第3章西门子PLC硬件介绍PPT课件

.,1,第三章西门子SIMATICS7系列PLC硬件介绍,要求掌握：1、利用西门子S7-200系列PLC进行控制系统的PLC硬件配置、模块地址编号。2、利用西门子S7-300系列PLC进行控制系统的PLC硬件配置、模块地址编号。,.,2,西门子SIMATICS7系列PLC,包括1、整体型PLCS7-200系列，用于小型系统控制，编成软件STEP7-Micro/Win322、模块型PLCS7-300系列，用于中型系统控制，编成软件STEP7-V5.23、模块型PLCS7-400系列，用于大型系统控制,编成软件STEP7-V5.2,.,3,3.1整体型PLCS7-200系列一、S7-200PLC基本单元目前市场上主要为CPU22X系列,CPU22X系列,CPU221基本单元,CPU222基本单元,CPU224基本单元,CPU226基本单元,6DI/4DO,8DI/6DO,14DI/10DO,24DI/16DO,.,4,整体式PLC系统组成,图2-6整体式PLC逻辑框图,I/O扩展单元,ROM,外设接口,RAM,输入接口,I/O扩展口,输出接口,电源,CPU,编程器,计算机,其它,接收现场输入信号,后备电池,驱动受控元件（输出信号）,表2.1S7-200CPU22X基本单元特性,CPU221,CPU222,CPU224,CPU226,基本单元数字I/O,6DI/4DO,8DI/6DO,14DI/10DO,24DI/16DO,最大可扩展模块数,不可扩展,2,7,7,最大可扩展数字量I/O点数,不可扩展,78,168,248,最大可扩展模拟量I/O点数,不可扩展,10,35,35,数字量I/O逻辑映像区,128入/128出,128入/128出,128入/128出,128入/128出,模拟量I/O逻辑映像区,无,16入/16出,32入/32出,32入/32出,用户程序区,4KB,4KB,8KB,8KB,.,6,例有一个系统数字量输入DI：10个（无源触点）数字量输出DO：8个,DC24V100mA线圈6个,AC220V30VA线圈2个,模拟输入AI：4个,420mA1个单端,010V2个,K热电偶1个,模拟输出AO：2个,010V1个,420mA1个,设计：PLC硬件配置模块清单,1主机(基本单元）：CPU224（14DI、10DO）2模拟输入扩展模块EM231(4路，12位）3热电偶用模拟输入扩展模块EM231(4路，热电偶输入）4模拟输出扩展模块EM232(2路，12位）,要求：用三西门子S7-200系列PLC控制此系统，设计此系统PLC硬件配置模块清单及PLC硬件配置图。参考表2.1、表2.4,.,7,I0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5,AIW0AIW2AIW4AIW6,AIW8AIW10AIW12AIW14,AQW0AQW2,.,8,.,9,.,10,.,11,作业：有一个系统，数字量输入DI：20个（无源触点）数字量输出DO：14个,DC24V100mA线圈10个,AC220V30VA线圈4个,模拟输入AI：6个,压力传感器2个为420mA单端输出,液位传感器1个为05V输出,K热电偶检测温度1个,模拟输出AO：4个,压力控制器2个控制信号范围010V,温度控制器2个控制信号范围420mA,要求：1、用西门子S7-200系列PLC控制此系统，设计此系统PLC硬件配置模块清单及PLC硬件配置图,并标出个模块地址编号。（参考课件S7-200模块清单）,PT-100铂电阻检测温度2个,.,12,模块型PLCS7-300系列模块式PLC系统组成,CPU模块,AI模块,DI模块,AO模块,DO模块,通信模块,智能模块,编程器,上位机,现场信号,图2-5模块式PLC逻辑框图,PS电源模块,IM接口模块,.,13,1标准型CPU（StandardCPUs）系列2集成型CPU系列3.紧凑型CPU（CompactCPUs）系列4.故障安全型CPU（Fail-safeCPUs）系列,一、S7-300CPU模块,S7-300CPU分为4个系列8种类型,.,14,S7-300CPU模块,表3-1标准型系列CPU模块的主要特性P47,型号CPU313CPU314CPU315CPU315-2DPCPU316CPU318-2,1.标准型CPU模板的主要特性,表3-1标准型系列CPU模块的主要特性P47,.,16,2集成型CPU系列,集成型CPU为CPU31xIFM系列，目前有两种型号，CPU312IFM和CPU314IFM，是在标准型CPU模板上同时集成了部分IO点、高速计数器及某些控制功能。