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Shenyang Shangmin Electric Co., Ltd
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西门子6ES7138-4CA01-0AA0模拟量输入模块
    发布时间: 2025-11-20 11:04    

西门子 6ES7138-4CA01-0AA0 是SIMATIC ET 200S 分布式 I/O 系统的智能模拟量输入模块(AI 4x13bit,带 HART 协议),核心定位是为过程工业场景提供高精度模拟量信号采集,同时支持 HART 协议双向通信,可实现传感器的远程组态、诊断与参数调整,是 ET 200S 分布式系统中适配过程控制的关键组件。

西门子6ES7138-4CA01-0AA0模拟量输入模块
西门子 6ES7138-4CA01-0AA0 是SIMATIC ET 200S 分布式 I/O 系统的智能模拟量输入模块(AI 4x13bit,带 HART 协议),核心定位是为过程工业场景提供高精度模拟量信号采集,同时支持 HART 协议双向通信,可实现传感器的远程组态、诊断与参数调整,是 ET 200S 分布式系统中适配过程控制的关键组件。

产品基本信息

核心信息具体说明
产品名称SIMATIC ET 200S 模拟量输入模块
型号标识AI 4x13bit HART(订货号 6ES7138-4CA01-0AA0)
产品定位分布式过程控制专用模拟量输入模块,支持 HART 协议,适配高精度信号采集
适配系统仅兼容 ET 200S 分布式 I/O 系统,需搭配 IM151 接口模块(如 IM151-1)、ET 200S 电源模块(PM-E/PM-D)使用
产品状态已停产,西门子官方推荐替代型号为 6ES7138-4CA50-0AA0(功能兼容,性能优化)
核心优势支持 HART 协议、13 位高分辨率、通道间电气隔离、抗干扰能力强、支持冗余配置
安装方式标准 35mm DIN 导轨安装(ET 200S 模块式拼接,节省柜内空间)

核心技术规格

参数数值 / 说明
输入类型模拟量输入(AI),4 路差分输入,支持 HART 协议传感器 / 变送器
输入信号范围标准量程(可通过软件配置):- 4~20mA(两线制 / 四线制)- 0~20mA- 0~10V- ±10V- 其他可选量程(如 0~5V、±5V)
分辨率13 位(含符号位),实际有效精度 ±0.1%(满量程,25℃)
转换时间每通道典型 2.5ms(4 通道同时采集时总转换时间≤10ms)
电气隔离通道间、通道与背板总线间双重电气隔离(500V AC,1 分钟),抗干扰能力更强
HART 协议特性支持 HART 5/6 协议,双向通信(同时传输模拟量测量值和 HART 数字信号),不影响模拟量信号传输
电源需求由 ET 200S 背板总线供电(24V DC),每模块功耗约 2.5W
工作温度0°C 至 60°C(工业级宽温,适配过程工业恶劣环境)
存储温度-20°C 至 + 85°C
防护等级IP20(控制柜内安装,防大于 12mm 固体异物)
模块尺寸25mm(宽)×125mm(高)×110mm(深),重量约 0.3kg(ET 200S 标准紧凑型尺寸)
连接方式螺钉端子连接(可接线径 0.5~1.5mm²),支持笼式弹簧端子(防松动设计)
抗干扰特性符合 EN 61000-6-2 工业抗干扰标准,耐受变频器、电机等设备产生的电磁干扰

核心功能

  1. 高精度模拟量信号采集4 路差分输入通道,13 位分辨率 +±0.1% 测量精度,可精准采集过程工业中的温度、压力、流量、液位等模拟量信号(来自 HART 协议传感器或普通模拟量变送器),将信号转换为数字量传输至 PLC(如 S7-300/400/1200/1500)进行逻辑处理和闭环控制。
  2. HART 协议双向通信(核心亮点)
    • 同时传输模拟量测量值(4~20mA)和 HART 数字信号,无需额外布线;

    • 远程组态:通过 PLC 或上位机软件(如 Step7、TIA Portal)远程设置传感器参数(如量程、单位、报警阈值);

    • 远程诊断:实时监测传感器状态(如故障、过载、接线松动),获取设备健康信息,降低现场维护成本;

    • 数据交互:读取传感器的附加数据(如温度补偿值、设备序列号),支持过程优化。

  3. 工业级可靠性设计
    • 通道间电气隔离:避免通道间信号干扰,提升测量稳定性;

    • 宽温适配(0~60°C):耐受过程工业现场的高温、低温环境;

    • 抗干扰设计:采用滤波电路和屏蔽技术,抵御电磁干扰和电网波动;

    • 支持冗余配置:可接入 ET 200S 冗余系统(如 IM151-7CPU 冗余),满足高可靠性需求场景。

  4. 灵活配置与便捷维护
    • 软件组态量程:无需硬件跳线,通过 Step7 或 TIA Portal 灵活配置每路通道的输入信号类型和量程;

    • 状态指示:模块正面 LED 指示灯(电源、总线、通道故障),直观判断模块和通道工作状态;

    • 热插拔支持:在 ET 200S 系统运行时可带电插拔,维护无需停机,减少生产中断。

典型应用场景

1. 过程工业过程监控(核心场景)

  • 化工行业:采集反应釜的压力、温度、液位信号(HART 协议压力变送器、热电偶),通过 HART 协议远程调整变送器量程,实时诊断设备故障;

