PLC的系统配置与接口模块.ppt

第4章S7-200 PLC的系统配置与接口模块,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成4.2S7-200 PLC的输入/输出接口模块4.3S7-200 PLC的系统配置,基本构成：1.基本单元CPU 2.个人计算机或编程器 3.编程软件 4.通信电缆,系统需要扩展时，系统构成：,4.1S7-200 PLC控制系统的基本构成,1.基本单元,基本单元（S7-200 CPU模块）也称为主机。由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入输出单元组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。,图42 S7-200 CPU的外形结构,电源及输出端子,输入端子及传感器电源,工作方式开关,通讯口,状态指示灯,存储器卡,扩展I/O接口,（1）S7-200 PLC的外形,状态指示灯：指示CPU的run,stop工作方式、主机的I/O当前状态、系统错误状态；存储器卡接口：可以插入存储卡；通信接口：通过通信电缆，连接PC、编程器、显示器、其他PLC等；,状态指示灯,通讯口,存储器卡,上面端子是电源和输出端子，输出端子的运行状态可以由指示灯显示，on对应指示灯亮；下面端子是输入端子和传感器电源端子，运行状态也可以由指示灯显示；,电源及输出端子,输入端子及传感器电源,盖子下面有run,stop，term开关和扩展模块接口；扩展模块接口：连接扩展的模块。,工作方式开关,扩展I/O接口,1、RUN：上电就运行，可以由上位系统控制停止；2、term：上电不运行，可以由上位系统控制是否运行；上位机软件监控或调试，用到这个端口3、stop：上电不运行，可编写程序,（主机与扩展模块）,导轨,S7-200 CPU22X系列产品：CPU221 模块（整体式）CPU222 模块 CPU224 模块 CPU224XP 模块 CPU226 模块 CPU226XM 模块性能逐渐提高,（2）S7-200 PLC的性能参数,S7-200 CPU22*的主要技术指标：,在线程序编辑时，程序存储器16384B非在线程序编辑：24576BPLC运行时编程需要占用一部分程序存储空间。如果要利用全部的程序存储区，对于特定的一些CPU型号，需要禁止“运行模式编程”功能。在系统块中，增加存储区中勾选：禁止“运行模式编辑”以增加存储区,S7-200 CPU22*的主要技术指标：（续）,CPU226模块特点：,I/O总点数为40点（24入/16出）可带7个扩展模块（其中包括2个智能模块）程序存储器容量为24576B内置高速计数器6个具有PID控制的功能有2个高速脉冲输出端（输出端产生高速脉冲，用来驱动负载实现精确控制，如步进电机）2个RS-485通讯口具有PPI、MPI和自由口通讯协议的通讯能力 速度快，功能强,(3)S7-200 CPU226 AC/DC/继电器模块的外部端子接线图：,CPU226 AC/DC/继电器模块：AC：PLC需要交流电源供电（AC85264V）DC：输入模块是直流输入模块；继电器：PLC输出方式是继电器输出方式（可以接直流负载和交流负载）,数字量输入点24个：分成2组，I0.0I1.4、I1.5I2.7M、1M、2M是公共端，一个开关信号对应一个输入端子，经过直流电源，终止于公共端；M、L+两个端子还可以提供直流24V的传感器电源，作为传感器的电源；也可以作为输入端的检测电源。,实际接线：,数字量输出点16个，分成3组：Q0.0Q0.3、Q0.41.0、Q1.1Q1.7；每个负载一端和输出端子相连接，另一端经电源和公共端连接；1L、2L、3L为公共端；N、L1端子是电源的输入端（AC120V/240V）,实验接线：1L、2L、3L连接至L+（24V）；上面的负载接至COM0，然后接至M（接地）,2.编程设备,编程设备的功能是编制程序、修改程序、调试程序，并将调试合格的程序下载到PLC系统中。目前广泛采用个人计算机作为编程设备，需配置西门子提供的专用编程软件。,S7-200 PLC的编程软件是STEP7-Micro/WIN，该软件系统在Windows平台上运行；可以编程、调试程序、监控程序、通信、下载、上传程序等。,3.通信电缆,西门子PLC的通信电缆主要有三种：PC/PPI通信电缆;（PPI协议主从协议，是S7-200CPU最基本的通信方式，通过原来自身的端口（PORT0或PORT1）就可以实现通信，是S7-200 CPU默认的通信方式。）RS-232C串行接口/PPI多主站通信电缆;（PC/PPI Multi-Master Cable 光电隔离型西门子S7-200 PLC多主站PPI编程电缆，内置RS232C/RS485转换，带8个DIP开关，支持PPI协议、多主站PPI协议、高级PPI协议，及187.5Kbps高速通讯。）USB接口/PPI多主站通信电缆。