可编程序控制器的系统配置.ppt

第四章第四章 可编程序控制器的系统配置S7-200PLC的系统配置的系统配置S7-200 CPU1.基本单元(S7-200 CPU模块)基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括一个中央处理单元（CPU）、电源、数字量输入输出单元。基本单元可以构成一个独立的控制系统。组成CPU模块的顶部端子盖内：电源及输出端子底部端子盖内：输入端子及传感器电源 中部右侧前盖内：CPU工作方式开关 （RUN/STOP）、模拟调 节电位器和扩展I/O接口 左侧：状态指示灯LED、存储卡、及通讯口 状态指示灯状态指示灯 显示CPU的工作方式、本机 I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。RS-485的串行通讯端口的串行通讯端口 PLC主机实现人一机对话、机机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。扩展接口扩展接口 PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。（主机与扩展模块）（主机与扩展模块）2.个人计算机（PC）或编程器 个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求为：CPU80486，8M内存）。3STEP7-Micro/WIN32编程软件 STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本基本功能功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。编程软件的使用环境使用环境：支持Windows的应用软件。4通讯电缆通讯电缆 通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MP1）电缆，或者用一块MPI卡及随MP1卡提供的一根通讯电缆。5人机界面人机界面 人机界面人机界面主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等，这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。基本功能 操作员面板和触摸屏：过程状态和过程控 制的可视化。可以用Protool软件组 态它们的显示与控制功能 文本显示器：文本显示和实施操作。还可以扩展PLC的输入、输出端子数二、二、S7-200PLC主机简介主机简介 S7-200 CPU22XS7-200 CPU22X系列产品：系列产品：系列产品：系列产品：CPU221CPU221模块、模块、CPU222CPU222模块、模块、CPU224CPU224模块、模块、CPU226CPU226模块、模块、CUP226XMCUP226XM模块。模块。CPU226CPU226模块模块I/OI/O总点数总点数总点数总点数为为4040点（点（24/16 24/16 点），点），可带可带7 7个扩展模块；个扩展模块；用户程序存储器用户程序存储器容量容量容量容量为为6.6K6.6K字；字；内置高速计数器，具有内置高速计数器，具有PIDPID控制的功能；控制的功能；有有2 2个高速脉冲输出端和个高速脉冲输出端和2 2个个RS-485RS-485通讯口；通讯口；具有具有PPIPPI通讯协议、通讯协议、MPIMPI通讯协议和自由口协通讯协议和自由口协议的通讯能力。议的通讯能力。CPU226AC/DC/CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图继电器模块输入、输出单元的接线图24个数字量输入点个数字量输入点 分成二组分成二组：1.1.第一组由输入端子I0.0I0.7、I1.0I1.4共13个输入点组成，每个外部输入的开关信号均由各输入端子接出，经一个直流电源终至公共端1M；2.第二组第二组由输入端子I1.5I1.7、I2.0I2.7共11个输入点组成，各输入端子的接线与第一组类似，公共端为2M。由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源（用户提供）。检测各输入接点状态的电源（用户提供）。MM、L+L+两个端子提供两个端子提供24VDC/400mA24VDC/400mA传感器电源，可传感器电源，可以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测以为传感器提供电源，也可以作为输入端的检测电源使用。电源使用。24 VDC16个数字量输出点 分成三组：1.由输出端子Q0.0Q0.3共四个输出点与公共端1L组成 2.第二组由输出端子Q0.4Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成 3.第三组由输出端子Q1.1Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。对于继电器输出方式，既可带直流负载，也可带交流负载。