跟廖常初老师学PLC:西门子S7-300系统PLC简介

出处:网络整理 发布于:2022-04-01 16:49:52

    本文节选自廖常初编写的PLC经典教材《S7-300/400 PLC应用技术》,廖常初老师从S7-200的基本结构、CPU模块、扩展模块、通讯能力和编程软件几方面对西门子S7-200系列PLC作简单介绍。
    1、S7-200的基本结构
    西门子S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。
    整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱型机壳内,S7-200称为CPU模块。图1中的前盖下面有RUN/STOP开关、模拟量电位器和扩展I/O连接器。S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I.O扩展模块供用户选用,CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。
    整体PLC还配备许多专用的特殊功能模块,例如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等,使PLC功能得到扩展。
    S7-200可以选用梯形图、语句表(即指令表)和功能模块语言来编程。它的指令丰富,指令功能强,易于掌握,操作方便。内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信功能。很多可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O。很多有26kB程序和数据存储空间。
    2、S7-200的CPU模块
    S7-200有5种CPU模块,CPU221无扩展功能,适于做小点数的微型控制器;CPU222有扩展功能;CPU224是具有较强控制功能的控制器;CPU226和CPU226 XM适用于复杂的中小型控制系统。
    S7-200 CPU型号及技术参数
    S7-200有传送、比较、移位、循环、求补码、调用子程序、脉冲宽度调制、脉冲序列输出、跳转、数据转换、算数运算、字逻辑运算、浮点运算、开平方、三角函数和PID控制指令等,采用主程序、很多8级子程序和中断程序的程序结构,用户可以使用1-255ms的定时中断。用户程序可设3级口令保护,有监控定时器(看门狗)功能。
    数字量输入中有4个用作硬件中断,6个用于高速功能。32位高速加/减计数器的很高计数频率为30kHz,可以对增量式编码器的两个互差90的脉冲列计数,计数值等于设定值或计数方向改变时产生中断,在中断程序中可以及时地对输出进行操作。两点高速输出可以输出频率很高为20kHz频率和宽度可调的脉冲列。
    可选的存储器卡可以yong久保存程序、数据和组态信息,可选的电池卡保存数据的典型事件值为200天。DC输出型电路用场效应晶体管(MOSFET)作为功率放大器元件,仅DV输出型有高速脉冲输出,很高输出频率为20kHz。
    3、S7-200的扩展模块
    不同信号的S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点,若实际需要的I/O点数超过该CPU的I/O点数时,则通过增加输入/输出扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力。扩展模块有输入/输出扩展、热电偶/热电阻输入扩展和通讯扩展三种类型,通过总线连接器(插件)和CPU模块连接。
    扩展单元正常工作需要 5VDC工作电源,此电源由CPU通过总线连接器提供,扩展单元的24VDC输入点和输出点电源,可由基本单元的24VDC电源供电,但要注意基本单元所提供的很大电流能力。
    CPU 221无I/O扩展能力;CPU 222很多可连接2个扩展模块(数字量或模拟量);CPU224和CPU226很多可连接7个扩展模块。
    (1)输入/输出扩展模块
    S7-200系列PLC目前提供如下扩展模块:
    ①数字量输入扩展模块                       EM221(8DI);
    ②数字量输出扩展模块                       EM222(8DO);
    ③数字量输入和输出混合扩展模块      EM223(8I/O,16I/O,32I/O);
    ④模拟量输入扩展模块                       EM231(3AI,A/D转换时间为25μs,12位);
    ⑤模拟量输入和输出混合扩展模板      EM235(3AI/1AO,其中A/D转换时间为25μs,D/A转换时间100μs,位数均为12位)
    (2)热电偶/热电阻扩展模块
    热电偶、热电阻模块(EM231)与CPU222,CPU224,CPU226配套使用,多种分度号热电偶(mV信号)和热电阻(电阻信号)可通过EM231模块将信号送入S7-200。用户通过EM231上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的分度号、接线方式、测量单位和开路故障的方向。
    (3)通讯扩展模块
    除了CPU集成通讯口外,S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块:PROFIBUS-DP扩展从站模块EM277和AS-i接口扩展模块CP243-2。
    S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能如表2所示。
    4、S7-200的通信功能
    S7-200的CPU模块自带的RS485串行通信支持PPI、DP/T、自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议。每个网络很多126个站,很多32个主站。通信接口可以实现与下列设备的通信:运行编程软件的计算机、文本显示器TD200、OP(操作员面板)、以及S7-200 CPU之间的通信;通过自由通信口协议,可以与其他厂家的设备进行串行通信。
    EM277 PROFIBUS-DP从站模块用于将S7-200 CPU连接到PROFIBUS-DP网络。通信速率为9600-12Mbit/s。
    工业以太网通讯模块CP243-1的通信速率为10Mbit/s或100Mbit/s,半双工/全双工通信,RJ-45接口使用TCP/IP协议。可用STEP 7-Micro/WIN软件实现通过工业以太网配置和远程编程服务(上载、加载程序,监视状态),通过工业以太网连接其他的CPU,通过S7-OPC在计算机上处理数据。
    EM241 Modem(调制解调器)模块支持远程维护或远传诊断、PLC之间的通信、PLC与PC的通信、给手机发送短消息等,EM241参数化向导集成在Micro/WIN V3.2中。
    通过CP243-2 AS-i通信处理器,S7-200 CPU可作为AS-i的主站,很多可连接62个AS-i从站,接入496个远程数字量输入/输出点。
    5、S7-200的编程软件
    STEP 7-Micro/WIN 32是专门为S7-200设计的在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件。CPU通过PC/PPI电缆或插在计算机中CP 55111或CP 5611通信卡与计算机通信。通过PC/PPI电缆,可以在Windows下实现多主站通信方式。
    STEP 7-Micro/WIN 32的用户程序机构简单清晰,通过一个主程序调用子程序或中断程序,还可以通过数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表(STL)、梯形图(LAD)和功能块图(FBD)编程,不同的编程语言编制的程序可以相互转换,可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号,是程序便于设计和理解。
    STEP 7-Micro/WIN 32为用户提供两套指令集,即SIMATIC指令集(S7-200方式)和国际标准指令集(IEC1131-1)方式。通过调制解调器可以实现远程编程,可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断。
    S7-200是在美国德州仪器公式的小型PLC的基础上发展起来的,S7-300/400的前身是西门子公司的S5系列PLC,其编程软件为STEP 7。S7-200和S7-300/300虽然有许多共同之处,但是在指令系统、程序结构和编程软件定方面均有相当大的差异。

关键词:S7-300系统PLC

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