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上海宏万自动化设备有限公司主要从事西门子伺服电机代理商、西门子交换机代理商、西门子电线电缆代理商、西门子G120变频器代理商、西门子电机代理商、西门子回收,是全国知名的自动化设备公司之一。

    重庆西门子S7-1200SM1数字量输出模块
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    重庆西门子S7-1200SM1数字量输出模块

    更新时间:2020-07-29   浏览数:252
    所属行业:电子 PCB机元器件
    发货地址:上海市金山区枫泾镇  
    产品规格:
    产品数量:1.00台
    包装说明:
    单 价:1.00 元/台

    西门子PLC模块张家口代理商

    西门子产品S7-1200主要由CPU模块(简称为CPU)、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成,各种模块安装在标准导轨上。S7-1200的硬件组成具有高度的灵活性,用户可以根据自身需求确定PLC的结构,系统扩展十分方便。

    1、CPU模块

    S7-1200的CPU模块(见图1)将微处理器、电源、数字量输入/输出电路、模拟量输入/输出电路、PROFINET以太网接口、高速运动控制功能组合到一个设计紧凑的外壳中。每块CPU内可以安装一块信号板(见图2),安装以后不会改变CPU的外形和体积。

    微处理器相当于人的大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出,存储器用来储存程序和数据。

    S7-1200集成的PROFINET接口用于与编程计算机、HMI(人机界面)、其他PLC或其他设备通信。此外它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通信。

    图1 西门子S7-1200 PLC

    图2 西门子S7-1200 PLC安装信号板

    2、信号模块

    输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块,数字量(又称为开关量)输入模块和数字量输出模块简称为DI模块和DO模块,模拟量输入模块和模拟量输出模块简称为AI模块和AO模块,它们统称为信号模块,简称为SM。

    信号模块安装在CPU模块的右边,扩展能力的CPU可以扩展8个信号模块,以增加数字量和模拟量输入、输出点。

    信号模块是系统的眼、耳、手、脚,是联系外部现场设备和CPU的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号,数字量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的数字量输入信号。模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号,或者直接接收热电阻、热电偶提供的

    温度信号。

    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输出设备,模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。

    CPU模块内部的工作电压一般是DC5V,而PLC的外部输入/输出信号电压一般较高,例如DC24V或AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU中的元器件,或使PLC不能正常工作。在信号模块中,用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外,还有电平转换与隔离的作用。

    3、通信模块

    通信模块安装在CPU模块的左边,多可以添加3块通信模块,可以使用点对点通信模块、PROFIBUS模块、工业远程通信模块、AS-i接口模块和IO-Link模块。

    4、SIMATIC HMI精简系列面板

    与S7-1200配套的第二代精简面板的64K色高分辨率宽屏显示器的尺寸有4.3in、7in、9in和12in这4种,支持垂直安装,用TIA博途中的WinCC组态。它们有一个RS-422/RS-485接口或一个RJ45以太网接口,还有一个USB 2.0接口。USB接口可连接键盘、鼠标或条形码扫描仪,可用优盘实现数据记录。

    5、编程软件

    TIA是Totally Integrated Automation(全集成自动化)的简称,TIA博途(TIA Portal)是西门子自动化的全新工程设计软件平台。S7-1200用TIA博途中的STEP 7 Basic(基本版)或STEP 7 Professional(专业版)编程。

    本文来自廖常初老师新作《S7-1200 PLC编程及应用第3版》,如果您有兴趣,可到本站“自动化书籍”栏目先睹为快。

    为便于大家尽快熟悉S7-1200 PLC,昌晖仪表网在本文深度介绍不同S7-1200 CPU型号的性能特点、功能和接线,干货技术文章。

    1、S7-1200 CPU的共性

    ① 可以使用梯形图(LAD)、函数块图(FDB)和结构化控制语言(SCL)这3种编程语言。布尔运算指令、字传送指令和浮点数数学运算指令的执行速度分别为0.08μs/指令、1.7μs/和2.3μs/指令。

    ② S7-1200集成了大150kB(B是字节的缩写)的工作存储器、大4MB的装载存储器和10KB的掉电保持存储器。CPU 1211C和CPU 1212C的位存储器(M)为4096B,其他CPU为8192B。可以用可选的SIMATIC存储卡扩展存储器的容量和更新PLC的固件。还可以用存储卡将程序传输到其他CPU。

    ③ 过程映像输入、过程映像输出各1024B。集成的数字量输入电路的输入类型为漏型/源型,电压额定值为DC24V,输入电流为4mA。1状态允许的小电压/电流为DC15V/2.5mA,0状态允许的大电压/电流为DC 5V/1mA。输入延迟时间可以组态为0.1μs-20ms,有脉冲捕获功能。在过程输入信号的上升沿或下降沿可以产生快速响应的中断输入。