负载的激励源由负载性质确定。输出端子排的右端N、L1端子是供电电源120/240VAC输入端。该电源电压允许范围为85264VAC。第二节第二节 S7-200 PLC的接口模块的接口模块 S7-200 PLC的接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。（扩展规模、功能）一一.数字量模块数字量模块数字量输出模块数字量输入输出模块数字量输入模块数字量扩展模块（一）数字量输入模块 分为直流输入模块和交流输入模块。每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号（ON/OFF）。输入设备输入设备：按钮、限位开关、选择开关、继电器触点等。1.直流输入模块1）外部接线图：直流输入模块（EM221 824VDC）有8个数字量输入端子。接线图中，8个数字量输入点分成2组。1M、2M分别是2组输入点内部电路的公共端，每组需用户提供一个24VDC电源。2）直流输入电路：现场开关通/断状态，对应输入映象寄存器的1/0状态，即当现场开关闭合时，对应的输入映象寄存器为“1”状态；当现场开关断开时，对应的输入映象寄存器为“0”状态。当输入端的发光二极管VL点亮，即指示现场开关闭合。，外部直流电源用于检测输入点的状态，其极性可以任意接入。电阻R2和电容C 的作用？双向光电耦合器 的作用？2交流输入模块1）外部接线图：有8个分隔式数字量输入端子，每个输入点都占用二个接线端子。它们各自使用1个独立的交流电源（由用户提供）。这些交流电源可以不同相。（交流I/O都是分隔式的）2）交流输入电路：交流输入模块的输入电路中，当现场开关闭合后，交流电源经C、R2、双向光电耦合器的发光二极管，使发光二极管发光，经光电耦合，光电三极管接收光信号，并将该信号送至PLC内部电路，供CPU处理。双向发光二极管VL指示输入状态。(二)数字量输出模块 分为分为直流输出模块、交流输出模块、交直流输出直流输出模块、交流输出模块、交直流输出模块模块三种（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。三种（晶体管、晶闸管、继电器输出方式）。数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型（的离散型（ON/OFFON/OFF）负载。典型的负载包括：继电）负载。典型的负载包括：继电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连，输出电路把输出电路把CPUCPU运算处理的结果转换成能够驱动现场运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号。执行机构的各种大功率的开关信号。PLCPLC的输出端子的输出端子是是PLCPLC向外部负载发出控制命令的窗口。向外部负载发出控制命令的窗口。1.直流输出模块 1）外部接线图：直流输出模块（EM222 824VDC），有8个数字量输出点，接线图中8个数字量输出点分成2组。1L+、2L+分别是两组输出点内部电路的公共端，每组需用户提供一个DC24V的电流。2）直流输出电路：O 映像区映像区 O端子端子 输出映象寄存器为“1”状态时 负载在外部电源 激励下通电工作 输出映象寄存器为 “0”状态时 外部负载断电，停止 工作 2交流输出模块 1）外部接线图：交流输出模块交流输出模块（EM2228120V/230VAC），有8个分隔式数字量输出点，接线图中每个输出点占用二个接线端子，且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源，这些交流电源可以不同相。2）交流输出电路：交流输出模块是可交流输出模块是可控硅控硅(晶闸管晶闸管)输出方式。输出方式。其特点是输出启动电流其特点是输出启动电流大。当大。当PLCPLC有信号输出有信号输出时，光电二极管导通，时，光电二极管导通，通过光电耦合使双向可通过光电耦合使双向可控硅控硅(晶闸管晶闸管)导通，交导通，交流负载在外部交流电源流负载在外部交流电源的激励下得电。发光二的激励下得电。发光二极管极管VLVL点亮，指示输出点亮，指示输出有效。有效。3.交、直流输出模块（继电器输出方式）1 1）外部接线图：）外部接线图：交直流输出模块交直流输出模块（EM222 8EM222 8继电器）继电器）有有8 8个输出点，分成个输出点，分成2 2组，组，1L1L、2L2L是每组输是每组输出点的公共端。每组出点的公共端。每组需用户提供一个外部需用户提供一个外部电源（可以是直流或电源（可以是直流或交流电源）。交流电源）。2）继电器输出电路：1.1.接有阻容熄弧电路接有阻容熄弧电路消除继电器触点的火花消除继电器触点的火花 2.2.继电器的触点两端接有继电器的触点两端接有金属氧化膜压敏电阻金属氧化膜压敏电阻 不使继电器触点在不使继电器触点在断开时出现两端电压过断开时出现两端电压过高的现象，从而保护了高的现象，从而保护了该触点该触点 3.电阻R1和发光二极管VL 输出状态显示电路 输出电流大（可达2A4A），可带交流、直流负载，适应性强，但响应速度慢。