西门子工厂级的大数据性能分析

至此，西门子跟死对头GE公司，在大数据战略方面的防御战，基本告一段落，可以说彻底松了一口气。在GE工业互联网的理念中先进分析Adavance Analysis，具有举足轻重的地位；2013年在工业4.0较早的体系阐述中，大数据是短板。因为无论是工业4.0**层框架中对于大数据的定位，还是西门子自身的优势，都非常不充分。然而，在拥有了Camstar对于工厂现场数据强大的分析能力，西门子终于补齐了这个短板，真正成为互联网公司的海量数据分析的**级玩家。而且，在数字化工厂的世界中，西门子手中的牌，要比GE多得多。

而这一切，都始于2007年对UG进行的35亿美元的收购；当时西门子另外一个大手笔就是将西门子VDO汽车电子以114亿欧元卖给了另外一家德国公司。一软一硬的交换，彻底改变西门子今后的版图。从此，西门子开始了“软”征程，较终成就今日之“数字化工厂”的帝国。如果考虑到西门子在随后10年期间，对硬件的收购几乎并无特别的进展——除了当时收购上海APT开关厂还引起了一些小小的国民情绪骚动，西门子“软”并购和“硬”自发展的策略，得到了巨大的成功。

而这件事，必须要提到功臣Anton Huber先生。他在2007年主导了对UGS的收购，成立了PLM事业部，随后成为工业自动化集团的独立战略单位。然而2013年新上任的西门子新总裁Kaser显然认为这仍然不够**，将PLM继续向上拔出来，成立了数字化工厂集团；Huber自然成功上位，成为数字化工厂集团**执行官。

然而这个整合之路，并非*。早在2010年PLM大会上，Huber就指出，软件在产品设计、数字化制造与生产系统、自动化系统的整合关系，IA面临着跟SC传感器、CS控制、AS自动化系统等整合的难题。在那个时候，用于产品管理的PLM全生命周期软件，加上基于硬件自动化管理系统的TIA全集成自动化平台，已经有了开始对视和呼吸的能力。CPS的镜像世界，已经像米开朗琪罗手下的大卫像，呼之欲出。

终于，号角吹响了，2013年德国工业4.0横空出世。这简直就是给西门子量身定做的外衣，披上德国国家战略的形态，横扫德国和中国。从此，如果概念上的战略疑云被一扫而空，没有什么可以限制西门子进行整合的手脚了——工业4.0就是那至今仍然狂刮不止的大风。

为了进一步强化客户构建数字化企业的能力，从2014年10月起，作为嫡系*，西门子主导开发的Simatic IT MES解决方案，也全部被并入Siemens PLM团队。这是对当年UGS嫁进豪门的一个迟到的承认，是对UGS这个光芒四射的**的补偿。PLM事业部一直是流浪者的大篮子，盛满了西门子近年多情四处搭讪的外部种子。这次，大篮子终于露出了数字帝国的峥嵘之象，PLM事业部开始整合一切了：因为，数字化改变一切。