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S7-1200 可扩展性强、灵活度高的设计。
的CPU多
可
连接
八个信号
模块,以便支持其它数字量和模拟量 I/O。
CPU家族及模块
SIMATIC S7-1200具有集成化PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性特点,为各种工艺任务提供了简单的通信和有效的解决方案,尤其满足多种应用中完全不同的自动化需求。
1.处理器单元(CPU)
常规规范
CPU 1211C 技术规范
CPU 1212C 技术规范
CPU 1214C 技术规范
CPU 1215C 技术规范
CPU 1217C 技术规范
2.输入/输出扩展模块
技术规范
3.电源模块
技术规范
4.通信模块
技术规范
CM 1241 通信模块
紧凑型交换机模块 CSM 1277
CM 1243-5 PROFIBUS-DP 主站模块、
CM 1242-5 PROFIBUS-DP 从站模块
其他模块如CP 1242-7 GPRS 模块、TS 模块、CM 1278 I/O 主站模块略。SIM 1274
5.SIMATIC HMI 系列面板
型号规范
附录1.处理单元接线图
型号见图片左下角
附录2.扩展模块接线图
型号见图片上方
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免责声明:西门子这个自动化行业的巨人在simatic产品的历史长河里又一次投了一颗砾石激起了一片涟漪而这颗砾石的名字叫作S7-1200,从产品命名上来看更像是S7-200的一个延伸或者升级,在这里笔者想详细的讲解一下这款产品,在讲解之前我觉得应该了解一下西门子PLC的家族史。
PLC需要使用的信号转换模块,将这种标准的电压或电流信号,按照比例转换成CPU能处理的数值,这种转换称为模数转换,实现这种转换的模块被称为模拟量输入模块。
西门子S7-1200系列PLC有三种模拟量输入模块:
1SM1231 AI4x13bit;
2SM1231 AI8x13bit;
③SM1231AI4×16bit;
名称中的AI是英文“AnalogInput"的缩写,表示模拟量输入;后面的数字表示通道的数量,“4”表示有4个通道,
“8”表示有8个通道;
“13bit”表示模块的分辨率是13位(12位数值+1位符号),“16bit”表示模块的分辨率为16位;分辨率越大,模数转换后的数值越接近实际值;
补充说明一点:
西门子S7-1200的CPU模块本身也集成了模拟量输入通道,不过仅支持0~10V的电压信号;另外,工业上温度的采集经常使用热电偶和热电阻,这两种传感器输出的不是电压或电流信号,我们将在后续介绍。
模拟量输出模块的作用是将区间范围内的某个数值,转换成电压或电流信号向外输出。换句话说,模拟量输出模块是向外输出电压或电流信号的模块。
模拟量模块输出的电压或电流都有一个标准的量程范围。常见的电压信号量程有0~10V,±10V等;常见的电流信号量程有0~20mA和4~20mA。
工业上常见的比例阀通常使用模拟量信号控制。
假设某比例阀接收4~20mA的电流信号,我们可以使用模拟量输出模块(比如西门子S7-1200的SM 1232 AQ2x14位),将其输出通道连接到该比例阀。
当模块输出4mA电流时,比例阀的开度为0;当模块输出20mA电流时,比例阀的开度为;那么当模块输出4~20mA的中间值(12mA)时,比例阀的开度为50%。在PLC程序中,通过输出一个百分比的数值,能控制比例阀的开度,这是模拟量输出模块的典型应用。
名称中的“AQ”是英文
“Analog Output”的缩写,表示模拟量输出;
“2”表示有2路通道;
“14位”表示它的分辨率为14位;这个模块可以输出±10V的电压信号、0~20mA的电流信号或者4~20mA的电流信号中的一种,可在组态中进行选择。
比如S7-1200系列PLC有两种热电偶模块,SM 1231