  • 石油天然气:井口压力、流量测量(HART 涡街流量计、压力传感器),分布式采集数据传输至中央 PLC,支持远程维护;

  • 水处理行业:自来水厂 / 污水处理厂的浊度、pH 值、溶解氧信号采集(HART 水质传感器),配合 PLC 实现加药系统闭环控制;

  • 制药行业:反应罐的温度、压力、液位精确采集,满足 GMP 合规要求,支持传感器参数追溯。

2. 分布式过程控制站

  • 搭配 ET 200S 分布式 I/O 系统(IM151-1 接口模块),构建车间级分布式过程监控站,采集分散在不同工位的过程变量(如化工车间多个反应釜、水处理厂多个水池),通过 PROFIBUS-DP/Profinet 上传至中央 PLC(如 S7-400/1500);

  • 适用于大型厂房、长距离布线场景(如冶金厂、电厂辅控系统),减少模拟量信号衰减,提升采集精度。

3. 老系统升级与 HART 设备集成

  • 原有 ET 200S 系统升级,将普通模拟量模块替换为该模块,实现对新增 HART 传感器的兼容,无需重构分布式架构;

  • 老过程控制系统(如 S7-300+ET 200S)的模拟量采集升级,通过 HART 协议实现传感器远程诊断,降低现场维护工作量。

4. 高可靠性要求场景

  • 化工、核电等行业的关键工艺环节,支持 ET 200S 冗余配置,模块故障时自动切换备用通道 / 模块,保障过程控制连续性;

  • 重要设备的状态监测(如大型压缩机的振动、温度信号采集),通过 HART 协议实时监控传感器健康,提前预警故障。

与 ET 200S 同类型模拟量输入模块的对比

模块型号通道数分辨率核心差异适配场景
6ES7138-4CA01-0AA04 路13 位支持 HART 协议,通道间隔离过程工业、HART 传感器适配、远程诊断
6ES7138-4DA00-0AA04 路16 位无 HART 功能,更高分辨率(±0.05%)高精度模拟量采集,无 HART 需求场景
6ES7138-4CB10-0AB08 路13 位支持 HART 协议,8 通道高密度设计过程工业多通道采集,需 HART 功能
6ES7138-4CA50-0AA04 路13 位替代型号,工艺优化,HART 功能兼容新系统搭建、老型号替换

注意事项

  1. 硬件搭配要求
    • 必须搭配 ET 200S 专用电源模块(PM-E/PM-D,如 6ES7138-4FB00-0AB0)和 IM151 接口模块(如 IM151-1 ST),不可与其他系列模块混用;

    • 连接 HART 传感器时,两线制传感器需由模块提供 24V DC 馈电(需在软件中启用馈电功能),四线制传感器需独立供电。

  2. HART 配置要点
    • 需配备 HART 调制解调器(如西门子 USB HART 调制解调器 6ES7972-0CB20-0XA0),并在 Step7/TIA Portal 中安装 HART 配置软件(如 SIMATIC PDM);

    • 通信链路:模块通过 ET 200S 背板总线与 IM151 接口模块通信,再通过 PROFIBUS-DP/Profinet 连接 PLC,HART 信号叠加在模拟量线路上,无需额外布线。

  3. 接线规范
    • 模拟量信号需使用屏蔽双绞线,屏蔽层单端接地(靠近 PLC 侧),减少电磁干扰;

    • 两线制 HART 传感器接线:传感器 “+” 接模块输入端子 “+”,传感器 “-” 接模块输入端子 “-”,确保极性正确;

    • 长距离布线(>100m)时,需考虑信号衰减,建议选用截面积≥1.0mm² 的电缆。

  4. 停产与替代建议
    • 该型号已停产,官方推荐替代型号为 6ES7138-4CA50-0AA0,两者功能、电气参数、尺寸、接线方式完全兼容,可直接替换,无需修改软件组态和接线;

    • 替代型号优化了 HART 通信稳定性和抗干扰性能,更适配新型 HART 传感器。

  5. 故障排查要点
    • 模块无信号:检查电源供电、传感器接线、量程配置,两线制传感器需确认模块馈电功能已启用;

    • HART 通信失败:检查 HART 调制解调器连接、PDM 软件配置,确保传感器支持 HART 5/6 协议;

    • 通道故障(LED 灯报警):检查对应通道接线、传感器是否故障,可通过 PDM 软件读取 HART 故障信息定位问题。

总结

西门子 6ES7138-4CA01-0AA0 是 ET 200S 分布式 I/O 系统的核心过程级模拟量输入模块,核心价值在于 “高精度采集 + HART 协议双向通信 + 分布式适配”,完美满足过程工业对模拟量信号采集、传感器远程组态诊断的需求。虽已停产,但在存量 ET 200S 系统维护、老过程控制升级场景中仍不可替代,其官方替代型号可无缝衔接原有系统,保障生产连续性。如需 HART 协议配置、冗余系统搭建指导,建议参考西门子 ET 200S 和 HART 模块官方技术手册
  • 3UG4513-1BR20    

  • 3TK2821-1CB30    

  • YR2.DIODE    

  • S18UBAQ    

  • 132B0101 LCP12    

  • 6ES7232-0HB22-0XA8    

  • XML B004A2S11    

  • 6ES7231-0HC22-0XA8    

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  • USB-Nano 485