(三)数字量输入输出模块(EM223)组合模块或输入输出模块组合模块或输入输出模块：在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点。特点特点：使系统配置更加灵活例如例如：若有CPU 226：主机I/O 24/16；欲扩展至27/19；缺 3/3；配 I/O 4/4。数字量输入输出模块的输入电路及输出电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。在同一块模块上，路的类型与上述介绍的相同。在同一块模块上，输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可输入、输出电路类型的组合有多种多样，用户可根据控制需求选用。根据控制需求选用。二、模拟量模块（二、模拟量模块（A/D）模拟量模块有模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块。(一)模拟量输入模块（A/D）作用作用：PLC只能接收数字量信号，模拟量信号是一种连续变化的物理量。为实现模拟量控制，必须先对模拟量进行模/数（A/D）转换，将模拟信号转换成PLC所能接受的数字信号。模拟量输入模块的功能就是实现模/数（A/D）转换。组成组成 由滤波、模数转换A/D，光电耦合等部分组成。光电耦合器起防止电磁干扰的作用。对多通道的模拟量输入单元，通常设置多路转换开关进行通道的切换，且在输出端设置信号寄存器。使用及特性使用及特性 一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号（如4-20mA的直流电流信号，1-5V的直流电压信号等），然后再送入模拟量输入模块。模拟量输入模块（EM231）具有4个模拟量输入通道。1）外部接线图：）外部接线图：模块上部共有12个端子，每3个点为一组，共4组。每组可作为一路模拟量的输入通道（电压信号或电流信号），电压信号用两个端子（A+、A-），电流信号用3个端子（RC，C+，C-），其中RC与C+端子短接。未用的输入通道应短接（B+、B-）。该模块需要直流24V供电（M、L+端）。可由CPU模块的传感器电源24VDC/400mA供电，也可由用户提供外部电源。右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关。2）模拟量输入模块的特性EM231的电压输入范围：单极性010V，05V；双极性5V，2.5V 电流输入范围：020mA 模拟量到数字量的最大转换时间：250s 每个通道占用存储器AI区域2个字节。该模块模拟量的输入值为只读数据。模拟量输入模块（EM231）的输入信号经模数（A/D）转换后的数字量数据值是12位二进制数。数据值的12位在CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位：0表示正值数据，1表示负值数据。单极性数据格式（010V、05V）2个字节的存储单元的低3位均为0，数据值12位（单极性数据）是存放在第3 14位区域。这12位数据的最大值应为215-8=32760。单极性数据格式的全量程范围设置为032000。差值32760-32000=760则用于偏置/增益，由系统完成。由于第15位为0，表示是正值数据。双极性数据格式（5V、2.5V）2个字节存储单元的低4位均为0，数据值12位（双极性数据）是存放在第415位区域。最高有效位是符号位，双极性数据格式的全量程范围设置为32000+32000。模拟量输入模块的分辨率通常以A/D转换后的二进制数数字量的位数来表示（12/11位）。(二)模拟量输出模块（D/A）模拟量输出模块由光电耦合器、数模转换器D/A和信号驱动等环节组成。光电耦合器防止电磁干扰。1）外部接线图：左端起的每3个点为一组，共二组。每组可作为一路模拟量输出（电压或电流信号）。第一组V0端接电压负载、I0端接电流负载，M0为公共端。第二组的接法与第一组类同。该模块需要直流24V供电。2）模拟量输出模块的特性输出信号的范围：电压输出为10V，电流输出为0-20mA。电压输出的设置时间为100s，电流输出的设置时间为2ms。每个输出通道占用存储器AQ区域2个字节。用户程序无法读取模拟量输出值。PLC运算处理后的12位数字量信号（BIN数）在CPU中存放格式如图所示。最高有效位是符号位：0表示是正值，1表示是负值。电流输出数据格式 2个字节的存储单元的低3位均为0，数据值12位数据是存放在第314位区域。电流输出数据字格式为0+32000。第15位为0，表示是正值数据。2电压输出的数据格式2个字节的存储单元的低4位均为0，数据值的12位是存放在第415位区域。电压输出数据格式为-32000+32000。模拟量输出模块的分辨率通常以D/A转换前待转换的二进制数数字量的位数表示。(三)模拟量输入输出模块（EM235）EM235EM235具有具有4 4个模拟量输入通道、个模拟量输入通道、1 1个模拟量输出通个模拟量输出通道道 。模拟量输入功能同模拟量输入功能同EM231EM231模拟量输入模块，技术参模拟量输入模块，技术参数基本相同数基本相同 。