AI4x16bit TC和SM 1231AI8x16bit TC。两者的分辨率都是16位(15位数值+1位符号),前者有4组输入通道,后者有8组输入通道。热电偶的两种金属一种是正,另一种是负。接线时将热电偶的正负分别连接到热电偶模块通道的正负即可。
西门子S7-1200系列PLC提供两种热电阻模块:
SM 1231 AI 4xRTDx16bitSM 1231 AI 8xRTDx16bit名称中的“SM”是“SignalModule"的缩写,即“信号模块”,“12”是指S7-1200系列产品,“31”是序列号,与后面的
“AI”表示相同的意思,即“模拟量输入;后面的数字表示通道的数量,
“4”表示有“4”个通道,
“8”表示有“8”个通道;
“RTD”表示可连接RTD传感器;
“16bit”表示模块的分辨率为16位;
SM1231 RTD模块的测量类型可以是“电阻”或“热电阻”。电阻→RTD传感器的阻值,传感器的量程可以在组态中设置,满量程数值为27648;热电阻一温度值x10,单位可以是C或F,组态中可选择。比如:假设设置的温度单位为摄氏度,测量值为262,则实际温度为26.2℃。
SM 1231 RTD模块支持2线制、3线制和4线制的热电阻传感器。实际应用中2线制传感器导致的测量误差较大,建议采用3线制或4线制传感器。S7-1200模块
SIMATIC S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC,可完成简单逻辑控制、逻辑控制、HMI 和网络通信等任务
S7-1200扩展模块:
HMI 基本型面板:
由于可视化逐渐成为大多数机器设计的标准组件,所以 SIMATIC HMI 基本型面板提供了用于执行基本操作员任务的触摸屏设备。
安装尺寸和间隙要求:
S7-1200 PLC 设计得易于安装。紧凑型设计都有利于有效利用空间。
每个CPU、SM、CM和CP都支持安装在DIN导轨或面板上。使用模块上的DIN导轨卡夹将设备固定到导轨上。设备上DIN卡夹的孔内部尺寸是4.3mm。可将卡夹掰到一个伸出位置将设备直接安装到面板上的螺钉安装位置。要注意的是一定要将设备与热辐射、高压和电噪声隔离开。留出足够的空隙以便冷却和接线。必须在设备的上方和下方留出25 mm的发热区以便空气自由流通。
安装尺寸 (mm):
要注意的是安装或拆卸已上电的S7-1200或相关设备可能会导致电击或意外设备操作。务必遵守适当的预防措施,确保在尝试安装或拆卸 S7-1200 CPU 或相关设备前断开 S7-1200 的电源。西门子S7-1200 紧凑型PLC在当前的市场中有着广泛的应用,由于其性价比高,所以常被用作小型自动化控制设备的控制器,这也使得它经常与第三方的设备如扫描枪、打印机等设备进行通讯。因为没有第三方的设备,这里以超级终端为例介绍自由口通讯。
1.控制系统原理
图1:控制系统原理
2.硬件需求
S7-1200 PLC目前有3种类型的CPU:
1)S7-1211C CPU。
2)S7-1212C CPU。
3)S7-1214C CPU。
这三种类型的CPU都可以连接三个串口通信模版。
本例中使用的PLC硬件为:
1)PM1207电源 ( 6EP1 332-1SH71 )
2) S7-1214C ( 6ES7 214 -1BE30 -0XB0 )
3) CM1241 RS232 ( 6ES7 241 -1AH30 -0XB0 )
3.软件需求
1) 编程软件 Step7 Basic V10.5 ( 6ES7 822-0AA0-0YA0)
4.组态
我们通过下述的实际操作来介绍如何在Step7 Basic V10.5 中组态S7-1214C 和超级终端通信。
点击桌面上的“Totally Integrated Automation Portal V10”图标,打开如下图:
图2: 新建S7 -1200项目
先需要选择“Create new project”选项,然后在“Project name:”里输入PTP;在“Path:”修改项目的存储路径为“C:\”;点击“Create”,这样创建了一个文件PTP的新项目。创建后的窗口如下图所示:
图3: 新建项目后