,通信电缆将S7-200 PLC与计算机连接后，用STEP7-Micro/WIN编程软件设置即可实现计算机与PLC之间的通信和数据传输。,RS-232：计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准该标准规定采用一个25个脚的连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。一般只使用3-9条引线。,4.人机界面（HMI）,(1)文本显示器 应用于S7-200 PLC的文本显示器有TD200C、TD400C等。通过它们，可以查看、监控和改变应用程序中的过程变量。,(2)触摸屏 西门子S7-200 PLC系统有多种触摸屏，如TP070、TP170A、TP170B、TP177micro等。K-TP178micro为中国用户量身定做；可以显示图形、变量和操作按钮，为用户提供一个友好的人机界面。,5.WinCC V7组态软件,WinCC flexible为SIMATIC HMI 操作员提供工程软件，从而达到控制和监视设备的目的；为基于Windows 2000/XP的单个用户提供运行版可视化软件。可将项目传输到不同的HMI平台，并在其上运行而无需转变。可使监控人员在办公室看到生产流程的动态画面，是生产实时数据平台软件。例子,4.2S7-200 PLC的输入/输出接口模块,4.2.1数字量模块4.2.2模拟量模块4.2.3智能模块,4.2.1数字量模块,1.数字量输入模块2.数字量输出模块3.数字量输入输出模块,1.数字量输入模块,直流输入模块交流输入模块,(1)直流输入模块（EM221 DI8DC24V）,端子接线图 输入电路,直流输入模块（EM221 DI824VDC）表示：8个数字量输入端子需提供一个24VDC电源,*每个输入点仅与一个输入电路相连*把现场开关信号变成CPU能接收的标准电信号典型的输入设备有：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等,*直流电源检测输入点的状态R1限流电阻；R1、C低通滤波；R2泄放C电荷的电阻；VL:状态指示灯SB1闭合外部直流电压经过R1、C滤波至光耦合器的发光二极管光敏晶体管接受光信号变成内部电路能接受的标准电信号，将信号送入内部电路。现场开关通断对应输入映象寄存器的1和0外部电源只是用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入,I/O端子状态,*输入映象寄存器状态,(2)交流输入模块,端子接线图 输入电路,R1：取样电阻，吸收浪涌；C：隔离直流，接通交流；R2,R3：对交流电压分压。,2.数字量输出模块,(1)直流输出模块(晶体管输出方式)特点：响应速度快(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式)特点：启动电流大(3)交直流输出模块(继电器输出方式)特点：输出电流大，可带交、直流负载，适应性强，但响应速度慢,它的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的大功率开关信号。,(1)直流输出模块(晶体管输出方式),端子接线图 输出电路,每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连。,晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长 晶体管输出驱动能力要小于继电器输出,(2)交流输出模块(双向晶闸管输出方式),端子接线图,交流输出电路,双向晶闸管输出电路只能驱动交流负载，响应速度也比继电器输出电路形式要快，寿命要长。双向晶闸管输出的驱动能力要比继电器输出的要小,(3)交直流输出模块(继电器输出方式),端子接线图 输出电路,原理：输出映像寄存器输出为1，输出接口电路使得继电器线圈KA得电，触点闭合，接通负载回路，发光二极管VL点亮；输出为0，继电器线圈没电，触点断开，负载和电源不能形成回路，没电。,R2,C：高频滤波电路；RV：压敏电阻，起过压保护作用；由于继电器模式具有实际断点，可以从物理上切断所控制的回路，输出电流大，既适合于直流情况又适合于交流情况；缺点：继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的（一般数十万次左右）；响应时间较长，10ms左右。,3.数字量输入输出模块,S7-200 PLC配有数字量输入输出模块(EM223模块)(见表4-2)。在一个模块上既有数字量输入点又有数字量输出点，这种模块称为组合模块或输入输出模块。,数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同。在同一个模块上，输入、输出电路类型的组合是多种多样的，用户可根据控制需求选用。有了数字量输入输出模块可使系统配置更加灵活。