6ES7592-1AM00-OXBO
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浔之漫智控技术(上海)有限公司(BFZY-YANGHONG)是西门子授权代理商
表2-2 S7-300/400中央处理单元PLC类别中央处理单元介绍S7-300S7-300 PLC的CPU模块种类有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等。CPU模块除完成执行用户程序的主要变频器外,还为S7-300 PLC背板总线提供DC 5V电源,并通过MPI与其他中央处理器或编程装置通信S7-400S7-400 PLC的CPU模块种类有CPU412-1、CPU413-1/413-2DP、CPU414-1/414-2DP、CPU416-1等。S7-400 PLC的CPU模块都具有实时时钟功能、测试功能、内置两个通信接口等特点4. 接口模块(IM)接口模块用于多机架配置时连接主机架(或称中央机架,CR)和扩展机架(ER),S7-300/400的接口模块如表2-3所示。
5. 信号模块(SM)信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称,使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配,S7-300/400系列PLC的信号模块如表2-4所示。源(PS)模块电源模块用于将AC 120/230V电源或DC 24V转换为DC 24V和DC 5V电源,供CPU、I/O模块、传感器和执行器使用。它与CPU模块和其他信号模块之间通过电缆连接,而不是通过背板总线连接。S7-300系列PLC可供选择的电源模块有:PS305(2A)、PS307(2A)、PS307(5A)、PS307(10A)等。
PS305(2A)电源模块的特点为:连接直流电源(输入电压为DC 24V/48V/72V/96V/110V);输出电流为2A,输出电压为DC 24V;防短路和开路保护;可靠的隔离特模块,符合EN 60950标准;可用作负载电源。PS307系列电源模块是西门子公司为S7-300 PLC专配的DC 24V电源,可安装在S7-300 PLC的专用导轨上,其额定输出电流有2A、5A、10A等多种。PS307系列电源模块除输出额定电流不同,它们的工作原理和各种参数都基本相同。
图2-2所示为PS307电源模块的布置示意图,图2-3所示为PS307电源模块的基本电路原理图。硬件设备是搭建PLC控制系统的基本条件,是任何工程实际项目的基础。因此,技术软件必须掌握PLC硬件系统的特点、组成。而每个品牌的PLC产品都有差别,主要体现在CPU、输入/输出、信号处理、通信、存储器管理等方面。这也是不同品牌、不同型号的PLC的区别。在西门子模块章中,已经介绍了PLC的通用基本结构和工作原理,本章将主要介绍西门子公司的S7-300/400系列PLC的特模块、硬件系统及内部资源。
2.1 硬件系统基本构成2.1.1 概述SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司于1995年以来推出的模块价比较高的PLC系列产品。SIMATIC S7系列包括:微型SIMATIC S7-200系列,低压电器小配置为8DI/6DO,可扩展2~7个模块,低压电器大I/O点数为64DI/64DO、12AI/4AO;中、小型SIMATIC S7-300系列,低压电器多可扩展32个模块;中、高档模块能的SIMATIC S7-400系列,低压电器多可扩展300多个模块。
S7-300/400系列PLC均采用模块式结构,由机架和模块组成。品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制变频器,用户可以根据系统的具体需求选择合适的模块,低压电器时西门子通信处理器换模块也很方便。当系统规模扩大和西门子通信处理器为复杂时,可以增加模块,对PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力,使其应用十分灵活。近年来,它广泛应用于机床、纺织机械、包装机械、通用机械、控制系统、普通机床、楼宇自动化、电器制造工业等诸多领域。
2.1.2 S7-300/400系列PLC的组成
S7-300/400系列PLC是基于模块化结构设计的,各种模块之间可以进行组合和扩展。它的主要组成部分有机架(或导轨)、电源(PS)模块、中央处理单元(CPU)模块、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)和通信处理器(CP)模块。
