S7-1200的硬件S7-1200是西门子公司的新一代小型PLC,它将微处理器、集成电源、输入和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中以形成强大的功能,它具有集成的PROFINET接口、强大的工艺集成性
CPU模块
打开其编程软件可见S7-1200目前有7种型号CPU模块,CPU 1211C、CPU 1212C、CPU 1214C、CPU 1215C、CPU 1217C、CPU 1214FC、CPU 1215FC,CPU模块类型。
S7-1200 PLC的外形及结构(已拆卸上、下两盖板),其中①是3个指示CPU运行状态的LED(发光二极管);②是集成I/O(输入/输出)的状态LED;③是信号板安装处(安装时拆除盖板);④是PROFINET以太网接口的RJ-45连接器;⑤是存储器插槽(在盖板下面);⑥是可拆卸的接线端子板。1.CPU面板
S7-1200 PLC不同型号的CPU面板是类似的,在此以CPU 1214C为例进行介绍:CPU有3类运行状态指示灯,用于提供CPU模块的运行状态信息。
集成的通信接口与通信模块1.集成的PROFINET接口
工业以太网是现场总线发展的趋势,已经占有现场总线的半壁江山。PROFINET是基于工业以太网的现场总线,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。
通过以太网通信协议TCP/IP,S7-1200提供的集成PROFINET接口可用于编程软件STEP 7通信,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通信协议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功能,数据传输速率为10Mbit/s或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。
CSM 1277是一个4端口的紧凑型交换机,用户可以通过它使S7-1200 PLC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。
2.通信模块
S7-1200 PLC多可以增加3个通信模块和1个通信信号板,如CM 1241 RS232、CM 1241 RS485、CP1241 RS232、CP1241 RS485、CB1241 RS485,它们安装在CPU模块的左边和CPU的面板上
S7-200 SMART的产品特点
(1)CPU芯片的运算速度更快
S7-200 SMART的CPU模块使用西门子专用高速芯片,与S7-200相比,运算速度更快。S7-200的布尔指令运算速度为0.22μs/条,而S7-200 SMART的布尔指令的运算速度为0.15μs/条。这个速度在同级别的小型PLC里遥遥,保证了对复杂程序的快速处理。
(2)存储区容量更大
S7-200 SMART CPU模块的内置存储区比S7-200更大。S7-200的CPU226,其用户程序存储区大小为20KB,用户数据存储区的大小为10KB;而S7-200 SMART的CPU ST60,其用户程序存储区的大小为30KB,用户数据存储区的大小为20KB。更大的存储容量意味着支持更大、更复杂的代码。
(3)机型丰富、模块多样
S7-200 SMART提供标准型和经济型两个系列的CPU模块,标准型CPU模块包括ST20/SR20、ST30/SR30、ST40/SR40、ST60/SR60;经济型CPU模块包括CR20s、CR30s、CR40s和CR60s。CPU模块本身集成了数字量信号输入/输出(DI/DO)通道,并且标准型CPU模块还支持使用扩展信号板来增加信号通道的数量,多支持扩展6个信号模块,大大增强了信号处理能力。
S7-200 SMART CPU模块的中央有一块预留的位置,可以用来安装信号板(Signal Board)信号板支持的功能包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出、RS485/RS232通信、实时时钟电池等。通过将信号板安装在CPU模块上,既可以增加CPU的功能,又不占用额外的空间。这种创新式的设计,在S7-1200系列PLC的设计上也被采用。
(5)通用SD卡,可及时更新固件
S7-200 SMART标准型CPU支持使用市面上通用的Micro SD卡来进行CPU固件版本更新,省去了CPU返厂更新固件的不便,可以大限度地利用新版本的优势,这是S7-200没有的功能。另外,通用SD卡还可以执行程序传输及恢复出厂默认设置的功能。
(6)集成以太网口,经济方便