点击门户视图左下角的“Project View”切换到项目视图下,如下图:
图4: 切换到项目视图
打开后,在“Devices”标签下,点击“Add new device”,在弹出的菜单中输入设备名“PLC_1”并在设备列表里选择CPU的类型。选择后如下图:
图5:PLC硬件组态
插入CPU后,点击CPU左边的空槽,在右边的“Catalog ”里找到“Communication”下的RS232模块,拖拽或双击此模块,这样把串口模块插入到硬件配置里,接下来需要配置此RS232模块硬件接口参数,选择RS232模块,在其下方会出现该模块的硬件属性配置窗口, 在属性窗口里有两个选项,一个是“general”;一个是“RS232 interface”。在“General”里包括了此模块的“项目信息”和“订货信息”;而在“RS232 interface”里包括“项目信息”、“端口的配置”、“发送信息的配置”、“接收信息的配置”和“硬件识别号”。在这里我们选择“RS232 interface”,在“端口”配置的选项里,进行端口的参数配置,
波特率为:9600 ;
校验方式:无 ;
数据位为:8 ;
停止位:1;
图13:超级终端的端口设置
③、打开OB1功能块在线程序,在变量表里强制M0.0为1,触发数据的发送,此时在超级终端会接收到发送的数据,如下图:
图14:在超级终端发送来的数据
对于第二个功能:超级终端发送数据给S7-1200,实际上是S7-1200是数据的接收方,超级终端是数据的发送方,对于S7-1200需要编写接收程序;而对于超级终端来说,只要打开超级终端程序,配置硬件接口参数与前面S7-1200的端口参数一致,在界面上输入发送内容即可。
下面的步骤将具体介绍此功能实现的步骤:
①、在PLC中编写发送程序。在项目管理视图下双击“Device”下的程序块下的Main(OB1),打开OB1,在主程序中调用RCV_PTP功能块如下图所示:(注:RCV_PTP在指令库下的扩展指令中通讯指令下)
图15: 调用发送功能块
要对RCV_PTP赋值参数,先需要创建RCV_PTP的背景数据块和发送缓冲数据块 ,双击“Devices”——> “PLC_1”——>“Program Block ”——“Add new block”,在弹出的串口命名DB_RCV_PTP,选择DB块,在Type后选择“RCV_PTP(SFB114)”
图16: 创建接收功能块的背景数据块
插入背景DB后,再插入接收缓冲DB块,重复上面的步骤,只是在选择DB类型为“Global DB”,并去掉“Symbolic access only”选项勾(这样可以对该DB块进行直接地址访问),并取名该DB块为DB_RCV_BUFF。建好这两个DB块后,双击打开DB_RCV_BUFF定义接收缓冲区数据的类型,如下图所示:
图17:定义接收缓冲区
定义完接收缓冲区后,接下来可以对RCV_PTP赋值参数,赋值参数后如下图:
图18:接收编程
在上面的编程块里需要注意的是,在接收缓冲区时。字符的开始地址是从第二个字节,而不是零字节开始,即是P#DB2.DBX2.0 Byte10 而不是P#DB2.DBX0.0 Byte10,原因是由于S7-1200对字符串的存放的格式造成的,S7-1200对字符串的前两个字节的定义字节是的字符长度,第二个字节是实际的字符长度。接下来才是存放实际字符。如下图:
图19:String存储格式
上面完成了程序的编写,对项目进行编译;右击PLC_1项目在弹出的菜单里选择“Complies ALL”选项,这样对硬件与软件进行编译,如下图:
图20:编译项目
编译且没有错误后可以下载程序到PLC中,同样右击PLC_1项目,在弹出的菜单选择“Download to Device”。
②、用串叉线连接S7-1200的串口与计算机的串口,打开计算机的超级终端程序,并设置硬件端口参数如下图:
图21:超级终端的端口设置
在桌面上新建文本文件,打开此文本文件在里面输入“gfdcba”,如下图:
SM1231 RTD 模块在通道测量类型选择“电阻”时,能测量哪些阻值的电阻?