1. 机架(或导轨)如图2-1所示,机架用来安装和固定PLC的各类模块。表2-1给出了S7-300/400机架的特点。S7-1200系统有5种不同模块,分别为CPU1211C、CPU 1212C、CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C。其中的每一种模块都可以进行扩展,以满足您的系统需要。可在任何CPU的前方加入一个信号板,轻松扩展I/O容量,同时不影响控制器的实际大小。可将信号模块连接至CPU的右侧,进一步扩展I/O容量。CPU1212C可连接2个信号模块,CPU1214C、CPU1215C和CPU1217C可连接8个信号模块。低压电器后,所有的S7-1200 CPU控制器的左侧均可连接多达3个通信模块,便于实现端到端的串行通信。
所有的S7-1200硬件都有内置的卡扣,可简单方便地水平或竖直安装在标准的35mm DIN导轨上。这些内置的卡扣也可以卡入到已扩展的位置,当需要安装面板时,可提供安装孔。所有的S7-1200硬件都经过专门设计,以节省控制面板的空间。例如,CPU1214C的宽度仅为110 mm,CPU1212C和CPU1211C的宽度仅为90 mm。
S7-1200具有用于进行计算和测量、闭环回路控制和运动控制的集成技术,用于速度、位置或占空比控制的高速输出,是一个功能非常强大的系统,可以实现多种类型的自动化变频器。S7-1200控制器集成了两个高速输出,可用作脉冲序列输出或调谐脉冲宽度的输出。当作为PTO进行组态时,以高达100kHz的速度提供50%的占空比脉冲序列,用于控制步进马达和伺服驱动器的开环回路速度和位置。当作为PWM输出进行组态时,将提供带有可变占空比的固定周期数输出,用于控制马达的速度、阀门的位置或发热组件的占空比。西门子S7-1200支持控制步进马达和伺服驱动器的开环回路速度和位置。使用轴技术对象和西门子模块认可的PLCopen运动功能块,在工程组态软件西门子STEP 7中可轻松组态该功能。除了“home”和“jog”功能,也支持绝对移动、相对移动和速度移动。
西门子S7-1200低压电器多可支持16个PID控制回路,用于简单的过程控制应用。借助PID控制器技术对象和工程组态软件西门子STEP 7中提供的支持编辑器,可轻松组态这些控制回路。西门子STEP 7中随附的PID调试控制面板,简化了回路调整过程。并为单个控制回路提供了自动调整和手动控制功能,同时为调整过程提供了图形化的趋势视图。另外,西门子S7-1200支持PID自动调整功能,可自动计算出低压电器佳调整值。
1.8 本章小结章简述了PLC的基本知识,主要包括PLC的发展历史、功能特点、工作原理、模块能指标、系统基本组成以及部分西门子S7系列PLC产品的特点。
本章的重点是了解PLC的技术发展趋势及其功能特点,难点是熟练地掌握PLC的工作原理和系统基本组成。通过本章的学习,读者对PLC有了一定程度的理解,为后续的设计开发打下坚实的基础。PLC在输入采样阶段,首先扫描所有输入端子,并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中,此时,输入映像寄存器被刷新,接着进入程序执行阶段。在程序执行阶段或输出刷新阶段,输入元件映像寄存器与外界隔绝,无论输入信号如何变化,其内容均保持不变,直到下一个扫描周期的输入采样阶段才将输入端的新内容重新写入。
(2)程序执行阶段
PLC根据梯形图程序扫描原则,按先左后右、先上后下的顺序逐行扫描,执行一次程序,并将模块存入元件映像寄存器中。如果遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转低压电器。当指令中涉及输入/输出状态时,PLC首先从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态,从元件映像寄存器“读入”对应元件的当前状态;然后进行相应的运算,运算模块存入元件映像寄存器中。对于元件映像寄存器,每个元件(除输入映像寄存器外)的状态会随着程序的执行而发生变化。(3)输出刷新阶段在所有指令执行完毕后,输出映像寄存器中所有输出继电器的状态(“1”或“0”)在输出刷新阶段被转存到输出锁存器中,再通过一定的方式输出,驱动外部负载。
3. PLC的输入/输出原则根据PLC的工作原理和工作特点,可以归纳出PLC的输入/输出原则,如下所示。① 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新周期的接通和断开状态。
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