6ES7515-2AM02-0AB0参数详细
1 当今仪器仪表的特点
1.1 硬件功能软件化
随着微电子技术的发展，微处理器的速度越来越快，价格越来越低，已被广泛应用于仪器仪表中，使得一些实时性要求很高，原本由硬件完成的功能，可以通过软件来实现。甚至许多原来用硬件电路难以解诀或根本无法解决的问题，也可以采用软件技术很好地加以解决。数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用，极大地增强了仪器的信号处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法，其共同特点是，算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成，这些运算如果在通用微机上用软件完成，运算时间较长，而数字信号处理器通过硬件完成上述乘、加运算，大大提高了仪器性能，推动了数字信号处理技术在仪器仪表领域的广泛应用。
1.2集成化、模块化
大规模集成电路LSI技术发展到，集成电路的密度越来越高，体积越来越小，内部结构越来越复杂，功能也越来越强大，从而大大提高了每个模块进而整个仪器系统的集成度。模块化功能硬件是现代仪器仪表的一个强有力的支持，它使得仪器更加灵活，仪器的硬件组成更加简洁，比如在需要增加某种测试功能时，只需增加少量的模块化功能硬件，再调用相应的软件来使用此硬件即可。
1.3 参数整定与修改实时化
随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展，仪器仪表的参数甚至结构不必在设计时就确定，而是可以在仪器使用的现场实时置入和动态修改。
1.4 硬件平台通用化
现代仪器仪表强调软件的作用，选配一个或几个带共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。一台仪器大致可分解为三个部分：1）数据的采集；2）数据的分析与处理；3）存储、显示或输出。传统的仪器是由厂家将上述三类功能部件根据仪器功能按固定的方式组建，一般一种仪器只有一种或数种功能。而现代仪器则是将具有上述一种或多种功能的通用硬件模块组合起来，通过编制不同的软件来构成任何一种仪器。
2 仪器仪表设计的新方法
为了造应仪器仪表发展的新特点，各种新型的设计工具和设计方法不断涌现。这里择其具有代表性的二者加以介绍。
2.1 仪器仪表的虚拟化设计与LabVIEW图形化发工具
电子仪器与计算机技术更深层次的结合产生了一种新的仪器模式：虚拟仪器（Virtual Instrument）。虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件模块，使用户操作这台通用计算机就像操作一台自己专门设计的仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的作用，提出了“软件就是仪器”的概念。它是电子测试与仪器领域中发展方兴未艾的技术，特别适用于现代越来越复杂的测试系统。
NI公司的LabVIEW是一套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件。它增强了用户在标准的计算机上配以高效经济的硬件设备来构建自己的仪器系统的能力。将LabVIEW与一般的数据采集以及仪器设备加以组合，就可以设计出虚拟仪器，并将其应用于许多领域，而不象传统的仪器那样，受生产商所设计功能的限制。
LabVIEW提供一种像数据流一样的编程方式，用户只要连接各个逻辑框即可构成程序。它的基本程序单位是VI。LabVIEW通过图形编程的方法，建立一系列的VI，来完成用户指定的测试任务。对于简单的测试任务，可由一个VI完成;对于复杂的测试任务，则可按照模块设计的概念，把一项复杂的测试任务变成一系列的子任务。设计时，先设计各种VI以完成每项子任务，然后把这些VI组合起来以完成更大的任务，后建成的顶层虚拟仪器就成为一个包括众多功能子虚拟仪器的集合。
使用传统的程序设计语言开发仪器系统存在许多困难。开发者不仅要关心程序流程方面的问题，还必须考虑用户界面、数据同步、数据表达等复杂的问题，这些问题在LabVIEW中都迎刃而解了。LabVIEW还带有多种基本的VI库。其中包括采用GP-IB、VISA、VXI和串行接口的仪器的驱动程序。LabVIEW还拥有功能超强且庞大的分析函数库，其涵盖了统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成、时域频域分析及数字滤波等众多科学领域。
2.2 ESP在系统可编程技术
ISP（In System Programmability）在系统可编程是指在用户自己设计的目标系统中或线路板上为重构逻辑器件进行编程或反复编程的能力。这种重构可以在实验开发过程中、制造过程中甚至在交付用户使用后在现场进行或通过Internet进行。ISP技术的应用，给仪器仪仪器仪表系统的设计带来了革命性的变化。它使得仪器仪表的硬件系统不再是固定结构，而是具有了软件的灵活性，在调试过程中不断更改“软件”就可达到硬件功能的改进，这种“软”硬件的全新设计概念，使系统具有了极强的灵活性的适应性。