S7-200 SMART标准型CPU集成了以太网口,可以使用一根普通的网线将程序下载到CPU中,省去了专用编程电缆的费用,经济方便。该以太网口具有强大的以太网通信功能,可以与人机界面(HMI)、其他CPU模块及第三方以太网通信设备进行通信,可以十分方便地组建局域网。从V2.4版本开始该网口还支持PROFINET通信。
(7)CPU模块集成工艺功能
S7-200 SMART CPU模块支持高速脉冲输入计数。以CPU ST40为例,多支持6个高速脉冲计数器(HSC),如果使用单相输入,高支持200kHz的输入频率;如果使用A/B相输入,高支持100kHz的输入频率。
S7-200 SMART CPU模块支持高速脉冲输出。CPU ST40多支持3个100kHz的高速脉冲输出,支持脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)两种方式,可以用来控制伺服驱动器进行调速或定位。
CPU模块集成的这些工艺功能,可以进行PID控制和运动控制。同时其内部提供了PID和运动控制的指令库,编程十分方便。
(8)更加友好的编程开发环境
STEP7 Micro-WIN/SMART是西门子专门为S7-200 SMART PLC打造的软件编程开发平台,秉承西门子编程软件的强大功能,融入了很多人性化的设计(例如全新的软件界面、新颖的带状菜单、移动式窗口界面、方便的程序注释及强大的密码保护功能),可以更快、更方便地进行编程开发。
(9)支持PROFINET通信协议
2019年3月,V2.4版本的S7-200 SMART标准型CPU集成的以太网口正式支持PROFINET协议。这标志着SMART系列PLC已经完全融入SIMATIC家族,这必将对SMART系列产品的更广泛的应用打下更加坚实的基础。V2.4版本的S7-200 SMART标准型CPU多支持8个PROFINET设备,每台设备大支持128个字节的输入和128个字节输出;PROFINET网络多可以有64个模块。
2020年1月,V2.5版本发布,新版本可以使S7-200 SMART标准型CPU作为智能设备(I-Device)使用,大支持128个输入字节和128个输出字节的数据交换区。
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电源模块
2.1.1 供电功率计算
S7-200 SMART的CPU模块可以向外提供两种电源:直流24V (DC)电源和直流 5V (DC)电源。直流24V电源用于模块的输入通道、输出继电器线圈及其他外部的传感器的供电。若输入/输出及外部传感器消耗的电流总和超过了CPU模块的供电能力,可以通过外接24V DC电源的方法进行补充。直流5V 电源用来给扩展模块和信号板供电。
CPU模块提供的5V DC的电流的大小,决定了能连接的模块的数量。若系统对5V DC电流需求的总和超过了CPU可提供的大电流,则不能通过增加外部5V电源的方法进行补充,必须移除某些模块。
西门子KP300显示屏
CPU ST40可向外提供5V DC的大电流为1400mA;可向外提供24V DC的大电流为300mA。本身集成24个数字量输入通道,每个通道消耗24V电流4mA,因此CPU ST40本身消耗24V电流=4×24=96(mA)。EM DR08每个输出通道消耗24V电流11mA;整个模块消耗5V电流120mA。EM DE16每个输入通道消耗24V电流4mA;整个模块消耗5V电流105mA。EM AQ02每个模拟量通道消耗24V电流90mA;整个模块消耗5V电流60mA。
CPU ST40能满足该系统对5V电源的需求(电流差值890mA),但是不能满足系统对24V 电源的需求(电流差值为-280mA)。因此,该系统必须增加外部电源才能满足所有输入、输出对24V电流的消耗。
PM207是西门子为S7-200 SMART量身打造的电源模块。名称中的“PM”为“电源模块”。PM207目前总共有三种型号:PM207 24V/3A、PM207 24V/5A和PM207 24V/10。其外形和设计与S7-200 SMART完美匹配,能够把输入的交流电(AC)经过整流、滤波后变成直流电(DC)进行输出。同时,也能连接直流电网。也就是说,输入端也能接受直流电。当输入端连接交流电时,其输入电压的范围为85~264V AC,电流的频率为50Hz或者60Hz(我国交流电的频率为50Hz);当输入端连接直流电时,其输入电压的范围为88~370 V DC。以PM207 24V/5A为例,其额定输出电压为24V DC,且输出电压的范围可调,为22.8~26.4V DC,额定输出电流为5A;建议使用额定电流为10A、脱扣特性为C型的微型断路器。