2.3　欧姆龙CP1的扩展模块

通常欧姆龙CP1系列CPU有数字量输入和数字量输出，部分型号的CPU模块自带模拟量输入输出，但很多情况要完成模拟量的输入、模拟量输出和现场总线通信以及当数字输入输出点不够时，都应该选用扩展模块来解决。CP1系列有丰富的扩展模块供用户选用。虽然CPM1A的CPU模块已经停产，但CPM1A的扩展模块仍然可以被CP1L使用。

2.3.1　数字量I/O扩展模块

（1）数字量I/O扩展模块的规格

数字量I/O扩展模块包括数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块，当数字量输入或者输出点不够时可选用。部分数字量I/O模块的规格见表2-5。

（2）数字量I/O扩展模块的接线

数字量I/O模块有专用的扁平电缆与CPU通信，并通过此电缆由CPU向扩展I/O模块提供5V DC的电源。CP1W-8ED/CPM1A-8ED数字量输入模块的接线如图2-12所示，CP1W-8ET/CPM1A-8ET（漏型输出）数字量输出模块的接线如图2-13所示。可以发现，数字量I/O扩展模块的接线与CPU的数字量输入输出端子的接线是类似的。

数字量混合I/O模块CP1W-20EDT/CPM1A-20EDT的接线如图2-14所示。

2.3.2　模拟量I/O扩展模块

（1）模拟量I/O扩展模块的规格

模拟量I/O扩展模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。部分模拟量I/O扩展模块的规格见表2-6。

（2）模拟量I/O扩展模块的接线

CP1系列的模拟量模块用于输入/输出电流或者电压信号。模拟量输入模块的接线如图2-15所示，当模拟量是电压信号时，只要将电压信号+与VIN1（或者VIN2/VIN3/VIN4）连接，电压信号-与COM1（或者COM2/COM3/COM4）相连。当模拟量是电流信号时，只要将电压信号+与VIN1和IIN1（或者IIN2/IIN3/IIN4）连接，电流信号-与COM1（或者COM2/COM3/COM4）相连。

模拟量输出模块的接线如图2-16所示。当模拟量是电压信号时，只要将模块的VOUT1（或者VOUT2/VOUT3/VOUT4）与对象的电压信号+连接，对象电压输出信号-与COM1（或者COM2/COM3/COM4）相连。当模拟量是电流信号时，只要将模块的IOUT1（或者IOUT2/IOUT3/IOUT4）与对象的电流输出信号+相连，对象的电流信号-与COM1（或者COM2/COM3/COM4）相连。

虽然图2-15给出了模拟量输入信号的接法，但很多人在遇到具体传感器或者变送器时，仍然不会接线，因此以下对模拟量输入模块CP1W-AD041/CPM1A-AD041的接线分4种情况进行详细说明。

①电压四线式接法。电压四线式接法如图2-17所示，这种接法最简单，一般的人都会。以VIN1通道为例说明。IIN1端子空置，传感器（或者变送器）的信号+与VIN1相连，传感器（或者变送器）的信号-与COM1相连，传感器的电源+与电源的正极相连，传感器的电源-与电源的负极相连。

②电流四线式接法。电流四线式接法如图2-18所示，这种接法也很简单，一般的人也会。以IIN1通道为例说明。IIN1端子与VIN1短接，传感器（或者变送器）的信号+与IIN1相连，传感器（或者变送器）的信号-与COM1相连，传感器的电源+与电源的正极相连，传感器的电源-与电源的负极相连。

③电流三线式接法。电流三线式接法如图2-19所示。以IIN1通道为例说明。IIN1端子与VIN1短接，传感器（或者变送器）的信号+与IIN1相连，传感器（或者变送器）的信号-、电源-与COM1相连。电流三线式的接法和电流四线式接法类似，只不过电流三线式的接法传感器的内部将传感器-和电源-短接在一起了。

④电流二线式接法。电流二线式接法如图2-20所示，这种接法很多人不会接。以IIN1通道为例说明。IIN1端子与VIN1短接，传感器（或者变送器）的信号-与IIN1相连，传感器的信号+与电源的正极相连，电源的负极与COM1相连。只要把变送器的回路当作串联回路看待，理解这种接线方法就不难了。

模拟量输入模块有两个参数容易混淆，即模拟量转换的分辨率和模拟量转换的精度（误差）。分辨率是A/D模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。若模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最小单位是满量程的1/4096。模拟量转换的精度除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。

