6ES7532-5HF00-0AB0

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技術數據

		SIMATIC S7-1500, 模擬量輸出模塊 AQ8xU/I HS, 16 位 分辨率, 準確度 0,3%, 8 通道 8 個一組, 診斷;替換值 8 通道 in 0,125ms inkl. Einspeiseelement, 屏蔽支架 和 屏蔽端子
一般信息
產品類型標志		AQ 8xU/I HS
硬件功能狀態		FS01
固件版本		V2.1.0
● 可更新固件		是
產品功能
● I&M 數據		是; I&M0 至 I&M3
● 可變輸出范圍		否
附帶程序包的
● STEP 7 TIA 端口，可組態 / 已集成，自版本		V14 / -
● STEP 7 可組態/ 已集成，自版本		V5.5 SP3 / -
● PROFIBUS 版本 GSD 版 / GSD 修訂版以上		V1.0 / V5.1
● PROFINET 版本 GSD 版 / GSD 修訂版以上		v2.3 / -
運行模式
● 過采樣		是
● MSO		是
運行中的 CiR 配置
可在 RUN 模式下更改參數分配		是
可在 RUN 模式下校準		是
電源電壓
額定值 (DC)		24 V
允許范圍，下限 (DC)		20.4 V
允許范圍，上限 (DC)		28.8 V
反極性保護		是
輸入電流
耗用電流，最大值		260 mA; 24 V DC 供電時
功率
來自背板總線的功率輸出		1.15 W
功率損失
功率損失，典型值		7 W
模擬輸出
模擬輸出端數量		8
電壓輸出，短路保護		是
電壓輸出，短路電流，最大值		45 mA
電流輸出，空載電壓，最大值		20 V
循環時間（所有通道） 最小值		125 μs; 與激活的通道數量無關
輸出范圍，電壓
● 0 至 10 V		是
● 1 V 至 5 V		是
● -5 V 至 +5 V		否
● -10 V 至 +10 V		是
輸出范圍，電流
● 0 至 20 mA		是
● -20 mA 至 +20 mA		是
● 4 mA 至 20 mA		是
執行器連接
● 對于兩線制接口電壓輸出		是
● 對于四線制接口電壓輸出		是
● 對于兩線制接口電流輸出		是
負載電阻（在額定輸出范圍內）
● 電壓輸出端的最小值		1 kΩ
● 電壓輸出端的電容負載，最大值		100 nF
● 電流輸出端的最大值		500 Ω
● 電流輸出端的電感負載，最大值		1 mH
導線長度
● 屏蔽，最大值		200 m
輸出端的模擬值構成
集成和轉換時間/每通道分辨率
● 帶有過調制的分辨率（包括符號在內的位數），最大值		16 bit
● 轉換時間（每個通道）		50 μs; 與激活的通道數量無關
起振時間
● 對于電阻負載		30 μs; 參見手冊中的附加說明
● 對于電容負載		100 μs; 參見手冊中的附加說明
● 對于電感負載		100 μs; 參見手冊中的附加說明
誤差/精度
輸出波紋（與輸出范圍有關，帶寬 0 至 50 kHz），(+/-)		0.02 %
線性錯誤（與輸出范圍有關），(+/-)		0.15 %
溫度錯誤（與輸出范圍有關），(+/-)		0.002 %/K
輸出端之間的串擾，最大值		-100 dB
25 °C 時起振狀態下的重復精度（與輸出范圍有關），(+/-)		0.05 %
整個溫度范圍內的操作錯誤限制
● 電壓，與輸出范圍有關，(+/-)		0.3 %
● 電流，與輸出范圍有關，(+/-)		0.3 %
基本錯誤限制（25 °C 時的操作錯誤限制）
● 電壓，與輸出范圍有關，(+/-)		0.2 %
● 電流，與輸出范圍有關，(+/-)		0.2 %
等時模式
節拍同步運行（應用程序至端口同步）		是
加工時間和激活時間 (TWA) 最小值		100 μs
總線循環時間 (TDP) 最小值		250 μs
報警/診斷/狀態信息
診斷功能		是
可接入替代值		是
報警
● 診斷報警		是
診斷信息
● 電源電壓監控		是
● 斷線		是; 僅限電流輸出類型
● 短路		是; 僅限電壓輸出類型
● 溢出/下溢		是
診斷顯示 LED
● RUN LED		是; 綠色 LED
● ERROR LED		是; 紅色 LED
● 電源電壓監控 (PWR-LED)		是; 綠色 LED
● 通道狀態顯示		是; 綠色 LED
● 用于通道診斷		是; 紅色 LED
● 用于模塊診斷		是; 紅色 LED
電位隔離
通道的電勢分離
● 在通道之間		否
● 在通道之間，分組點數		8
● 在通道和背板總線之間		是
● 在通道和負載電壓 L+ 之間		是
允許的電位差
S 和 MANA (UCM) 之間		DC 8 V
絕緣
絕緣測試，使用		707 V DC（測試類型）
分布式運行
按優先級啟動		否
尺寸
寬度		35 mm
高度		147 mm
深度		129 mm
重量
重量，約		325 g