CPU312IFM的集成功能有：l10个数字量输入点，24VDC，（其中4个可用于过程中断或集成功能的通道）。l6个数字量输出点，24VDC，0.5A。l1个有4个输入端的32位（含符号）高速计数器，计数频率10KHz。l1个频率测量通道，最高测量频率10KHz，门控时间0.1s、1s、10s。,CPU314IFM的集成功能有：,l20个数字量输入点，24VDC，（其中4个可用于过程中断或集成功能的通道）。l4个模拟量输入端，输入值范围：10V，20mA。分辨率：11位+符号位。l16个数字量输出点，24VDC，0.5A。l1个模拟量输出端，输出值范围：10V，20mA。分辨率：11位+符号位。l1个有4个输入端或者2个各有2个输入端的32位（含符号）高速计数器，计数频率10KHz。l1个频率测量通道，最高测量频率10KHz，门控时间0.1s、1s、10s。l开环定位功能，通过1个24V-非对称增量编码器进行位置编码，编码器占用3个数字输入端，计数器（10KHz）脉冲为四倍频。lPID控制功能。,.,18,3、紧凑型CPU（CompactCPUs）系列,紧凑型CPU为CPU31xC系列，是在CPU31xIFM系列的基础上推出的功能更强，结构更紧凑的CPU模板，它们均配置了MMC卡（MicroMemoryCart微存储卡）和9针MPI（MultiPonitInterface多点通信接口），有的还配置了9针DP（DecentralPeripherals分散外围设备）接口，有的则配置了15针PtP(PonittoPoint点对点)接口。,CPU31xC的基本特性,.,20,4、故障安全型CPU（Fail-safeCPUs）系列,故障安全型CPU的型号为CPU31xF系列，是SIEMENS公司最新推出的具有更高可靠性的CPU模板，在S7-300系列中主要有CPU315F，CPU317F-2DP，在S7-400系列中有CPU416F。,.,21,1、S7-300数字量输入DI模块,它将数字输入信号进行光电隔离和滤波后，送入缓冲区等待CPU采样，采样后进入输入映像区。,SM321数字输入DI模块的技术特性,型号DI16XDC24VDI32XDC24VDI8XAC120/230VDI16XAC120V,二、信号模块,SM321数字量输入模板技术特性,.,23,.,24,SM321DI1624VDC模块内部结构,直流32点数字量输入模板的端子接线图和框图如图3-6所示。,.,26,数字量输出模板将S7-300内部信号电平转换成现场所需要的外部信号电平，可直接驱动电磁阀线圈接触器线圈，微型电动机，指示灯等负载。根据负载回路使用电源的要求，数字量输出模板有：l直流输出模板（晶体管输出方式）。l交流输出模板（晶闸管输出方式）。l交直流两用输出模板（继电器输出方式）。,2、S7-300数字量输出DO模块,.,27,SM322数字输出DO模块的技术特性,型号DO8XDC24V/0.5A(8点晶体管型输出)DO16XDC24V/0.5A(16点晶体管型输出)DO32XDC24V/0.5A(32点晶体管型输出)DO16XAC230V/0.5A(16点晶闸管型输出)DO32XAC230V/1A(32点晶闸管型输出)DO8XAC230V/2A(8点继电器型输出)DO16XAC230V/2A(16点继电器型输出),.,28,每组点数,AC230V,AC230V,AC230V,AC230V,AC230V,AC230V,AC230V,16点数字量继电器输出模板的端子接线图和框图如图3-10所示。,.,30,SM322DO1624VDC/0.5A模块内部结构,32点数字量晶闸管输出模板的端子接线图和框图如图3-9所示。,3、模拟量输入（AI）模板SM331当控制过程含有模拟信号时，采用模拟量输入输出（AIAO）模板。SM331模板主要由AD转换器、切换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器及逻辑电路组成。它将控制过程中的模拟信号转换为PLC内部处理用的数字信号。其主要功能有：l分辨率可调，可以从915位加符号位。lAD转换器采用积分法，4档积分时间2.5、16.7、20和100ms。l测量范围广，电压和电流传感器、热电偶，电阻和电阻式温度计均可作为传感器与之连接。l具有极限值诊断和中断诊断。,.,33,S7-300模拟量输入AI模块,用于输入模拟信号，有多种规格：8AI*12位、2AI*12位、8AI*16位、8AI*RTC、8AI*TC，输入信号可为电压型、电流型、热电阻型、热电偶型。