CP1W-AD041/CPM1A-AD041模块的技术参数见表2-7。

使用模拟量模块时，要注意以下问题。

①双极性就是信号在变化的过程中要经过“零”，单极性不过零。由于模拟量转换为数字量是有符号整数，因此双极性信号对应的数值会有负数。在CP1中，单极性模拟量输入/输出信号的数值范围是0～6000；双极性模拟量信号的数值范围是-3000～3000。

②对于模拟量输入模块，传感器电缆线应尽可能短，而且应使用屏蔽双绞线，导线应避免弯成锐角。靠近信号源屏蔽线的屏蔽层应单端接地。

③不使用的输入，请将输入端子的+和-进行短接。

④一般电压信号比电流信号容易受干扰，应优先选用电流信号。电压型的模拟量信号由于输入端的内阻很高（CP1的模拟量模块为1MΩ），极易引入干扰。一般电压信号是用在控制设备柜内电位器设置，或者距离非常近、电磁环境好的场合。电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰，因而在工业现场获得广泛的应用。电流信号可以传输比电压信号远得多的距离。

⑤对于模拟量输出模块，电压型和电流型信号的输出信号的接线不同，各自的负载接到各自的端子上。

⑥模拟式输入和内部电路间有光耦合器隔离，但是模拟输入输出间不隔缘。

⑦电源线载有噪声时，请在电源、输入部插入噪声滤波器。

⑧电源线（AC电源线、动力线等）分离布线。

⑨平均化处理功能和断线处理功能。

平均化处理。在模拟输入中，设定平均化处理位为1时，平均化处理功能开始工作。在平均化处理功能中，把过去8次的输入平均值（移动平均值）作为转换数据来输出。输入有细小变动的时候，由平均化处理功能将其处理为平滑的输入。

断线检测功能。输入量程在1～5V或者4～20mA时，输入信号不到0.8V或者不到3.2mA的时候，判断为输入布线断线，断线检测功能开始工作。断线检测功能一开始工作，转换数据就成为8000。断线检测功能工作时间、解除时间与转换时间相同。输入再次返回到可转换的范围时，断线检测功能自动解除，返回到通常的转换数据。

【例2-4】　有一个系统，配置了一台CP1W-AD041，用于测量压力，压力传感器变送器输出的是0～20mA的信号，请画出接线图。

【解】　压力传感器上有两个接线端子，正接线端子和+24V电源相连，负接线端子和IIN1及VIN1相连，电源的0V和COM1相连。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，接线图如图2-21所示。这个传感器是典型的二线式电流传感器。

2.3.3　其他扩展模块

（1）温度测量模块

CP1温度模块不同于常规的CP1W-AD041模拟量输入模块，它有冷端补偿电路，可以对测量数值作必要的修正，以补偿基准温度与模块温度差，同时，该模块的放大倍数较大，因此它能直接与热电偶相连，从而测量温度。欧姆龙的温度测量模块分为热电偶模块和热电阻模块，可以将温度转换成华氏度或者摄氏度，而且其量程可以手动设定，功能较为强大。欧姆龙的温度测量模块能和J、K热电偶相连以及Pt100、JPt100热电阻相连，并测量温度。欧姆龙的温度测量模块的规格见表2-8。

以下用一个例子简要介绍CP1W-TS001热电偶模块的使用。

①先按照CP1W-TS001热电偶模块的接线如图2-22所示。

②拨动开关的设定。CP1W-TS001热电偶模块上有2个DIP拨动开关，可以设定温度测量后需要保留1位还是2位小数点以及温度是华氏温度还是摄氏温度。DIP设定方法如图2-23所示。

图2-23中的DIP的SW1和SW2都设定为0，表明测量温度单位是摄氏度，测量后只保留1位小数点。

③旋转开关设定。温度测量模块的旋转开关主要用于设定量程。旋转开关上有0～F共16个挡位，不同的挡位对应不同的量程。旋转开关设定方法如图2-24所示。

如果设定为0，那么连接的热电偶是K型热电偶，其温度测量范围是-200～1300℃。

（2）通信模块

CP1L CPU单元通过连接CompoBus/S I/O连接单元（CP1W-SRT21、CPM1A-SRT21），成为CompoBus/S主单元（或者SRM1 CompoBus/S主控单元）的从单元。此时，与主单元间进行输入8点及输出8点的I/O连接。

通过连接作为DeviceNet从单元（输入32点/输出32点作为内部输入/输出）发挥功能的DeviceNet I/O连接单元（CPM1A-DRT21），CP1L CPU单元能作为DeviceNet的从单元装置使用。DeviceNet I/O连接单元最多能连接7台，因此CP1L CPU单元与DeviceNet主单元间的最大192点（IN：96点，OUT：96点）的I/O连接是可能的。通信模块的规格见表2-9。