2.3　歐姆龍CP1的擴展模塊

通常歐姆龍CP1系列CPU有數字量輸入和數字量輸出，部分型號的CPU模塊自帶模擬量輸入輸出，但很多情況要完成模擬量的輸入、模擬量輸出和現場總線通信以及當數字輸入輸出點不夠時，都應該選用擴展模塊來解決。CP1系列有豐富的擴展模塊供用戶選用。雖然CPM1A的CPU模塊已經停產，但CPM1A的擴展模塊仍然可以被CP1L使用。

2.3.1　數字量I/O擴展模塊

（1）數字量I/O擴展模塊的規格

數字量I/O擴展模塊包括數字量輸入模塊、數字量輸出模塊和數字量輸入輸出混合模塊，當數字量輸入或者輸出點不夠時可選用。部分數字量I/O模塊的規格見表2-5。

（2）數字量I/O擴展模塊的接線

數字量I/O模塊有專用的扁平電纜與CPU通信，并通過此電纜由CPU向擴展I/O模塊提供5V DC的電源。CP1W-8ED/CPM1A-8ED數字量輸入模塊的接線如圖2-12所示，CP1W-8ET/CPM1A-8ET（漏型輸出）數字量輸出模塊的接線如圖2-13所示。可以發現，數字量I/O擴展模塊的接線與CPU的數字量輸入輸出端子的接線是類似的。

數字量混合I/O模塊CP1W-20EDT/CPM1A-20EDT的接線如圖2-14所示。

2.3.2　模擬量I/O擴展模塊

（1）模擬量I/O擴展模塊的規格

模擬量I/O擴展模塊包括模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入輸出混合模塊。部分模擬量I/O擴展模塊的規格見表2-6。

（2）模擬量I/O擴展模塊的接線

CP1系列的模擬量模塊用于輸入/輸出電流或者電壓信號。模擬量輸入模塊的接線如圖2-15所示，當模擬量是電壓信號時，只要將電壓信號+與VIN1（或者VIN2/VIN3/VIN4）連接，電壓信號-與COM1（或者COM2/COM3/COM4）相連。當模擬量是電流信號時，只要將電壓信號+與VIN1和IIN1（或者IIN2/IIN3/IIN4）連接，電流信號-與COM1（或者COM2/COM3/COM4）相連。

模擬量輸出模塊的接線如圖2-16所示。當模擬量是電壓信號時，只要將模塊的VOUT1（或者VOUT2/VOUT3/VOUT4）與對象的電壓信號+連接，對象電壓輸出信號-與COM1（或者COM2/COM3/COM4）相連。當模擬量是電流信號時，只要將模塊的IOUT1（或者IOUT2/IOUT3/IOUT4）與對象的電流輸出信號+相連，對象的電流信號-與COM1（或者COM2/COM3/COM4）相連。

雖然圖2-15給出了模擬量輸入信號的接法，但很多人在遇到具體傳感器或者變送器時，仍然不會接線，因此以下對模擬量輸入模塊CP1W-AD041/CPM1A-AD041的接線分4種情況進行詳細說明。

①電壓四線式接法。電壓四線式接法如圖2-17所示，這種接法最簡單，一般的人都會。以VIN1通道為例說明。IIN1端子空置，傳感器（或者變送器）的信號+與VIN1相連，傳感器（或者變送器）的信號-與COM1相連，傳感器的電源+與電源的正極相連，傳感器的電源-與電源的負極相連。

②電流四線式接法。電流四線式接法如圖2-18所示，這種接法也很簡單，一般的人也會。以IIN1通道為例說明。IIN1端子與VIN1短接，傳感器（或者變送器）的信號+與IIN1相連，傳感器（或者變送器）的信號-與COM1相連，傳感器的電源+與電源的正極相連，傳感器的電源-與電源的負極相連。

③電流三線式接法。電流三線式接法如圖2-19所示。以IIN1通道為例說明。IIN1端子與VIN1短接，傳感器（或者變送器）的信號+與IIN1相連，傳感器（或者變送器）的信號-、電源-與COM1相連。電流三線式的接法和電流四線式接法類似，只不過電流三線式的接法傳感器的內部將傳感器-和電源-短接在一起了。

④電流二線式接法。電流二線式接法如圖2-20所示，這種接法很多人不會接。以IIN1通道為例說明。IIN1端子與VIN1短接，傳感器（或者變送器）的信號-與IIN1相連，傳感器的信號+與電源的正極相連，電源的負極與COM1相連。只要把變送器的回路當作串聯回路看待，理解這種接線方法就不難了。

模擬量輸入模塊有兩個參數容易混淆，即模擬量轉換的分辨率和模擬量轉換的精度（誤差）。分辨率是A/D模擬量轉換芯片的轉換精度，即用多少位的數值來表示模擬量。若模擬量模塊的轉換分辨率是12位，能夠反映模擬量變化的最小單位是滿量程的1/4096。模擬量轉換的精度除了取決于A/D轉換的分辨率，還受到轉換芯片的外圍電路的影響。在實際應用中，輸入的模擬量信號會有波動、噪聲和干擾，內部模擬電路也會產生噪聲、漂移，這些都會對轉換的最后精度造成影響。這些因素造成的誤差要大于A/D芯片的轉換誤差。