,例如：现有CPU 226：主机I/O:24/16 欲扩展至27/19,缺 3/3 配 I/O 4/4:EM223 DI4/DO424VDC/继电器,4.2.2模拟量模块,1.PLC对模拟量的处理2.模拟量输入模块3.模拟量输出模块4.模拟量输入输出模块,1.PLC对模拟量的处理,若输入是模拟量，则需先将模拟量转换为数字量，再让PLC接受数据；若现场需要模拟量电压或电流作为信号或驱动信号，则利用模拟量输出模块将PLC运算处理后的若干数字量信号转换成相应的模拟量信号输出。采用A/D转换器、D/A转换器,如：恒温控制实验,现场电热丝的温度用温度传感器检测，得到的420mA的标准电信号；送到PLC的模拟量输入模块，经过A/D转换，得到和温度成正比的数字量（放在AIW)；CPU将此值和设定值相比较，用PID算法对差值进行运算，结果是数字量；送给模拟量输出模块，通过D/A转换，得到020mA电信号，输出给晶闸管调功器，控制电热丝的加热功率，实现闭环控制。,产品名称：QAE2164.010品牌：西门子SIEMENS技术参数：测温温度范围：-10-120度时间常数：带保护套管30s浸入套管材质：不锈钢连接方式：螺丝端子测量精度：0-70度：+-1、-40-120度：+-1.4功率消耗：不大于1VA防护等级：IP54尺寸：80-88-39mm电源：AC24V/DC13.5-35V输出信号：DC0-10V额定压力：PN10,浸入式水温传感器QAE2164.010,模拟量输入电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量的输入信号为420 mA的电流信号或15 V、-1010 V、010 V的直流电压信号。模拟量输入单元的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成PLC内部处理的、由若干位表示的数字信号。模拟量输入单元一般由滤波、A/D转换器、光耦合器隔离等部分组成。,2.模拟量输入模块,(1)模拟量输入模块的输入数据格式,如：水位（为正）,如：电流,单极性数据：数据是12位，LSB是最低有效位，MSB是最高有效位；前面的0表示正数，后面的3个0确定；最大值是全量程输入范围对应的数字量为032000；剩下的760用于偏置/增益，由系统完成；,双极性数据：最高位是符号位，0表示正值，1表示负值最低位是连续的4个0全量程输入范围（如5V+5V）对应的数字量是3200032000,（2）二进制数和实际物理量之间的关系，例题41,浊度仪的量程：010NTU输出信号：420mA模拟量输入模块将020mA转换成032000则420mA转换成 640032000横坐标640032000纵坐标010NTU二进制x,对应的浊度多少？,（3）模拟量输入模块的端子接线图,模块上部分为4组：RA、A+、A电压信号接2个端子电流信号接3个端子（RC和C+短接；未用的输入通道短接（如：B+、B-）模块下部M、L+两端接入直流24V电源。,作用是把PLC运算处理后的若干位数字量信号转换成相应的模拟量信号然后输出，以满足生产过程现场连续信号的控制要求。模拟量输出单元一般由光耦合器隔离、D/A转换器和信号转换等部分组成。模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号转换成420 mA的电流输出信号或010 V、15 V的电压输出信号，以提供给执行机构(晶闸管调功器、变频器等）,3.模拟量输出模块,(1)模拟量输出模块的输出数据格式(2)模拟量输出模块 的端子接线图:,4.模拟量输入输出模块,4个模拟量输入通道1个模拟量输出通道该模块的模拟量输入功能等同模拟量输入模块EM231；模拟量输出功能等同模拟量输出模块EM232,端子接线图：,智能模块作用:有自身的处理器,不依赖于主机而独立运行,主机只要每个扫描周期与智能模块交换信息,然后综合处理就可以了.,4.2.3S7-200 PLC的智能模块,如:温度传感器模块由信号处理,A/D转换,光耦合等组成 温度(模拟量)电流或电压信号 A/D转换(数字信号)给PLC处理,1.EM231测温模块,EM231热电偶/热电阻模块的DIP开关,是模拟量模块的特殊形式；可以直接连接热电偶和热电阻来测量温度；用户可直接访问，读取温度值；,S7-200 PLC提供PROFIBUS-DP模块、AS-i接口模块和工业以太网卡供用户选择，以适应不同的通信方式，详见8.1节.,2.通信模块,其他：,PID调节模块高速计数器模块高速脉冲输出模块位置控制模块阀门控制模块等,4.3S7-200 PLC的系统配置,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置4.3.2I/O点数的扩展与编址4.3.3内部电源的负载能力4.3.4PLC外部接线与电源要求,4.3.1主机加扩展模块的最大I/O配置,1.