输入模块
输入模块一般由输入接口、光电耦合器、PLC内部电路输入接口和驱动电源四部分组成。输入模块可以用来接收和采集两种类型的输入信号。一种是由按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器或速度继电器等提供的开关量(或数字量)输入信号。另一种是由电位器、热电偶、测速发电机或各种变送器等提供的连续变化的模拟信号。
各种PLC输入电路结构大都相同,其输入方式有两种类型。一种是直流输入(DC 12V或24V),其外部输入器件可以是无源触点,如按钮、行程开关等,也可以是有源器件,如各类传感器、接近开关及光电开关等。在PLC内部电源容量允许前提下,有源输入器件可以采用PLC输出电源,否则必须外接电源。另一种是交流输入(AC 100~120V或AC 200~240V)。
当输入信号为模拟量时,信号必须经过专用的模拟量输入模块进行A/D转换,然后通过输入电路进入PLC。输入信号通过输入端子经RC滤波、光隔离后进入内部电路。
(2)输出模块
数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等设备。为适应不同负载需要,各类PLC的数字量输出都有3种方式,即继电器输出、晶体管输出及晶闸管输出。继电器输出方式常用,适用于交、直流负载,其特点是带负载能力强,但动作频率与响应速度慢;晶体管输出适用于直流负载,其特点是动作频率高,响应速度快,但带负载能力小;晶闸管输出适用于交流负载,响应速度快,带负载能力不大的场合。
模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。
输入/输出模块除了传递信号外,还具有电平转换与隔离的作用。此外,输入/输出点的通断状态由发光二极管显示,外部接线一般接在模块面板的接线端子上,或使用可拆卸的插座型端子板,不需断开端子板上的外部连线,就可以迅速地更换模块。4.编程装置
编程装置是用来对PLC进行编程和设置各种参数的。通常PLC编程有两种方法:一是采用手持式编程器,体积小,价格便宜,它只能输入和编辑指令表程序,又叫作指令编程器,便于现场调试和维护;另一种方法是采用安装有编程软件的计算机和连接计算机与PLC的通信电缆,这种方式可以在线观察梯形图中触点和线圈的通断情况及运行时PLC内部的各种参数,便于程序调试和故障查找。程序编译后下载到PLC,也可将PLC中的程序上载到计算机。程序可以存盘或打印,通过网络还可以实现远程编程和传送。5.电源
PLC使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供5V、±12V、24V等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关等)提供24V直流电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。6.外围接口
通过各种外围接口,PLC可以与编程器、计算机、PLC、变频器、EEPROM写入器和打印机等连接,总线扩展接口用来扩展I/O模块和智能模块等。
2.2 S7-1200 PLC的硬件结构
S7-1200的CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中,以形成功能强大的PLC。S7-1200 PLC作为紧凑型自动化产品的新成员,目前有5款CPU,CPU 1211C、CPU 1212C、CPU 1214C、CPU 1215C和CPU 1217C
每款CPU根据电源信号和输入/输出信号的类型有不同的型号,其本机自带数字量输入/输出点数亦有所差异,具体数据见表1-1。
S7-1200的CPU都支持扩展一个信号板(Signal Board),而对于信号模块(SignalModule),CPU 1211C不支持,CPU 1212C支持2个,CPU 1214C、1215C、1217C支持多8个。S7-1200 PLC都自带至少一个PROFINET接口,都支持多3个扩展通信模块。
S7-1200 PLC的附件还包括存储卡、电源和以太网交换机等。通过存储卡,将一个程序转移到多个CPU,只需简单地将内存卡安装到CPU中并执行一个上电周期,处理过程中CPU内的用户程序不会丢失。
2.2.1 S7-1200 PLC的CPU模块
S7-1200 PLC不同型号的CPU面板是类似的,
CPU有3类状态指示灯,用于提供CPU模块的运行状态信息。
(1)STOP/RUN指示灯
该指示灯的颜色为纯橙色时指示STOP模式,纯绿色时指示RUN模式,绿色和橙色交替闪烁时指示CPU正在启动。
(2)ERROR指示灯
该指示灯的颜色为红色闪烁时指示有错误,如CPU内部错误、存储卡错误或组态错误(模块不匹配)等,纯红色时指示硬件出现故障。
(3)MAINT指示灯
该指示灯在每次插入存储卡时闪烁。
CPU模块上的I/O状态指示灯用来指示各数字量输入或输出的信号状态。
CPU模块上提供一个以太网通信接口用于实现以太网通信,还提供了两个可指示以太网通信状态的指示灯。其中,“link”(绿色)点亮指示连接成功,“Rx/Tx”(黄色)点亮指示传输活动。
