S7-1200所有的模块都具有内置的安装夹,能方便地安装在一个标准的35mm DIN导轨上。S7-1200的硬件可以竖直安装或水平安装。所有的S7-1200硬件都配备了可拆卸的端子板,不用重新接线,就能迅速地更换组件。1.信号板
信号板可以用于只需要少量附加I/O的情况。所有的S7-1200 CPU模块都可以安装一块信号板,并且不会增加安装的空间。在某些情况下使用信号板,可以提高控制系统的性能价格比。只需要添加一块信号板,就可以根据需要增加CPU的数字量或模拟量I/O点。
安装时将信号板直接插入S7-1200 CPU正面的槽内即可。信号板有可拆卸的端子,因此可以很容易地更换信号板。
常见的信号板有两种:
1)SB 1223数字量输入/输出信号板。它的两点DC 24V输入有上升沿、下降沿中断和脉冲捕获功能。输入参数与CPU集成的输入点的基本上相同。用作高速计数器的时钟输入时,高输入频率为30kHz。
两个DC 24V MOSFET输出点的大输出电流为0.5A,大白炽灯负载为DC 5W,可以输出高20kHz的脉冲列。
2)SB 1232模拟量输出信号板。其输出分辨率为12位的-10~+10V电压,负载阻抗大于等于1000Ω;或输出分辨率为11位的0~20mA电流信号,负载阻抗小于等于600Ω,不需要附加的放大器。25℃满量程的大误差为±0.5%,0~55℃满量程的大误差为±1.0%。有超上限/超下限、电压模式对地短路和电流模式断线的诊断功能。
在工业控制中,某些输入量(例如压力、温度、流量、转速等)是模拟量,某些执行机构(例如电动调节阀和变频器等)要求PLC输出模拟量信号,而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电流或电压,例如4~20mA,1~5V,0~10V,PLC用模拟量输入模块的A-D转换器将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A-D转换后用二进制补码来表示。
模拟量输出模块的D-A转换器将PLC中的数字量转换为模拟量电压或电流,再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是实现A-D转换(模拟量输入)和D-A转换(模拟量输出)。A-D转换器和D-A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率,位数越多,分辨率越高。模拟量输入/输出模块的另一个重要指标是转换时间。4.模拟量模块
S7-1200现在有5种模拟量模块,此外还有后来增加的热电阻模块和热电偶模块。
(1)4通道模拟量输入模块SM 1231 AI 4×13bit
此模块的模拟量输入可选±10V、±5V和±2.5V电压,或0~20mA电流。分辨率为12位加上符号位,电压输入的输入电阻大于或等于9MΩ,电流输入的输入电阻为250Ω,模块有中断和诊断功能,可监视电源电压和断线故障。所有通道的大循环时间为625μs。
额定范围的电压转换后对应的数字为-27648~27648。25℃或0~55℃满量程的大误差为±0.1%或±0.2%。可按弱、中、强3个级别对模拟量信号做平滑(滤波)处理,也可以选择不做平滑处理。模拟量模块的电源电压均为DC 24V。
(2)2通道模拟量输出模块SM 1232AO 2×14bit
此模块的输入电压为-10~+10 V时,分辨率为14位,小负载阻抗为10000Ω。输出电流为0~20mA时,分辨率为13位,大负载阻抗600Ω有中断和诊断功能,可监视电源电压、短路和断线故障。数字-27648~27648被转换为-10~+10V的电压,数字0~27648被转换为0~20mA的电流。
电压输出负载为电阻时转换时间为300μs,负载为1μF电容时转换时间为750μs。
电流输出负载为1mH电感时转换时间为600μs,负载为10mH电感时为2ms。
(3)4通道模拟量输入/2通道模拟量输出模块
模块SM 1234的模拟量输入和模拟量输出通道的性能指标分别与SM 1231 AI 4×13bit和SM 1232AO 2×14bit的相同,相当于这两种模块的组合。2.1.3 集成通信接口及通信模块1.集成的PROFINET接口
实时工业以太网是现场总线发展的趋势,PROFINET是基于工业以太网的现场总线(IEC 61158现场总线标准的类型10),是开放式的工业以太网标准,它使工业以太网的应用扩展到了控制网络底层的现场设备。
通过TCP/IP标准,S7-1200提供的集成PROFINET接口可用于与编程软件STEP 7 Basic通信(见图2-3),以及与SIMATIC HMI精简系列面板通信,或与其他PLC通信
此外它还通过开放的以太网协议TCP/IP和ISO-on-TCP支持与第三方设备的通信。该接口的RJ-45连接器具有自动交叉网线(Auto-Cross-Over)功能,数据传输速率为10Mbit/s、100Mbit/s,支持多16个以太网连接。该接口能实现快速、简单、灵活的工业通信。
