PLC 第四章PLC的系统配置与接口模块(SMART)

第4章S7-200SMART的系统配置与接口模块,4.1S7-200SMARTPLC控制系统的基本构成4.2S7-200SMARTPLC的输入/输出接口模块4.3S7-200SMARTPLC的系统配置,4.1S7-200SMART控制系统的基本构成,1.基本单元2.编程设备,1.基本单元,4.1S7-200SMARTPLC控制系统的基本构成,基本单元（S7-200SMARTCPU模块）也称为主机。由微处理器、集成电源与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。,S7-200SMARTPLC有两种不同类型的CPU模块：（1）标准型CPU可以连接扩展模块，适用于I/O规模较大、逻辑控制较为复杂的应用场合。如SR20/30/40/60CPU、ST20/30/40/60CPU。（2）经济型CPU不能连接扩展模块，通过主机本体满足相对简单的控制要求。如CR40CPU、CR60CPU。,S7-200SMARTPLC主机外形,主机与信号板、扩展模块,主机,扩展模块,信号板,S7-200SMARTCPU的主要技术指标：,4.1S7-200SMARTPLC控制系统的基本构成,4.1S7-200SMART控制系统的基本构成,S7-200SMARTCPU的主要技术指标：,（续）,S7-200SMARTSR40AC/DC/继电器模块外部端子接线图：,4.1S7-200SMARTPLC控制系统的基本构成,4.1S7-200SMARTPLC控制系统的基本构成,两种数字量输入接线方式：,漏型输入,源型输入,漏型输入：回路电流从外部输入设备流向CPUDI端源型输入：回路电流从CPUDI端流向外部输入设备,4.1S7-200SMARTPLC控制系统的基本构成,两种数字量输出接线方式：,晶体管输出,继电器输出,注意：晶体管输出时，只支持源型输出（回路电流从CPUDO端流向外部设备）。,2.编程设备,目前广泛采用个人计算机作为编程设备，但需配置西门子提供的专用编程软件。S7-200SMARTPLC的编程软件是STEP7-Micro/WINSMART，该软件系统在Windows平台上运行；支持语句表、梯形图、功能块图这3种编程语言；具有指令向导功能和密码保护功能；内置USS协议库、Modbus从站协议指令、PID整定控制界面和数据归档等；支持TD400C文本显示界面；PLC通过以太网口连接电脑编程，只需网线连接，不需要其他编程电缆。,4.1S7-200PLC控制系统的基本构成,3.人机界面HMI,人机界面HMI是用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。目前S7-200SMART支持的HMI主要有：文本显示单元TD400C、Smart700IE触摸屏和SMART1000IE触摸屏。,4.1S7-200PLC控制系统的基本构成,伺服驱动系统,变频器,触摸屏,4.2S7-200SMARTPLC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信号板,当S7-200SMART主机的I/O点数不能满足控制要求时，可以选配各种输入输出接口模块来扩展。S7-200SMARTPLC的扩展模块分成两大类：EM扩展模块和SB信号板。,EM扩展模块：连接到CPU右侧，用来扩展CPU的I/O点数，按照类型可以分为：数字量扩展模块、模拟量扩展模块、温度采集模块。,SB信号板：安装在标准型CPU的正面插槽里，用来扩展少量的I/O点、通信接口和电池接口板。,4.2.1数字量模块(扩展模块),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DE08,4.2.1数字量模块,端子接线图输入电路,*每个输入点与一个且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,漏型输入或源型输入,每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连。