,输入信号范围电压：5V、15V、10V电流：020mA、20mA、420mA热电阻R热电偶TC,常用模拟量输入模板的主要技术特性,AI812位模拟量输入模板的端子接线图和框图如图3-12所示。,.,36,SM331与传感器、变送器的连接方式主要有：,a、与电压型传感器的连接如图3-13所示。,.,37,b、与2线变送器的连接如图3-14所示。,.,38,c、与4线变送器连接的端子接线图如图3-15所示。,.,39,d、与热电阻的连接如图3-16所示。,.,40,e、与热电偶的连接如图3-17所示。,.,41,4、S7-300模拟量输出AO模块,用于输出模拟信号，SM332目前有4种规格，AO812位、AO412位、AO212位和AO416位。，输出信号可为电压型、电流型。,输出信号范围电压：5V、15V、010V、10V电流：020mA、20mA、420mA,模拟量输出（AO）模板SM332,其主要功能有：l分辨率：从12位到15位。l模拟量输出通道的转换时间和模板的循环时间：每个通道的最大转换时间为0.81.5ms，建立时间为0.10.5ms。模板的循环时间为所有激活的AO通道的转换时间与建立时间的总和。l输出的电流和电压范围可调，用参数化软件可以为每个通道设定独立的调节范围。l具有诊断能力，可将大量的诊断信息送到CPU中。l具有中断能力，当发生错误时，可将诊断信息和极限中断值传送到CPU中。,模拟量输出模板的主要技术特性,AO412位模拟量输出模板的端子接线图及框图如图3-18所示。,.,45,SM332与负载执行机构的连接：可以输出电压或者电流。在输出电压时，与负载的连接可采用2线回路或4线回路，4线回路的输出精度较高，如图3-19所示。采用2线回路时，S+和S可以保持开路。在输出电流时，将负载连接到QI及MANA即可。,.,46,三、功能（FM）模板,单通道高速智能计数器模板FM350-18通道高速智能计数器模板FM350-2快速进给慢速驱动定位模板FM351电子凸轮控制器FM352步进电动机定位模板FM353伺服电动机定位模板FM354闭环控制模板FM355定位和连续路径控制模板FM357,智能模板（自身带CPU),为PLC的CPU模板分担了大量的任务。,.,47,四、接口（IM）模板,接口模板用于S7-300系列PLC的中央机架到扩展机架的连接。主要有3种规格：1接口模板IM3652接口模板IM360IM361,.,48,1接口模板IM365,IM365用于连接中央机架与1个扩展机架，由两块模板组成，一块插入中央机架，通过1米长的连接电缆，将另一块插入扩展机架，在一个扩展机架上最多可安装8块模板。,.,49,2接口模板IM360IM361,当扩展机架超过1个时，将接口模板IM360插入中央机架，在扩展机架中插入接口模板IM361，S7-300系列的最大配置为1个中央机架与3个扩展机架，每个扩展机架最多可安装8块模板，相邻机架的间隔为4厘米到10米。,.,50,五、电源（PS）模板PS307,电源模板PS307用于将120230V交流电压转换为24V直流电压，根据输出电流的不同，有3种规格的电源模板可选，2A、5A、10A。,.,51,电源模板PS307的结构如图3-27所示。,.,52,电源模板PS307的基本电路如图3-28所示。,.,53,六、通信处理器（CP）模板,1CP340通信处理器模板(PTP连接19.2kbps)2CP341通信处理器模板(PTP连接76.8kbps)3CP342-2CP343-2通信处理器模板(AS-I)4CP342-5通信处理器模板(PROFIBUS-DP)5CP343-1通信处理器模板(工业以太网）6CP343-1TCP通信处理器模板7CP343-5通信处理器模板(PROFIBUS-FMS),.,54,3.3S7-300的IO地址组态,1.S7-300的插槽地址2.S7-300数字量IO地址组态3.S7-300模拟量IO地址组态,.,55,1.S7-300的插槽地址,S7-300的各个模板安装在机架的插槽上，不同的模板在插槽的安装位置是固定的。如果选择了电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。各种信号模板SM，安装在4号11号槽位上。从4号槽位开始，CPU为信号模板分配IO地址，且根据信号模板的类型递增IO地址。