电压输入范围有所不同，单极性为电压输入范围有所不同，单极性为010V010V、05V05V、01V01V、0500mv0500mv、0100mv0100mv、050mv050mv。双极性为。双极性为10V10V、5V5V、2.5V2.5V、1V1V、500mV500mV、250mv250mv、100mv100mv、50mv50mv、25mv25mv。该模块的模拟量输出功能同该模块的模拟量输出功能同EM232EM232模拟量输出模块。模拟量输出模块。技术参数也基本相同。技术参数也基本相同。该模块需要直流该模块需要直流24V24V供电。可由供电。可由CPUCPU模块的传感器电模块的传感器电源源24VDC/400mA24VDC/400mA供电。也可由用户提供外部电源。供电。也可由用户提供外部电源。三、智能模块(自学)第三节第三节 S7-200 PLC的系统配置的系统配置 S7-200 PLC主机（基本配置），可构成一个独立的控制系统（基本配置）。基本配置的I/O配置是固定的，它们具有固定的I/O地址。主机配以扩展模块后，可扩展PLC的系统。数字量模块或模拟量模块可扩展系统的控制规模；智能模块可扩展系统的控制功能。进行扩展配置时应考虑以下相关的因素：一主机允许带扩展模块的数量 各类主机可带扩展模块的数量是不同的。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、CPU226模块、CPU226XM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个智能扩展模块。二CPU输入输出映象区的大小1.1.数字量数字量I/OI/O映象区的大小映象区的大小主机提供的数字量主机提供的数字量I/OI/O映象区区域为：映象区区域为：128128个输个输入映象寄存器（入映象寄存器（I0.0I15.7I0.0I15.7）和）和128128个输出映象个输出映象寄存器（寄存器（），见表），见表4-14-1。最大。最大I/OI/O配置不能超出此配置不能超出此区域。区域。PLCPLC系统配置时，要对各模块的输入、输出点进系统配置时，要对各模块的输入、输出点进行编址。主机提供的行编址。主机提供的I/OI/O具有固定的具有固定的I/OI/O地址。地址。扩展模块的地址由扩展模块的地址由I/OI/O模块类型及模块在模块类型及模块在I/OI/O链中链中的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输的位置决定。编址时，按同类型的模块对各输入点（或输出点）顺序编址。入点（或输出点）顺序编址。数字量输入、输出映象区的逻辑空间是以数字量输入、输出映象区的逻辑空间是以8 8位位（1 1个字节）为递增的。编址时，对数字量模块物个字节）为递增的。编址时，对数字量模块物理点的分配也是理点的分配也是按按按按8 8点来点来点来点来分配地址的。即使有些模分配地址的。即使有些模块的端子数不是块的端子数不是8 8的整数倍，但仍以的整数倍，但仍以8 8点来分配地点来分配地址。例如址。例如4 4入入/4/4出模块占用出模块占用8 8个输入点和个输入点和8 8个输出点个输出点的地址。的地址。那些未用的物理点地址不能分配给那些未用的物理点地址不能分配给I/OI/O链中的链中的后续模块。那些与未用物理点相对应的后续模块。那些与未用物理点相对应的I/OI/O映象区映象区的空间就会丢失。对于的空间就会丢失。对于输出模块输出模块输出模块输出模块，这些丢失的空间，这些丢失的空间可用来作内部标志位存储器可用来作内部标志位存储器可用来作内部标志位存储器可用来作内部标志位存储器（内部线圈）；对于（内部线圈）；对于输输入模块入模块却不可，因为每次输入更新时，却不可，因为每次输入更新时，CPUCPU都对都对这些空间清零。这些空间清零。2.模拟量I/O映象区的大小 主机提供的模拟量I/O映象区区域为：CPU222模块，16输入通道/16输出通道；CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块，32入/32出，见表4-1。模拟量的最大I/O配置不能超出此区域。模拟量扩展模块总是以2个字节递增方式来分配空间。（有效地址）本机I/O与扩展I/O的地址分配CPU 224CPU 224模模块块 0 0模模块块 1 1模模块块 2 2模模块块 3 3模模块块 4 44 4输输入入 /4/4 输输出出8 8 输输入入4 AI/1 AQ4 AI/1 AQ8 8 输输出出4 AI/1 AQ4 AI/1 AQI0.0 Q0.0I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.1 Q1.1I1.2I1.2I1.3I1.3I1.4I1.4I1.5I1.5I2.0 I2.0 Q2.0Q2.0I2.1 I2.1 Q2.1Q2.1I2.2 I2.2 Q2.2Q2.2I2.3 I2.3 Q2.3Q2.3I3.0I3.0I3.1I3.1I3.2I3.2I3.3I3.3I3.4I3.4I3.5I3.5I3.6I3.6I3.7I3.7AIW0 AIW0 AQW0AQW0AIW2AIW2AIW4AIW4AIW6AIW6Q3.0Q3.0Q3.1Q3.1Q3.2Q3.2Q3.3Q3.3Q3.4Q3.4Q3.5Q3.5Q3.6Q3.6Q3.7Q3.7AIW8 AIW8 AQW4AQW4AIW10AIW10AIW12AIW12AIW14AIW14 现选用CPU226模块作为主机进行系统的I/O配置。