S7-1200可以通过成熟的S7通信协议连接到多个S7控制器和HMI设备。将来还可以通过PROFINET接口将分布式现场设备连接到S7-1200,或将S7-1200作为一个PROFINET IO设备,连接到作为PROFINET IO主控制器的PLC。它将为S7-1200系统提供从现场级到控制级的统一通信,以满足当前工业自动化的通信需求。
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STEP 7 Basic中的网络视图使用户能够轻松地对网络进行可视化组态。
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S7-1200一起使用,以便组建成一个具有线形、树形或星形拓扑结构的网络。CSM 1277是一个4端口的紧凑型交换机,用户可以通过它将S7-1200连接到多3个附加设备。除此之外,如果将S7-1200和SIMATIC NET工业无线局域网组件一起使用,还可以构建一个全新的网络。
存储卡基于FEPROM,用于在断电时保存用户程序和某些数据。微存储卡用来作装载存储器(Load Memory)或作便携式媒体。
(3)装载存储器与工作存储器
1)装载存储器。装载存储器是非易失性的存储器,用于保存用户程序、数据和组态信息。所有的CPU都有内部的装载存储器,CPU插入存储卡后,用存储卡作装载存储器。项目下载到CPU时,保存在装载存储器中。装载存储器具有断电保持功能。
2)工作存储器。工作存储器是集成在CPU中的高速存取的RAM。为了提高运行速度,CPU将用户程序中与程序执行有关的部分,例如组织块、功能块、功能和数据块从装载存储器复制到工作存储器。装载存储器类似于计算机的硬盘,工作存储器类似于计算机的内存条。CPU断电时,工作存储器中的内容将会丢失。
(4)断电保持存储器
断电保持存储器(保持性存储器)用来防止在电源关闭时丢失数据,暖启动后断电保持存储区中的数据保持不变。冷启动时断电保持存储器的值被清除。
CPU提供了2048B的保持存储器,可以在断电时,将工作存储器的某些数据(例如数据块或位存储器M)的值保存在保持存储器中。断电时CPU有足够的时间来保存数量有限的指定的存储单元的值。断电时选择的工作存储器的值被复制到保持存储器,首先进行求和运算,保存校验和之后,被保持的值写入非易失存储器。校验和与CPU的操作系统需要保持的其他值不会占用给用户使用的2048B保持存储器。电源恢复后,系统将保持存储器保存的断电之前工作存储器的数据,恢复到原来的存储单元。需要保存的数据如果超过2048B,将被拒绝。
在暖启动时,所有非保持的位存储器被删除,非保持的数据块的内容被复位为装载存储器中的初始值。保持存储器和有保持功能的数据块的内容被保持。可以用下列方法设置变量的断电保持属性:
1)位存储器中的变量:可以在PLC变量表或分配表(见5.5.2节)中,定义从MBO开始的有断电保持功能的位存储器的地址范围。
2)FB的局部变量:如果生成FB时激活了“仅符号访问”属性,可以在FB的界面区定义单个变量是否有保持功能。如果没有激活FB的该属性,只能在指定的背景数据块中定义所有的变量是否有断电保持属性。
3)全局数据块中的变量:如果激活了“仅符号访问”属性,则可以对每个变量单独设置断电保持属性。如果禁止了DB的该属性,则只能设置DB中所有的变量是否有断电保持属性。
在线时可以用CPU操作员面板上的“MRES”按钮复位存储器,只能在STOP模式复位存储器。存储器复位使CPU进入所谓的“初始状态”,清除所有的工作存储器,包括保持和非保持的存储区,将装载存储器的内容复制给工作存储器,数据块中变量的值被初始值替代。编程设备与CPU的在线连接被中断,诊断缓冲区、时间、IP地址、硬件组态和激活的强制任务保持不变。
如果在CPU断电时更换了存储卡,CPU上电时将复位存储器。
PLC是Programmable Logic Controller的缩写,意思就是可编程逻辑控制器。其实这是早期的PLC,由于它仅仅是用来进行逻辑控制的,所以称为可编程逻辑控制器。但是随着微电子技术的发展,开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元,使PLC不仅可以进行逻辑控制,而且可以进行模拟量的控制。所以在1980年美国电器制造协会(NEMA)又重新命名为可编程控制器(Programmable Controller),但是为了避免和个人计算机(PC,Personal Computer)混淆,继续沿用PLC。
上面只是对它的字面意思的解释,那到底什么是可编程控制器呢?它的定义是可编程控制器是一种数字运算的电子系统,是专为工业环境下应用而设计的。它采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种机械或生产过程。