能测量150/300/600欧。此时,额定上限数值为 27648。如下图 12 所示:
图 12. SM1231 RTD 模块测量的电阻范围如果有用过西门子S7-200 SMART系列 PLC的学员,应该会知道PLC提供了各种模块和插入式板,用于扩展CPU 的功能,那么S7-1200 系列PLC也不例外。
西门子S7-1200系列PLC的扩展模块包括三类,信号模块、信号板和通信模块。信号模块是扩展在CPU的右侧,信号板扩展在CPU的正上方,通信模块扩展在CPU的左侧。
下面来简单的介绍一下S7-1200系列的模块。
信号模块
信号模块可以为CPU补充集成的IO口,模块型号名称一般是SM开头的。信号模块SM是连接在CPU右侧的,包括数字量 I/O、模拟量 I/O、热电阻和热电偶、SM 1278 IO-Link 主站等模块。
注意:CPU1211C不支持扩展信号模块,CPU1212C支持多扩展2个信号模块,其他型号CPU都可以多扩展8个信号模块。
数字量IO信号模块包括了以下这几种:
SM 1221 数字量输入模块、SM 1222 数字量输出模块、SM 1223 数字量直流输入 / 输出模块、SM 1223 数字量交流输入 / 输出模块。
总结一下,从输入输出点数来看,有8个点的有16个点的,从输入的电源类型来看,有直流的也有交流的,从输出类型来看,有晶体管输出和继电器输出的。
模拟量IO信号模块包括以下这几种:
SM 1231 模拟量输入模块、SM 1232 模拟量输出模块、SM 1231 热电偶和热电阻模拟量输入模块、SM1234模拟量输入和输出混合模块。
SM 1231、SM 1232和SM1234是用于接收或输出标准的电压信号和电流信号的,SM 1231是用于接热电阻或热电偶进行温度采集的。
信号板
CPU 支持扩展信号板,信号板是使用嵌入式的安装方式的,安装在CPU的正上方,安装不会占用空间,比如我们需要扩展少量IO点的时候,可以选择扩展数字量IO的信号板。
除了数字量IO的信号板,还有模拟量的信号板,这些信号板一般型号是以SB开头的。此外,还有通信板CB,可以为CPU增加其它通信端口。电池板 BB可提供长期的实时时钟备份。
通信模块
通信相关的模块包括通信模块 (CM) 和通信处理器 (CP) ,用于增加 CPU 的通信接口,例如利用CM模块可以支持PROFIBUS 或 RS232/RS485 (支持 PtP通信、Modbus通信或USS通信)或者 AS-i 主站通信。
利用CP 模块可以提供其它通信类型的功能,例如通过 GPRS、IEC、DNP3 或 WDC 网络连接到 CPU。S7-1200 CPU 的通信模块CM或通信处理器CP扩展在CPU的左侧(或连接到另一CM或CP的左侧),而且多支持三个CM或CP的扩展。
通信模块CM包括CM1241通信模块、CM1243-5 PROFIBUS-DP主站模块、CM1242-5 PROFIBUS-DP从站模块,通信处理器CP包括CP1242-7 GPRS模块、CP1243-1以太信处理器。
以CM1241通信模块举例,用于扩展RS232口或RS485口进行串行通信,这个模块可以支持ASCII协议、MODBUS协议、USS协议。
当然除了这个模块可以扩展RS232或RS485通信接口之外,我们还可以使用前面所说的CB信号板,这样我们有了多个选择。S7-1200控制器使用灵活、功能强大,可用于控制各种各样的设备,
设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集,这些特点的组合使它成为控制各种应用的解决方案。
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