三三PLC内部电源的负载能力内部电源的负载能力 1.PLC内部5VDC电源的负载能力 主机和扩展模块正常工作时，需要5VDC工作电源。主机内部电源单元提供的5VDC电源为主机和扩展模块提供了工作电源。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。扩展模块CPU CPU 供供电电电电流流+5VDC(mA)+5VDC(mA)扩扩展模展模块块电电流消耗流消耗5 VDC5 VDC+24 VDC+24 VDCCPU 222 CPU 222 CPU 224CPU 224CPU 226CPU 22634034066066010001000EM 221 DI8 DC24V EM 221 DI8 DC24V 3030EM 222 DO8 DC24VEM 222 DO8 DC24V5050EM 222 DO8 Relay EM 222 DO8 Relay 40409 mA/9 mA/输输出点出点EM 223 DI4/DO4 DC24VEM 223 DI4/DO4 DC24V4040EM 223 DI4/DO4 EM 223 DI4/DO4 DC24V/RelayDC24V/Relay40409 mA/9 mA/输输出点出点EM 223 DI8/DO8 DC24VEM 223 DI8/DO8 DC24V8080扩展模块扩展模块+24 VDC(mA)+24 VDC(mA)扩扩展模展模块块电电流消耗流消耗5 VDC5 VDC+24 VDC+24 VDCCPU 222CPU 222 CPU 224CPU 224CPU 226CPU 226180180280280400400EM 223 DI8/DO8 DC24V/Relay EM 223 DI8/DO8 DC24V/Relay 80809 mA/9 mA/输输出点出点EM 223 DI16/DO16 DC24V EM 223 DI16/DO16 DC24V 160160EM 223 DI16/DO16 EM 223 DI16/DO16 DC24V/Relay DC24V/Relay 1501509 mA/9 mA/输输出点出点EM 231 AI4 12 Bit EM 231 AI4 12 Bit 2020EM 231 4 EM 231 4 路路热电热电偶模偶模拟输拟输入入 6060EM 231 4EM 231 4路路热电热电阻模阻模拟输拟输入入 6060EM 232 AQ2 12 Bit EM 232 AQ2 12 Bit 2020EM 235 AI4I/AQ1 12 Bit EM 235 AI4I/AQ1 12 Bit 3030EM 277 PROFIBUS-DP EM 277 PROFIBUS-DP 150150EM 222 DO 8 x AC 120/230 VEM 222 DO 8 x AC 120/230 V110110例子：电源的负载能力例子：电源的负载能力 如果对于如果对于24 VDC 24 VDC 或或 5 VDC 5 VDC 电源的需求超过了电源的需求超过了CPUCPU的供电能力，则必须增加外部电源模块的供电能力，则必须增加外部电源模块例如，一个PLC系统包括以下模块：CPU 224 AC/DC/继电器 3 个 EM 223 8 DC 输入/8 继电器输出 1 个 EM 221 8 DC 输入电源的负载能力计算电源的负载能力计算CPU CPU 电电电电源能力源能力源能力源能力5 VDC5 VDC24 VDC24 VDCCPU 224 AC/DC/RelayCPU 224 AC/DC/Relay660 mA660 mA280 mA280 mA减去减去减去减去系系系系统统统统需求需求需求需求5 VDC5 VDC24 VDC24 VDCCPU 224,14 CPU 224,14 个个输输入入14*4 mA =56 mA14*4 mA =56 mA3 3 个个EM 223,5 V EM 223,5 V 电电源需求源需求3*80 mA =240 mA3*80 mA =240 mA1 1 个个EM 221,5V EM 221,5V 电电源需求源需求1*30 mA =30 mA1*30 mA =30 mA3 3 个个EM 223,8 DCEM 223,8 DC输输入入3*8*4 mA =96 mA3*8*4 mA =96 mA3 3 个个EM 223,8 EM 223,8 继电继电器器输输出出3*8*9 mA =216 mA3*8*9 mA =216 mA1 1 个个EM 221,8 DCEM 221,8 DC输输入入8*4 mA =32 mA8*4 mA =32 mA总总需求需求270 mA270 mA400 mA400 mA=电电电电流平衡流平衡流平衡流平衡5 VDC5 VDC24 VDC24 VDC电电源富余能力源富余能力剩余剩余390 mA390 mA缺缺120 mA120 mA