把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的大功率开关信号。,晶体管型输出模块EMDT08,数字量输出模块,2.数字量输出模块,继电器型输出模块EMDR08,4.2.1数字量模块,(1)晶体管型输出模块EMDT08,4.2.1数字量模块,端子接线图输出电路,8个数字量输出点分成两组，每组需用户提供一个DC24V的电源。,仅支持源型输出,保护场效应管,4.2.1数字量模块,(2)继电器型输出模块EMDR08,端子接线图输出电路,8个数字量输出点分成两组，每组需用户提供一个外部交流或直流电源。,3.数字量输入输出模块,4.2.1数字量模块,在一块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。使系统配置更加灵活,例如：现有CPUSR40：主机I/O24/16欲扩展至30/21缺6/5配I/O8/8可选EMDR16或EMDT16,4.2.2模拟量模块,PLC对模拟量的处理模拟量输入模块模拟量输出模块模拟量输入输出模块,1.PLC对模拟量的处理,4.2.2模拟量模块,例如：恒温控制实验（电热丝加热使温度升高，要求温度恒定在60度。）电热丝的温度用Pt100温度传感器检测变送器将传感器信号转换为420mA的标准电信号后送入PLC的模拟量输入模块经A/D转换后得到与温度值成正比的数字量CPU将此值与温度设定值比较，并运用PID算法对差值进行运算，将运算结果（数字量）送给模拟量输出模块经D/A转换后，以020mA模拟量输出到晶闸管调功器来控制电热丝的加热功率，实现对温度的闭环控制。,电压or电流,电压or电流,2.模拟量输入模块,EMAE044个模拟量输入通道,（1）模拟量输入模块的端子接线图,每个通道占用两个端子通道0、通道1不能同时测量电流和电压信号，通道2和通道3同理。L+端是电源端，需要外接24V直流电源。,光电耦合器防止电磁干扰多路转换开关进行通道的切换输出端设置信号寄存器,（2）模拟量输入模块的组成与特点,信号变送器变换成统一的标准信号:*4-20mA直流电流信号*1-5V直流电压信号,4.2.2模拟量模块,模拟量输入模块的特性,电压输入范围：2.5V、5V、10V电流输入范围：020mA模拟量到数字量的最大转换时间625s,EMAE04,具有4个模拟量输入通道每个通道占用存储器AI区域2个字节输入值为只读数据。,模拟量输入模块的分辨率：A/D转换后的二进制位数,单极性满量程数据字格式：027648双极性满量程数据字格式：-27648+27648,信号在变化的过程中要经过“零点”,电压模式的分辨率为11位+符号位，电流模式的分辨率为11位。,将实际的物理量转换成模拟量输入模块的输出值,例：量程为010MPa的压力变送器的输出信号为DC420mA，模拟量输入模块将020mA转换为027648的数字量，求：当压力值为p时，经模拟量输入模块转换后得到的数值N？,例：量程为010NTU浊度仪的输出信号为420mA，模拟量输入模块将020mA的电流信号转换为027648的数字量，设转换后的二进制数为x，试求以NTU为单位的浊度值y。解：由于浊度仪的输出信号为电流，模拟量输入模块应采用020mA的量程，因此A/D转换后的二进制数据应是一个单极性的数据（数字量输出范围为027648）。420mA的模拟量对应于数字量553027648，即010NTU对应于数字量553027648，当转换后的二进制数位x时，对应的浊度应为：,作用：把PLC输出的数字量信号转换成相应的模拟量信号,4.2.2模拟量模块,3.模拟量输出模块EMAQ02,每个通道占用两个端子。L+端是电源端，需要外接24V直流电源。,2.模拟量输出模块,端子接线图,EMAQ02具有2个模拟量输出通道每个通道占用两个端子电源端L+，需外接24V直流电源,模拟量输出模块EMAQ02的特性,具有2个模拟量输出通道每个通道占用存储器AQ区域2个字节输出信号的范围：电压输出为10V，满量程数据字-27648+27648电流输出为0-20mA，满量程数据字0+27648用户程序无法读取模拟量输出值,模拟量输出模块的分辨率：D/A转换前待转换的二进制数字量的位数,电压模式的分辨率为10位+符号位，电流模式的分辨率为10位。