,.,56,S7-300PLC的插槽地址,导轨0,电源模块PS,接口模块IM,CPU模块,槽位编号,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,导轨0上的单元称为基本单元，最多有11个模块，电源模块PS、CPU模块、接口模块IM在导轨上的位置是固定的（1、2、3），其他模块在411号槽之间可以自由安排位置。,信号模块SM,信号模块SM,信号模块SM,信号模块SM,信号模块SM,信号模块SM,信号模块SM,信号模块SM,.,57,S7-300PLC的扩展,导轨0,电源模块PS,接口模块IM,CPU模块,槽位编号,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,导轨0若不够用可进行扩展，但每根导轨上安装的模块有一定的限制。,电源模块PS,接口模块IM,导轨1,导轨2,导轨3,.,58,2.S7-300数字量IO地址组态,在机架SM区的插槽上安装的数字量IO模板，可以是数字量输入模板I，也可以是数字量输出模板，CPU可自动识别模板的类型。但是CPU为每个插槽分配的地址范围是固定的。,.,59,S7-300默认的数字量地址：,槽1234567891011,.,60,CPU为数字量IO的每个槽位分配了4个字节（32个IO点）的地址范围，在实际使用中要根据具体的模板确定实际的地址范围，如果在机架0的4号槽位安装的是8点的数字量输入模板，则实际使用的地址范围为I0.0到I0.7，地址I1.0到I3.7不能使用；如果在机架0的4号槽位安装的是16点的数字量输出模板，则实际使用的地址范围为Q0.0到Q1.7，地址Q2.0到Q3.7不能使用。,.,61,S7-300模块的编址,地址0.0地址0.7地址1.0地址1.7,.,62,3.S7-300模拟量IO地址组态,对于在机架的SM区安装的模拟量IO模板，CPU为每个槽位分配了16个字节（8个模拟量通道）的地址，每个模拟量IO通道占用一个字地址（2个字节）。,S7-300对模拟量IO模板默认的地址范围,IM,256to270,336to350,352to366,368to382,304to318,320to334,272to286,288to302,(发送),槽口号234567891011,电源模块,CPU,.,64,在实际使用中要根据具体的模板确定实际的地址范围，如果在机架0的4号槽位安装的是4通道的模拟量输入模板，则实际使用的地址范围为PIW256、PIW258、PIW260和PIW262；如果在机架0的4号槽位安装的是2通道的模拟量输出模板，则实际使用的地址范围为PQW256和PQW258。,.,65,4、S7-300的硬件组态,所谓机架组态包含两个问题，一个是各个模板应当安装在哪个槽位上，另一个是合理选择电源模板，使之满足电流和功率的要求。S7-300模板使用的电源是由S7-300的背板总线提供，一些模板还需要从外部负载电源供电。所有S7-300模板使用的从背板总线提供的总电流一般不能超过1.2A，如果选用CPU312IFM，则不能超过0.8A。S7-300CPU机架的组态与S7-300扩展机架的组态非常相似，区别在于扩展机架的2号槽位上不安装CPU模板。,.,66,电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。各种信号模板SM，安装在4号11号槽位上。,S7-300机架组态举例,所有信号模板和功能模板从背板总线吸取的电流为：252801006060160=510mA没有超过CPU314所能提供的最大电流1200mA。所有模板从电源吸取的电流为：120022512025020013540=1995mA所有模板的功耗为:823.54.94.51.334.5=33.2W通过计算可知,所有模板从背板总线吸取的电流为0.51A,没有超过CPU314所能提供的最大电流1.2A。所有模板从电源吸取的电流为1.995A，在考虑裕量的基础上，应选择PS3075A的电源模板。因为PS3075A的功耗为18W，所以系统的总功耗为33.218=51.2W，在考虑机架的大小时，要考虑到该功耗的散热问题。,机架组态,I0.0I1.7I1.0I1.7,I4.0I4.7I5.0I5.7,I8.0I8.7I9.0I9.7,I12.0I12.7I13.0I13.7,PIW320PIW322,PQW336PQW338,.,70,例有一个系统数字量输入DI：10个（无源触点）数字量输出DO：12个,DC24V100mA线圈10个,AC220V30VA线圈2个,模拟输入AI：4个,420mA1个单端