設計安全節能的住宅自動化系統

住宅自動化將繼續開辟一個新的創新時代，為家庭與辦公室環境提供成熟的解決方案。使用微控制器的系統通過節能、智能、安全、操控直觀且互聯選項豐富的住宅自動化系統為消費者提供幫助。安全與住宅自動化系統領域的最新進展運用最新的傳感、互聯和計算技術。比如納米級IC技術使原設備制造商（OEMs）能夠制造經濟、節能的小型解決方案。

住宅自動化幫助控制家庭與辦公室環境中的設備。早期系統只能用于調節照明、開/關電器和控制溫度。如今，先進的嵌入式系統作為物聯網(IoT)的一部分帶來了智能電源控制與高級安全功能。通過傳感器與處理器的組合，物聯網(IoT)將各種設備與中央網絡連接，使設備能夠在沒有任何用戶干預的情況下完成工作。正是因為有了互聯網、Wi-Fi和藍牙，這些系統才能通過智能手機、平板電腦或計算機輕松操作。

住宅自動化的基本組成模塊

一般的住宅自動化系統需要以下接口 (參見圖1)：

中央處理器 (CPU)：中央處理器包含嵌入式計算所需的高性能、低功耗處理器或微控制器 (MCU)。高端微控制器支持多種通訊接口，可連接各種外設，包括傳感器、溫度控制器、家電、娛樂系統、安全警報以及安保系統等。實時操作系統 (RTOS) 在中央控制器上運行，實施全天候不間斷監控并采取必要的措施。

聯網和通訊接口：中央處理器中的微控制器需要連接網絡才能與外設通訊。根據消費者的需求，可以連接有線網絡或無線網絡。主流的住宅自動化應用使用PLC或以太網進行有線連接，使用ZigBee、射頻或低功耗藍牙進行無線連接。

傳感器和用戶界面：在住宅自動化系統中，中央處理器與傳感器等各種外設連接，從而測定或檢測溫度、濕度、日光或運動。中央處理器還能打開/關閉制動器和電器，并且能夠連接用戶界面實現遠程控制和顯示系統狀態。早期的用戶界面采用需要觸碰的機械式按鈕。如今的自動化系統使用的是無需接觸的電容式觸摸界面。

數據存儲：住宅自動化系統需要使用本地存儲保存傳感器數據、用戶偏好以及系統RTOS。用于物聯網（IoT）應用程序的微控制器（MCU）帶有內置閃存，但這不足以保存每天產生的大量數據。如果要在微控制器（MCU）中集成更多存儲，則需要增加晶粒的尺寸、增加系統成本并且影響系統性能。大型住宅網絡需要一個獨立的空間放置存儲設備。使用大型服務器作為存儲設備則會增加運營與維護的成本。開發人員所面臨的挑戰是在存儲容量與運營成本之間作出取舍。

電源裝置：住宅自動化需要使用不同的電源，比如電器需要使用高壓交流電，手持式或便攜式用戶界面則需要使用電池。目前最先進的系統可以從光、振動或射頻傳輸中獲得電能并用于家用電器的供電。根據當前的需求與趨勢，電源也可以加入不同的電源模式而根據常用情況實現低能耗。

圖1：住宅自動化系統概覽 (來源：賽普拉斯半導體)

系統實現

住宅自動化系統實際上是一個各種外設所組成的系統。為了滿足用戶需求和支持增值應用程序，需要將諸多設計挑戰與限制考慮在內。

中央處理器：微控制器的選擇至關重要。市面上的微控制器有著不同的功耗、速度、計算能力、GPIO數量以及與各通訊協議和用戶界面的兼容性等性能參數。除了傳統的架構之外，微控制器在過去的10年發生了顯著的變化。如今的微控制器配有多個內核，且具備更大存儲容量、更多外圍設備和更智能的功能。微控制器與可編程系統芯片 (SoC) 架構之間的界線正變得越來越模糊。

在住宅自動化系統框架中，中央處理器需要根據設計的復雜程度配備多個子控制器。子控制器與中央處理器相互作用交互并接受中央處理器的決定�？梢允褂枚喾N拓撲結構實現這種交互。

星型拓撲結構最常用于所有子控制器與一個中央處理器連接的架構。子控制器將來自傳感器的數據發送給中央處理器。中央處理器對信息進行分析并且向子控制器發送具體的行動要求。根據所收到的命令，各子控制器控制其外設。在這種拓撲結構中，一個子控制器的故障不會影響其他子控制器的運行。但中央控制器的故障會使整個系統癱瘓。因此，需要全天候運行的復雜系統應采用網狀或網格拓撲結構。在這些拓撲結構中，中央控制器的數量不止一個，而且它們彼此互相連接。流程的去中心化增加了可靠性與運行時的帶寬。這些控制器中的每一個個體都具有同等的智能和獨立運行的能力。如果有一個控制器發生故障，其他控制器可以接替它以保證運行不被中斷。