传统上，在系统可编程技术主要用于数字系统设计中，如美国Xilinx公司的FPGA现场可编程门阵列和CPLD复杂可编程逻辑器件等均支持ISP技术。
1999年11月，美国Lattic公司推出了ispPAC在系统可编程模拟电路，将ISP技术引入到了模拟系统中。在ispPAC出现前，模拟系统的设计往往是用大量标准器件来搭建。ispPAC的出现，使得高集成度的**模拟设计能够通过一小片单片ispPAC来实现。从根本上简化和加速了模拟电路的设计、集成和装配。在系统可编程模拟器件可实现三种基本功能：（1）信号调理；（2）信号处理；（3）信号转换。信号调理主要是对信号进行放大，衰减，滤波。信号处理是指对信号进行求和、求差、积分运算。信号转换是指能把数字信号转换成模拟信号。同时，还可以将这些基本模拟功能进行灵活的组合配置，设计出更加复杂的模拟系统。这种器件允许设计者使用ED A开发软件来设计和修改模拟电路，进行电路特性模拟，后通过Lattic公司的ispDOWNLOAD CABLE编程电缆将设计方案下载至芯片中，瞬间即可完成器件的重配置和重编程。
3 结 论
现代仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变结构，而是越来越表现出柔性化和智能化，适应性越来越强，功能越来越丰富。相应地，仪器仪表的设计需要更宽的知识面，因而也更富于挑战性。
1 引言
静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对变频器系统会产生不同程度的危害。当电缆暴露在4～8kV静电放电环境中时，信息传输电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V，这个电压远远超出了变频器输入、输出端口和通信端口的门限电压值，典型的感应脉冲持续时间大约为400ns。
变频器在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致变频器内部电子器件的损坏，损坏的现象是使变频器中的半导体器件（包括二极管、晶体管、晶闸管和集成电路等）被烧毁或击穿。据统计变频器控制部分的故障有75％是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些，都是变频器控制端口和通信端口的隐形危害源。因此，为了提高变频器的可靠性就必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。
2 防雷端口
根据变频器应用的工程实践，变频器受雷击可大致分为直击雷、感应雷和传导雷。但不论以哪一种形式到达设备都可归纳为从以下4个部位侵入的雷电浪涌，在此把这些部位称为防雷端口，并以变频器举例说明。
2.1 外壳端口
比如说，我们可以把任何一个大的或小的变频器或系统视为一个整体的外壳，如传感器、传输线、信号中继、现场仪表、DCS系统等，它们都有可能完全暴露在环境中受到直接雷击，造成设备损坏。标准规定，当设备外壳受到4kV的雷电静电放电时，都会影响变频器或系统的正常运行。例如放置于室外输入变频器的传感器有可能受到雷电接触放电;位于室内的变频器柜有可能受到建筑物避雷引线泄流时的空间放电。
2.2 信号线端口
在变频器控制系统中,为了实现信号或信息的传递总要有与外界连接的部位,那么这些从外界输入信号或变频器输出的信号接口都有可能受到雷电浪涌冲击。因为变频器柜外部信号输入变频器端口的浪涌往往通过长电缆，所以采用10/700μs波形，标准规定线到线间浪涌电压为0.5kV，线到地间浪涌电压为1kV。而楼内变频器之间传递信号的端口受到浪涌冲击相当于电源线上的浪涌冲击，采用1.2/50（8/20）μs组合波，线到线、线到地浪涌电压限值不变。一旦超过限值，信号端口和端口后的设备有可能遭受损坏。
2.3 电源端口
电源端口是分布广泛也容易感应或传导雷电浪涌的部位，变频器的电源端口为从配电屏到变频器电源输入端和从变频器输出端到电动机。标准规定在1.2/50（8/20）μs 波形下线与线之间浪涌电压限值为0.5kV，线到地浪涌电压限制为1kV。但这里的浪涌电压是指明工作电压为220V交流进入的，如果工作电压较低则不能以此为标准，电源线上受较小的浪涌冲击不一定立即损坏设备，但至少对寿命有影响。
2.4 接地端口
尽管在标准中没有专门提到接地端口的指标，实际上变频器的接地端口是非常重要的。在雷电发生时接地端口有可能受到地电位反击、地电位升高影响，或者由于接地不良、接地不当使地阻过大，达不到参考电位要求使设备损坏。接地端口不仅对接地电阻/接地线极（长度、直径、材料等）、接地方式、地网的设置等有要求，而且还与设备的电特性、工作频段、工作环境等有直接的关系。同时从接地端还有可能反击到变频器内的直流工作电源端口，损坏以直流为工作电压的单元电路。，变频器的防雷可以考虑从四个关键的端口入手，如图1所示。