    继电器输出的电压范围为DC5-30V或AC5-250V。大电流2A,白炽灯负载为DC30W或AC200W。DC/DC/DC型MOSFET(场效应管)的1状态小输出电压为DC20V,0状态大输出电压为DC0.1V,输出电流0.5A。大白炽灯负载为5W。

    脉冲输出多4路,CPU 1217支持MHz的脉冲输出,其他DC/DC/DC型的CPU本机00kHz,通过信号板可输出200kHz的脉冲。

    ④ 有2点集成的模拟量输入(0-10V),10位分辨率,输入电阻大于等于100kΩ。

    ⑤ 集成的DC24V电源可供传感器和编码器使用,也可以用来做输入回路的电源。

    ⑥ CPU 1215C和CPU 1217C有两个带隔离的PROFINET以太网端口,其他CPU有一个以太网端口,传输速率为10M/100Mbit/s。

    ⑦ 实时时钟的保存时间通常为20天,40℃时少为12天,大误差为±60s/月。

    2、S7-1200 CPU的技术规范

    S7-1200现在有5种型号的CPU模块(简称为CPU,见表1),此外还有故障安全型CPU。CPU可以扩展1块信号板,左侧可以扩展3块通信模块。

    表1 西门子S7-1200 CPU技术规范

    S7-1200 CPU特性 CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C CPU 1217C

    本机数字量I/O点数 6入/4出 8入/6出 14入/10出 14入/10出 14入/10出

    本机模拟量I/O点数 2入 2入 2入 2入/2出 2入/2出

    工作存储器/装载存储器 50KB/1MB 75KB /1MB 100KB/4MB 125KB/4MB 150KB/4MB

    信号模块扩展个数 无 2 8 8 8

    大本地数字量I/O点数 14 82 284 284 284

    大本地模拟量I/O点数 13 19 67 69 69

    高速计数器点数 3点 5点 6点 同前 6点

    单相 3点/100kHz 3点/100kHz,1点/30kHz 3点/100kHz,3点/30kHz 同前 4点/1MHz,2点/100kHz

    正交相位 3点/80kHz 3点/80kHz,1点/20kHz 3点/80kHz,3点/20kHz 同前 3点/1MHz,3点/100kHz

    脉冲输出(多4点) 100kHz 100kHz或20kHz 100kHz或20kHz 同前 1MHz或100kHz

    上升沿/下降沿中断点数 6/6 8/8 12/12 14/14 14/14

    脉冲捕获输入点数 6 8 14 14 14

    传感器电源输出电流/mA 300 300 400 400 400

    外形尺寸/mm 90×100×75 90×100×75 110×100×75 130×100×75 150×100×75

    图1中的①是集成的I/O(输入/输出)的状态LED(发光二极管);②是3个指示CPU运行状态的LED;③是PROFINET以太网接口的RJ45连接器;④是存储卡插槽(在盖板下面);⑤是可拆卸的接线端子板。

    每种CPU有3种具有不同电源电压和输入、输出电压的版本(见表2)。

    表2 西门子S7-1200 CPU的3种版本

    CPU版本 电源电压 DI输入电压 DQ输出电压 DQ输出电流

    DC/DC/DC DC24V DC24V DC24V 0.5A,MOSFET

    DC/DC/Relay DC24V DC24V DC5-30V,AC5-250V 2A,DC30W/AC200W

    AC/DC/Relay AC85-264V DC24V DC5-30V,AC5-250V 2A,DC30W/AC200W

    3、CPU的外部接线图

    CPU 1214C AC/DC/Rly(继电器)型的外部接线图见图2。输入回路一般使用图中标有①的CPU内置的DC24V传感器电源,漏型输入时需要去除图2中标有②的外接DC电源,将输入回路的1M端子与DC24V传感器电源的M端子连接起来,将内置的24V电源的L+端子接到外接触点的公共端。源型输入时将DC24V传感器电源的L+端子连接到1M端子。

    CPU 1214C DC/DC/Rly的接线图与图1-4的区别在于前者的电源电压为DC 24V。

    图2 CPU 1214C AC/DC/Relay的外部接线图

    CPU 1214C DC/DC/DC的接线图见图2,其电源电压、输入回路电压和输出回路电压均为DC24V。输入回路也可以使用内置的DC24V电源。

    4、CPU集成的工艺功能

    S7-1200集成的工艺功能包括高速计数与频率测量、高速脉冲输出、PWM控制、运动控制和PID控制。

    ①高速计数器

    CPU集成了多6点高速计数器(与型号有关),CPU 1217C有4点频率为1MHz的高速计数器。其他CPU有3点频率为100kHz(单相)或80kHz(互差90°的正交相位信号)的高速计数器。其余各点的频率为30kHz(单相)或20kHz(正交相位信号)。如果使用信号板,还可以测量频率高达200kHz的单相脉冲信号,或160kHz的正交相位信号。