圖2：星型網絡與網狀網絡拓撲結構 (來源：賽普拉斯半導體)

傳感器：傳感器是住宅自動化系統的核心。環境傳感器，如溫度傳感器、環境光傳感器、濕度傳感器和氣體傳感器等用于采集有關室內環境的數據。中央處理器據此打開/關閉風扇或控制空調，從而保持室溫處在舒適的狀態。中央處理器還可根據用戶偏好和光傳感器的數據打開/關閉燈光以及控制燈光的亮度。家用電器通過智能、直觀的操作節省了電能，使系統變得節能而環保。

除了考慮用戶的便捷性之外，該系統還考慮到住宅的安全性。它能通過運動傳感器探測任何意外的入侵并且向住戶發出警告。中央處理器還考慮了緊急情況。如果發生電源故障，系統會關閉電器從而防止其損壞。在發生火災或煙霧時，中央處理器會發出警報并且打開噴淋器。氣體傳感器可用于探測起火或煙霧。

傳感器的選擇取決于系統要求和兼容性。如要探測室溫，可以使用不同類型的傳感器，包括分立元件 (熱敏電阻、RTD、熱電偶和二極管作為溫度傳感器) 和集成電路 (IC)。熱敏電阻、RTD和熱電偶等分立元件需要外部信號調節電路。開發人員設計信號調節電路時還需要考慮系統對于分辨率、探測范圍和運行成本的要求。熱電偶是一種能夠根據相對環境溫度產生溫差電壓的有源元件。熱敏電阻和RTD是會根據絕對溫度改變電阻值的無源元件。熱敏電阻分為兩種：PTC (正溫度系數) 和NTC (負溫度系數)。表2對這幾種溫度傳感器的不同參數進行了比較。

表2：各種溫度傳感器 (來源：賽普拉斯半導體)

RTD的可重復性與精確度最高。溫度傳感器的集成電路包含集成信號調節電路。大部分集成信號調節電路通過一個通用 (如UART、I2C或SPI) 接口傳輸數字格式的處理數據。其他電路傳輸模擬格式的電壓或電流數據。帶集成ADC的微控制器可以處理此類模擬數據并探測溫度。

圖3：使用熱敏電阻和RTD測量溫度 (來源：賽普拉斯半導體)

PIR (被動式紅外傳感器) 動作傳感器可以感知運動并且用于探測是否有人進入或離開傳感器范圍。該傳感器通過測定一個發熱物體的紅外輻射 (IR)，從而探測到人體、動物或者其他物體的運動狀態。PIR傳感器一般搭配透鏡使用，透鏡可以將遠程紅外輻射聚焦到傳感器表面。作為信號調節電路一部分的濾波器被用于限制頻帶和濾除意外的噪音。

濕度傳感器用于探測環境中的水分含量。它們一般依靠于其他一些因濕度而發生變化的參數，如壓力、溫度或數量等�，F代傳感器可以通過測定電容或電阻的變化測定濕度的變化。電阻濕度傳感器的敏感度低于電容濕度傳感器，因此較少使用。電容的測定需要用到復雜的信號調節電路，比如交流電橋等。還可使用測定相位或頻率的方法來測定電容的變化�，F在的片上系統芯片（SoC）采用先進的電容傳感技術直接測定電容。

環境光傳感器與接近傳感器被廣泛應用住宅自動化系統。環境光傳感器主要是光敏元件。在電阻光傳感器中，電阻隨光的變化而變化。二極管和晶體管等有源環境光傳感器也可用于探測光的變化。大部分接近傳感器基于電容式測量，然而，也有一些使用的是電感式測量。

通訊接口

中央控制器需要通過有線或無線連接與家用電器和傳感器通信。有線連接使用以太網或電力線通信 (PLC) 技術。PLC是利用電力線進行通信和配電 。一般進行數字信號載波調制 (~20-200 kHz) 并且通過家用電線與電力線信號一同傳輸。外設被插入到普通電源插口以建立通訊連接。但電器需要額外的調制解調器解碼接收到的信息。使用PLC技術的設計師還必需解決擁擠運行環境中的“擴展頻譜”和“無線電干擾”等問題。

通過以太網，外設、電器和中央控制器經局域網 (LAN) 連接。系統中的每個單元通過使用幀發送串行數據流。每個幀包含來源和目的地地址、數據以及錯誤校驗信息。傳感器通過UART、SPI或I2C接口將數據傳輸到子控制器，而子控制器通過以太網接口將信息傳輸到中央控制器。

由于解決了線纜和線纜鋪設所帶來的復雜性與成本問題，Wi-Fi、低功耗藍牙和ZigBee等無線技術已非常普及。通過Wi-Fi (IEEE 802.11) 可以建立本地無線網絡，并且所有外設可以通過2.4GHz或5Ghz頻帶連接該網絡。Wi-Fi降低了安裝成本并且非常適用于難以鋪設電纜的有限空間內。相比傳統的有線網絡，由于無線網絡簡化了