图1 变频器的四个关键的端口
3 变频器的端口保护
3.1 外壳端口
变频器的外壳端口保护不仅仅是建筑物外壳，也应当包括变频器外壳或变频器柜的外壳，比如说变频器、变频器柜室等。按照IEC 1312—1《雷电电磁脉冲的防护》部分（一般原则）的适用范围为:建筑物内或建筑物顶部变频器系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护。其保护方法主要有三种:接地、屏蔽及等电位连接。
（1） 接地
IEC1024—1已经阐述了建筑物防雷接地的方法，主要是通过建筑物地下网状接地系统达到要求。变频器系统防雷时还要求对相邻两建筑物之间通过的电力线，信号传输电缆均必须与建筑物接地系统连接起来（不能形成回路），以利用多条并行路径来减少电缆中的电流。
变频器系统的接地更应当注意系统的安全性和防止其它系统干扰。一般来说工作状态下变频器系统接地不能直接和防雷地线相连，否则将有杂散电流进入变频器系统引起信号干扰。正确的连接方式应当在地下将两个不同地网，通过放电器低压避雷器连接，使其在雷击状态下自动连通。
（2） 屏蔽
从理论上考虑，屏蔽对变频器外壳防雷是非常有效的。但从经济合理角度来看，还是应当从设备元器件抗扰度及对屏蔽效能的要求来选择不同的屏蔽方法。线路屏蔽，即在变频器系统中采用屏蔽电缆已被广泛应用。但对于设备或系统的屏蔽需要视具体情况而定。IEC提出了采用建筑物钢筋连到金属框架的措施举例。
IEC1312—2作了如下描述:建筑物内部变频器系统的主要电磁干扰源是由一次闪击时的几个雷击的瞬时电流造成的瞬态磁场。如果包含变频器系统的建筑物或房间，用大空间屏蔽，通常在这样的措施下瞬时电场被减少到一个足够低的值。
（3） 等电位接连
等电位连接的目的是减小变频器之间和变频器与金属部件之间的电位差。在防雷区的界面处的等电位连接要考虑建筑物内的变频器系统，在那些对雷电电磁脉冲效应要求小的地方，等电位连接带好采用金属板，并多次与建筑物的钢筋连接或连接在其它屏蔽物的构件上。对于变频器系统的外露导电物应建立等位连接网，原则上一个电位连接网不需要直接连在大地，但实际上所有等电位连接网都有通大地的连接。
3.2 信号线端口
信号线端口保护现在已经在已有许多类型的较为成熟的保护器件，比如变频器信号端口保护器、变频器通信端口保护器等。在保护器选择时除了保护器本身的性能外，应该注意保护设备的传输速率、插入衰耗限值、驻波比、工作电压、工作电流等相关指标，如果在同一系统使用多级保护还应该考虑相互配合问题。
在信号端口窜入的瞬态电流容易损坏变频器内部的信号交换或转换单元及控制单元，如主板、并行口、信号接口卡等。事实上瞬态电流或浪涌可能通过不同途径被引入到信号传输网络中，若变频器控制系统和上位机通信采用以太网结构，则IEEE 802—3以太网标准中列出了四种可能对网络造成威胁的情况:
（1） 局域网络元件和供电回路或受电影响的电路发生直接接触;
（2） 局域网电缆和元件上的静电效果;
（3） 高能量瞬态电流同局域网络系统耦合（由网络电缆附近的电缆引入）;
（4） 彼此相连的网络元件的地线电压间有细小差别（例如两幢不同建筑的安全地线电压就有可能略有不同）。
以变频器通信线为例，在RS-232的串、并行口的标准中，用于泄放高能浪涌和故障电流的地线同数据信号的返回路径共享一条线路，而小至几十伏的瞬态电压都有可能通过这些串、并行口而毁坏上位机及终端等设备，信号传输线也能直接将户外电源线上的瞬态浪涌传导进来，而信号接口能够传导由闪电和静电泄漏引起的浪涌电压。
用户应当对数据线保护器慎重选择，有些保护器虽然起到了“分流”作用，但常常是将硅雪崩二极管（SAD）接在被保护线路和保护器外壳之间，测试表明SAD的箝位性能很好，但它电涌分流能力有限。同时压敏电阻（MOV）也不能在数据线保护器上使用。**的过程控制系统的信号接口防雷保护装置（无论是RS-232串等通信接口还是计算机同轴网络适配器接口）目前均采用瞬态过电压半导体放电管，其冲击残压参数指标很重要。有条件时能够采取多级保护设计电路效果更佳。
3.3 电源端口
原则上采用多级SPD做电源保护，但变频器控制系统的电源保护由于其敏感性必须采用较低的残压值的保护器件，且此残压应当低于需要保护设备的耐压能力。同时还必须考虑到电磁干扰对变频器系统的影响，因此带滤波的分流设计应当更加理想。所以对于变频器系统电源保护特别注意的两点是:前两级采用通流容量大的保护器，在变频器终端处则采用残压较低的保护器。后一级的保护器中好有滤波电路。对变频器系统电源端口安装SPD时应注意以下问题:
（1） 多级SPD应当考虑能量配合、时间配合、距离配合。如果配合不当的话，效果将适得其反。
（2） 连接防雷保护器的引线应当尽量粗和短。
（3） 全保护时尽可能将所有连接线捆扎在一起。