拆下CPU上的挡板可以安装一个信号板如图2-4所示。通过信号板可以在不增加空间的前提下给CPU增加I/O和RS485通信功能。目前,信号板包括数字量输入、数字量输出、数字量输入/输出、模拟量输入、模拟量输出、热电偶和热电阻模拟量输入以及RS485通信等类型。
另外,S7-1200 PLC的I/O接线端子是可拆卸的。
2.2.2 S7-1200 PLC的信号模块
S7-1200 PLC提供了各种I/O信号模块用于扩展其CPU能力,信号模块包括数字量输入模块、数字量输出模块、数字量输入/直流输出模块、数字量输入/交流输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、热电偶和热电阻模拟量输入模块以及模拟量输入/输出模块等,如图2-5所示。
图2-5 各种信号模块
各数字量信号模块还提供了指示模块状态的诊断指示灯。其中,绿色指示模块处于运行状态,红色指示模块有故障或处于非运行状态。
各模拟量信号模块为各路模拟量输入和输出提供了I/O状态指示灯。其中,绿色指示通道已组态且处于激活状态,红色指示个别模拟量输入或输出处于错误状态。此外,各模拟量信号模块还提供有指示模块状态的诊断指示灯。其中,绿色指示模块处于运行状态,而红色指示模块有故障或处于非运行状态。
S7-1200 PLC的通信模块
S7-1200的CPU多可以添加3个通信模块,支持PROFIBUS主从站通信,RS485和RS232通信模块可以实现点对点的串行通信。SIMATIC STEP 7 Basic工程组态系统中有各种扩展指令或库功能,如USS驱动协议、Modbus RTU主站和从站协议等,能够实现相关通信的组态和编程。
S7-1200的CPU家族提供各种各样的通信选项以满足用户的网络要求,如I-Device、PROFINET、PROFIBUS、远距离控制通信、点对点(PtP)通信、USS通信、Modbus RTU、AS-i及I/O link MASTER等。
S7-1200 PLC本机集成的PROFINET接口允许与以下设备通信:编程设备、HMI设备及其他SIMATIC控制器等;支持以下协议:TCP/IP、ISO-on-TCP及S7通信(服务器端)。
S7-1200 PLC通信接口由一个抗干扰的RJ45连接器组成。该连接器具有自动交叉网线(Auto-Cross-Over)功能,支持多23个以太网连接,数据传输速率达10/100Mbit/s。为了使布线少并提供大的组网灵活性,可以将紧凑型交换机模块CSM 1277和S7-1200 PLC一起使用,从而组建成一个统一或混合的网络(具有线形、树形或星形的拓扑结构)。
西门子S7-300全国授权供货商
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采用公开的用户通信和分布式I/O指令,S7-1200的CPU可以和以下设备通信:其他的CPU、PROFINET I/O设备(如ET 200和SINAMICS)、使用标准的TCP通信协议的设备。如图2-6所示。2. PROFIBUS
通过使用PROFIBUS主站和从站通信模块,S7-1200的CPU支持PROFIBUS通信标准。PROFIBUS主站通信模块同时支持下列通信连接,
1)为人机界面与CPU通信提供3个连接。
2)为编程设备与CPU通信提供1个连接。
3)为主动通信提供8个连接,采用分布式I/O指令。
4)为被动通信提供3个连接,采用S7通信指令。
通过使用PROFIBUS-DP从站通信模块CM 1242-5,S7-1200 PLC可以作为一个智能DP从站设备与任何PROFIBUS-DP主站设备通信。
TS适配器IE Basic拥有为各种通信技术精选的TS模块,如Modem、ISDN、GSM及RS232等,支持所有远程服务功能,不需要现场的PG/PC,不需要人员经常到现场,节省因售后服务而产生的差旅费用
.点对点(PtP)通信
点对点通信可以实现S7-1200 PLC直接发送信息到外部设备,如打印机等,或者从其他设备接收信息,如条形码阅读器、RFID读写器和视觉系统等,以及与GPS装置、无线电调制解调器和许多其他类型的设备交换信息。如图2-10所示。5. Modbus RTU
通过Modbus指令,S7-1200 PLC可以作为Modbus主站或从站与支持Modbus RTU协议的设备进行通信。通过使用CM 1241 RS485通信模块或CB 1241 RS485通信板,Modbus指令可以用来与多个设备进行通信。
通过USS指令,S7-1200的CPU可以控制支持USS协议的驱动器。通过CM 1241 RS485通信模块或者CB 1241 RS485通信板,使用USS指令可用来与多个驱动器进行通信。如图2-12所示。7. I-Device(智能设备)
通过简单组态,S7-1200 PLC控制器通过对I/O映射区的读写操作可实现主从架构的分布式I/O应用。
S7-1200 PLC紧凑型控制器定位在原有的SIMATIC S7-200 PLC和S7-300 PLC产品之间。它与S7-200 PLC和S7-300 PLC的区别和差异主要体现在硬件、通信、工程、存储器、功能块、计数器、定时器及工艺功能等方面。