,4.模拟量输入输出模块（EMAM06）,4个模拟量输入通道2个模拟量输出通道模拟量输入功能同EMAE04模拟量输入模块模拟量输出功能同EMAQ02模拟量输出模块,模拟量输入或输出的电压电流信号通过组态软件选择信号类型和量程,电压、电流信号,电压型的模拟量信号，由于输入端的内阻很高（S7-200SMART的模拟量模块为10兆欧），极易引入干扰，一般电压信号是用在控制设备柜内电位器设置，或者距离非常近、电磁环境好的场合。电流型信号不容易受到传输线沿途的电磁干扰，因而在工业现场获得广泛的应用。,S7-200SMART标准型CPU的SB信号板有4个型号：SBDT04、SBAQ01、SBRS485/RS232、SBBA01。,4.2.3信号板,SBDT04接线图,2个数字量输入（漏型输入）2个数字量输出（晶体管输出）,模块消耗DC5V电源电流50mA所用的每点输入消耗DC24V电源电流4mA,4.2.3信号板,SBAQ01接线图,具有1个模拟量输出，占用存储器AQ区域2个字节电压输出范围为10V，对应的数字量为-27648+27648电流输出范围为020mA，对应的数字量为027648,该模块由CPU供电，不需要外接电源。模块消耗DC5V电源电流15mA空载时消耗DC24V电源电流40mA,SBRS485/RS232：作为RS232或RS485两种通信端口，组态和使用时只能选择其中一种。通过编程软件选择通信端口的类型。不同的通信端口，模块的外部端子接线也不相同。,4.2.3信号板,4.4S7-200SMARTPLC的系统配置,基本配置（主机单元）：I/O配置具有固定的I/O地址扩展模块配置：数字量模块模拟量模块信号板,扩展配置时应考虑的因素,经济型CPU：不允许配置扩展模块。标准型CPU：可以扩展EM模块和SB信号板。FirmwareV1.0版本的CPU最多扩展4个EM模块和1个SBFirmwareV2.0版本的CPU最多扩展6个EM模块和1个SB,1.主机允许带扩展模块的数量,2.CPU输入输出映象区的大小,数字量I/O映象寄存区为：256个输入映象寄存器（I0.0-I31.7）256个输出映象寄存器（Q0.0-Q31.7）模拟量I/O映像寄存区为：56个输入通道（AIW0-AIW110）56个输出通道（AQW0-AQW110）,CPUSR40,编址时注意事项,（1）扩展模块的起始I/O地址：由编程软件中“系统块”统一自动分配，不可更改。,起始地址示例,S7-200SMART各CPU、信号板、I/O扩展模块的输入输出起始地址如表所示：,（2）数字量I/O映象区的逻辑空间是以8位（bit)为递增的（0.0-0.7)，每个I/O点具有唯一地址，如I0.3、Q1.5等。（3）模拟量I/O的编址是以字长（16位）为单位。（4）模拟量通道的地址从0开始，以2递增（如AIW0、AIW2和AQW0、AQW2等），对模拟量端口奇数编址是不允许的。,3.内部电源的负载能力,每个扩展模块与CPU通信时都要消耗一定的5V电源，该电源由CPU向扩展模块提供，不能通过外接5V电源进行供电。,必须校验主机内部的DC5V电源的负载能力,校验举例：,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CPUST40提供的最大电流为740mA各扩展模块的电流消耗：SBRS485/RS232：50mAEMDE08：105mAEMDR08：120mAEMDR16：145mAEMAE04：80mAEMAM06：80mA共计50+105+105+120+145+80+80=685mA740mA,配置可行,S7-200SMART所有型号的CPU都提供一个DC24V电源，该电源是“传感器电源”。传感器电源是从CPU向外供电，电流大小为300mA，可以使用该电源为扩展模块的工作电源，需要校验DC24V电源的负载能力，使主机与各扩展模块所消耗电流的总和不超过300mA。如果超过300mA，可以增加外部DC24V电源给扩展模块供电。,练习,41个