允许主机所带扩展模块的数量 CPU221模块不允许带扩展模块；CPU222模块最多可带2个扩展模块；CPU224模块、CPU224XP模块、CPU226模块最多可带 7个扩展模块，且7个扩展模块中最多只能带2个智能模块。,128个输入映像寄存器（I0.0I15.7）128个输出映像寄存器（Q0.0Q15.7）数字量I/O映象区的逻辑空间是以8个位（bit)为递增的（0.0-0.7),共16个字节；配置：CPU提供的本机I/O具有固定的I/O地址，扩展模块I/O接至CPU右边以增加I/O点数，该模块地址由I/O模块类型及该模块在I/O链中的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。,2.数字量输入/输出映像寄存器区的大小,某个模块未用的物理点地址不能分配给I/O链中的后续模块（4I/4O），I/O映象区的空间丢失与未用物理点相对应的，对于输出模块，丢失的空间可作内部标志位存储器，对于输入模块却不可,CPU222模块为16入/16出 CPU224模块、224XP模块、CPU226模块为32入/32出,3.模拟量输入/输出映像寄存器区的大小,模拟量扩展模块总是以2个字节递增方式来分配地址的：AIW0AIW62（偶数）AQW0AQW62（偶数）,4.3.2I/O点数的扩展与编址,1)S7-200 CPU有一定数量的本机I/O，本机I/O有固定的地址。2)数字量I/O点的编址是以字节长(8位)为单位，采用存储器区域标识符(I或Q)、字节号、位号的组成形式，在字节号和位号之间以点分隔。3)数字量扩展模块是以一个字节(8位)递增的方式来分配地址的，若本模块实际位数不满8位，未用位不能分配给I/O链的后续模块。4)模拟量I/O点的编址是以字长(16位)为单位，在读/写模拟量信息时，模拟量I/O以字为单位读/写。如：指令MOVW AIW2,AC0,5)模拟量输出模块是以2个端口（4字节）递增的方式来分配地址的。每个模拟量输入模块，按模块的先后顺序，地址为固定的，顺序向后排。例：AIW0 AIW2 AIW4 AIW6每个模拟量输出模块占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0(EM235只有一个模拟量输出),第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，依此类推。,各模块的链接形式：,各模块的编址情况：,CPU224:14入/10出,4.3.3内部电源的负载能力,1.PLC内部 DC5V 电源的负载能力2.PLC内部 DC24V 电源的负载能力,系统配置后，必须对主机内部的5VDC电源的负载能力进行校验，各扩展模块消耗5VDC电源的电流总和不得超过主机所提供的电流值,*,*,*,*,1.PLC内部5VDC电源的负载能力,系统I/O配置举例：,AI/AQ：8/2,I/O：36/20,校验举例：,CPU226提供的最大电流为1000mA各扩展模块的电流消耗：EM221 DI8DC24V 30 mAEM223 DI4/DO4DC24V/继电器 40 mAEM235 AI4/AQ112位，2个 30 mA2=60 mA共计 30+40+60=130 mA1000mA a.扩展模块数7,智能模块2 b.I/O点数小于128/128，AI/AO通道数小于32/32 c.消耗电流小于1000mA均符合，所以CPU带上述配置可行.,2.PLC内部24VDC电源的负载能力,*作为CPU模块和扩展模块用于检测输入点状态的电源*可作为直流负载的激励电源*提供传感器电源*注意24V直流电源的负载能力：主机及各扩展模块所消耗电流的总和不超过24V DC电源所提供的最大电流（400MA),注：外部24V电源与24V内部电源不能并联！,通常用的24V电源，理论上是可以并网的，容量增大，但故障回路风险系数也就会增大较多，所以一般（直流）供电要求较高场合，不会采用并网供电；实际许多场合下，模块本身已经有24V电源，但用户还是并联了其他24V电源，往往由于接地效果不好或根本未接地，而造成电压差（并网后电压24V），烧坏设备(如变频器，伺服控制器等)；共模电压的产生了高于24伏特的电压，击穿了电容等 有的型号PLC的应用手册上也有外部电源并联使用的例子，但是要按照手册的方法。,4.3.4PLC外部接线与电源要求,1.现场接线的要求2.使用隔离电路时的接地点与电路参考点3.交流电源系统的外部电路4.直流电源系统的外部电路5.对感性负载的处理6.电源的选择,本章主要介绍西门子S7-200 PLC的硬件特点和系统配置。介绍S7-200 PLC控制系统的基本构成，各种扩展模块的功能、特点和使用，PLC控制系统的配置等内容。,本章小结,重点掌握：S7-200各种CPU模块的基本技术指标；数字量扩展模块的接口电路及其特点；PLC对模拟量信号的处理方式，模拟量扩展模块的数据格式，并能正确对扩展模块的外部端子接线；掌握S7-200 PLC系统配置的原则；,作业,