内护层是包覆在电缆绝缘上的保护覆盖层,用以防止绝缘层受潮、机械损伤以及光和化学侵蚀性媒质等的作用,同时还可以流过短路电流。内护层有金属的铅护套、平铝护套、皱纹铝护套、铜护套、综合护套,以及非金属的塑料护套、橡胶护套等。金属护套多用于油浸纸绝缘电缆和110kV及以上的交联聚乙烯绝缘电力电缆;塑料护套(特别是聚氯乙烯护套)用于各种塑料绝缘电缆;橡胶护套一般多用于橡胶绝缘电缆。
铝的密度仅为铅的23.8%,且铝套的厚度比铅套薄得多,所以铝套电缆要比铅套电缆轻得多。而且铝的电阻系数比铅小得多,铝套的短路热容量大,在短路电流持续时间稍长的系统中,一般标准厚度铝套即能满足要求;如计算中热稳定不够时可将铝套稍加厚一些就能满足技术要求,无需增加铜丝(或铜带)屏蔽,因此铝套电缆既经济又实惠,敷设省力;使用皱纹铝护套的电缆,其外径相应较大,使电缆盘的尺寸也相应要大些,因而敷设施工也有一定的难度。相比之下,铅套要比铝套重得多,铅套要满足技术中的短路热稳定要求,铅套的截面必须比铝大得多,但由于铅套结构紧密,化学稳定好,较铝耐腐蚀,因此铅套的使用决不会被铝套所取代。在陆上使用的各种电缆各有特征及利弊,在直埋及排管敷设中宜优先考虑铅套电缆,而过江及海底电缆一定要采用铅套。因为一旦外护套破损后铝套很快会穿孔,不如铅套耐用。
按电缆在使用中受力和外护层的结构情况,铅护套的厚度分为三类,每一类又随着导体截面增大而加厚。
(1)导体
①导体、导线:电缆中具有传导电流特定能的元件。
②实心导体、实心导线:由一根圆线或型线制成的导体。
③单导体:不包覆其他金属层的单线或多根金属线的导体。
④金属镀层导体:表面镀覆有不同金属或合金薄层的实心导体。
⑤镀锡导体:镀覆锡层的导体。
⑥金属包覆导体:由一种金属作为内部元件和用冶金加工法(熔接)在其上包覆另一种金属作为外层元件组成的导体⑦同心式绞合圆导体:多根单线以螺旋形绞合成为一层或多层同心层的绞合导体,通常相邻层绞向相反。
⑧束合导体、束合导线:由多根单线按同一方向同一节距以螺旋形束合而成的导体。
⑨复绞导体:由几个股线螺旋绞合成的一层或多层导体(线芯),导体(线芯)中每一个股线可为同心绞合或束合。
⑩空心导体:具有中心通道的导体。分割导体:相互间有薄层绝缘的绞合型线组成的导体。
S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC,它以结构紧凑、价格低廉、指令能强大、扩展性良好和能模块丰富等优点普遍受到用户的好评,并成为当代各种中小型控制工程的理想设备。它有不同型号的主机和能各异的扩展模块供用户选择,主机与扩展模块能十分方便地组成不同规模的控制系统。
为了更好地理解和认识S7-200PLC,本节将从硬件系统组成的角度进行介绍。
S7-200PLC的硬件系统由CPU模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块、特殊能模块、相关设备以及工业软件组成,
1.1.1 CPU模块
CPU模块又称基本模块和主机,这里说的CPU模块指的是S7-200PLC基本模块的型号,不是中央微处理器CPU的型号,是一个完整的控制系统,它可以单独完成一定的控制任务,主要能是采集输入信号、执行程序、发出输出信号和驱动外部负载。
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CPU模块由中央处理单元、存储器单元、输入输出接口单元以及电源组成。
① 中央处理单元 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU是PLC的核心,它不断采集输入信号,执行用户程序,刷新系统输出。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU按照系统程序赋予的能接收并存储用户程序和数据,检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并且能够诊断用户程序中的语法错误。当PLC运行时,首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,然后分别存入I/O映像区,从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过解释后按指令的规定将逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。当所有的用户程序执行完毕之后,将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行直到停止。
② 存储器 PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
③ 输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路组成,作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU。
现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路组成,作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号,以便控制接触器线圈等电器的通、断电。
电源 PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源,使PLC能正常工作。可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以将PLC直接连接到交流电网上去。
(2)CPU模块的常见的基本型号
CPU模块常见的基本型号有4种,分别为CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。
① CPU221 主机有6输入/4输出,数字量I/O点数共计10点,无I/O扩展能力,程序和数据存储空间为6KB,1个RS-485通信接口,4个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PPI、MPI通信协议和自由通信能,适用于小点数控制的微型控制器。
② CPU222 主机具有8输入/16输出,数字量I/O点数共计24点,与CPU221相比可以进行一定的模拟量控制,增加了2个扩展模块,适用于小点数控制的微型控制器。
③ CPU224 主机具有14输入/10输出,数字量I/O点数共计24点,有扩展能力,可连接7个扩展模块,程序和数据存储空间为13kB,6个独立30kHz的高速计数器,具有PID控制器,I/O端子排可整体拆卸,具有较强控制能力,是使用多的S7-200产品,其他特点与CPU222相同。
④ CPU226 主机具有24输入/16输出,数字量I/O点数共计40点,有扩展能力,可连接7个扩展模块,大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点,具有2个RS-485通信接口,其余特点与CPU224相同,适用于复杂中小型控制系统。
需要指出的是,在4种常见模块基础上,又派生出6种相关产品,共计10种CPU模块。在这10种模块中有DC电源/DC输入/DC输出和AC电源/DC输入/继电器输出2类,它们具有不同的电源电压和控制电压。型号中带有XP的代表具有2个通信接口、2个0~10V模拟量输入和1个0~10V模拟量输出,其性能要比不带XP的优越。型号加有CN的表示“中国制造”。CPU226XM只比CPU226增大了程序和数据存储空间。
1.1.2 数字量扩展模块
当CPU模块I/O点数不能满足控制系统的需要时,用户可根据实际的需要对I/O点数进行扩展。数字量扩展模块不能单独使用,需要通过自带的扁平电缆与CPU模块相连。数字量扩展模块通常有3类,分别为数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。
1.1.3 模拟量扩展模块
模拟量扩展模块为主机提供了模拟量输入/输出能,适用于复杂控制场合。它通过自身扁平电缆与主机相连,并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类,分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。典型模块有EM231、EM232和EM235,其中EM231为模拟量4点输入模块,EM232为模拟量2点输出模块,EM235为4点输入/1点输出模拟量输入/输出模块。