CP1W-AD041/CPM1A-AD041模塊的技術參數見表2-7。

使用模擬量模塊時，要注意以下問題。

①雙極性就是信號在變化的過程中要經過“零”，單極性不過零。由于模擬量轉換為數字量是有符號整數，因此雙極性信號對應的數值會有負數。在CP1中，單極性模擬量輸入/輸出信號的數值范圍是0～6000；雙極性模擬量信號的數值范圍是-3000～3000。

②對于模擬量輸入模塊，傳感器電纜線應盡可能短，而且應使用屏蔽雙絞線，導線應避免彎成銳角。靠近信號源屏蔽線的屏蔽層應單端接地。

③不使用的輸入，請將輸入端子的+和-進行短接。

④一般電壓信號比電流信號容易受干擾，應優先選用電流信號。電壓型的模擬量信號由于輸入端的內阻很高（CP1的模擬量模塊為1MΩ），極易引入干擾。一般電壓信號是用在控制設備柜內電位器設置，或者距離非常近、電磁環境好的場合。電流型信號不容易受到傳輸線沿途的電磁干擾，因而在工業現場獲得廣泛的應用。電流信號可以傳輸比電壓信號遠得多的距離。

⑤對于模擬量輸出模塊，電壓型和電流型信號的輸出信號的接線不同，各自的負載接到各自的端子上。

⑥模擬式輸入和內部電路間有光耦合器隔離，但是模擬輸入輸出間不隔緣。

⑦電源線載有噪聲時，請在電源、輸入部插入噪聲濾波器。

⑧電源線（AC電源線、動力線等）分離布線。

⑨平均化處理功能和斷線處理功能。

平均化處理。在模擬輸入中，設定平均化處理位為1時，平均化處理功能開始工作。在平均化處理功能中，把過去8次的輸入平均值（移動平均值）作為轉換數據來輸出。輸入有細小變動的時候，由平均化處理功能將其處理為平滑的輸入。

斷線檢測功能。輸入量程在1～5V或者4～20mA時，輸入信號不到0.8V或者不到3.2mA的時候，判斷為輸入布線斷線，斷線檢測功能開始工作。斷線檢測功能一開始工作，轉換數據就成為8000。斷線檢測功能工作時間、解除時間與轉換時間相同。輸入再次返回到可轉換的范圍時，斷線檢測功能自動解除，返回到通常的轉換數據。

【例2-4】　有一個系統，配置了一臺CP1W-AD041，用于測量壓力，壓力傳感器變送器輸出的是0～20mA的信號，請畫出接線圖。

【解】　壓力傳感器上有兩個接線端子，正接線端子和+24V電源相連，負接線端子和IIN1及VIN1相連，電源的0V和COM1相連。不用的通道要短接，IIN2和COM2端子短接，IIN3和COM3端子短接，IIN4和COM4端子短接，接線圖如圖2-21所示。這個傳感器是典型的二線式電流傳感器。

2.3.3　其他擴展模塊

（1）溫度測量模塊

CP1溫度模塊不同于常規的CP1W-AD041模擬量輸入模塊，它有冷端補償電路，可以對測量數值作必要的修正，以補償基準溫度與模塊溫度差，同時，該模塊的放大倍數較大，因此它能直接與熱電偶相連，從而測量溫度。歐姆龍的溫度測量模塊分為熱電偶模塊和熱電阻模塊，可以將溫度轉換成華氏度或者攝氏度，而且其量程可以手動設定，功能較為強大。歐姆龍的溫度測量模塊能和J、K熱電偶相連以及Pt100、JPt100熱電阻相連，并測量溫度。歐姆龍的溫度測量模塊的規格見表2-8。

以下用一個例子簡要介紹CP1W-TS001熱電偶模塊的使用。

①先按照CP1W-TS001熱電偶模塊的接線如圖2-22所示。

②撥動開關的設定。CP1W-TS001熱電偶模塊上有2個DIP撥動開關，可以設定溫度測量后需要保留1位還是2位小數點以及溫度是華氏溫度還是攝氏溫度。DIP設定方法如圖2-23所示。

圖2-23中的DIP的SW1和SW2都設定為0，表明測量溫度單位是攝氏度，測量后只保留1位小數點。

③旋轉開關設定。溫度測量模塊的旋轉開關主要用于設定量程。旋轉開關上有0～F共16個擋位，不同的擋位對應不同的量程。旋轉開關設定方法如圖2-24所示。

如果設定為0，那么連接的熱電偶是K型熱電偶，其溫度測量范圍是-200～1300℃。

（2）通信模塊

CP1L CPU單元通過連接CompoBus/S I/O連接單元（CP1W-SRT21、CPM1A-SRT21），成為CompoBus/S主單元（或者SRM1 CompoBus/S主控單元）的從單元。此時，與主單元間進行輸入8點及輸出8點的I/O連接。

通過連接作為DeviceNet從單元（輸入32點/輸出32點作為內部輸入/輸出）發揮功能的DeviceNet I/O連接單元（CPM1A-DRT21），CP1L CPU單元能作為DeviceNet的從單元裝置使用。DeviceNet I/O連接單元最多能連接7臺，因此CP1L CPU單元與DeviceNet主單元間的最大192點（IN：96點，OUT：96點）的I/O連接是可能的。通信模塊的規格見表2-9。