    ②高速输出

    各种型号的CPU多4点高速脉冲输出(包括信号板的DQ输出)。CPU本体100kHz,信号板200kHz,CPU1217多支持1MHz的高速脉冲输出。

    图3 CPU 1214C DC/DC/DC的外部接线图

    ③运动控制

    S7-1200的高速输出可以用于步进电机或伺服电机的速度和位置控制。通过一个轴工艺对象和PLCopen运动控制指令,它们可以输出脉宽调制信号来控制步进电机速度、阀位置或加热元件的占空比。除了返回原点和点动功能以外,还支持位置控制、相对位置控制和速度控制。轴工艺对象有专用的组态窗口、调试窗口和诊断窗口。

    ④用于闭环控制的PID功能

    PID功能用于对闭环过程进行控制,建议PID控制回路的个数不要超过16个。STEP 7中的PID调试窗口提供用于调节的形象直观的曲线图。还支持PID参数整定功能,可以自动计算PID参数的调节值。

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    S7-300 PLC是西门子产品应用多的PLC,由于西门子其他系列的PLC系统的特性与S7-300 PLC产品均类似,因此介绍的PLC接地规范适用于所有PLC系列。

    1、西门子S7-300 PLC系统接地的总原则

    对于PLC及控制系统整体的供电及接地的要求,主要有以下几点原则:

    ①系统主回路采用三相五线制供电,主回路须增加相应的开关及保护装置。

    ②负载电源从主回路供电中取电,如果是多个负载电源,则应按照负载均衡的原则进行分配。

    ③负载侧电源,无论是直流还是交流,均应增加短路和过载保护。

    ④系统接地电阻不大于4欧姆。

    ⑤机柜中的接地母线与系统的PE线相连。

    ⑥机柜的外壳、设备安装背板均应保证通过金属部件连接在一起,并与接地母线相连。

    ⑦设备安装背板应考虑EMC特性(例如采用镀锌板)。

    ⑧系统中的电气设备的PE端子应与接地母线相连,并保证就近相连以及连接电缆尽量粗、尽量短的原则。

    ⑨应注意柜内电气设备的其他接地要求。

    关于这些原则,请参考西门子S7-300 PLC的供电及接地原理图,如图1所示。

    图1 西门子PLC系统供电、接地原理图

    说明:1为主令开关;2为短路和过载保护;3为负载电流源(电气隔离);4为接地导体的可拆卸连接,用于定位接地故障;5为CPU(非CPU 31×C)的接地滑动触点。

    2、西门子S7-300 PLC系统的接地规范

    ①电源模板(PS307)的接地要求

    对于电源模板,供电均采用AC220V/120V电源(电源需要连接PE线)。电源模板输出为CPU及模板提供DC24V电源,如图2所示。

    图2 PS电源和CPU连接示意图

    说明:1为电源电缆上的电缆夹;2为PS电源和CPU连接电缆;3为可拆卸的电源连接器

    注意: 如果将M和L+端子的极性接反,则CPU的内部熔丝便会熔断。始终将电源模块的M和L+端子与CPU的这两个端子互连。

    ②CPU的接地连接

    A、CPU 31×接参考地电位

    在西门子S7-300的CPU的电源端子处,插着一个滑动金属片,将该滑动金属推进去时,DC24V的M端将通过该滑动金属片与CPU的安装导轨相连,通过导轨实现接地,所有从M来的干扰电流都可以被释放至接地导线/地,如图3所示。

    图3 CPU 31×的接地参考接地示意图(默认状态)

    说明:1为处于接地状态的接地滑动触点;2为内部CPU的接地电位;3为装配导轨

    默认情况下,滑动金属片都是推进去的。当安装具有接地参考电位的S7-300时,不要拔出接地滑动触点。实际设备中如图4所示。

    图4 CPU上的滑动金属片未拔出

    B、CPU 31×浮地系统

    如果系统的“地”不干净,或希望将系统做出浮地的,则可以将该金属滑动片撬出,此时M和导轨分开,系统与“地”是不直接相连的,而是通过RC回路进行隔离连接的。如图5所示。

    图5 CPU 31×的未接地参考电位示意

    说明:1为CPU中创建未接地参考电位 用大口3.5mm的螺丝刀顺箭头方向往前推动接地滑动触点;2为内部CPU的接地电位;3为装配导轨。

    注意: 应在导轨上安装设备之前首先设置未接地参考电位。如果已经安装并且用导线连接了CPU,则在拔出接地滑动触点之前可能不得不断开MPI接口。实际设备中如图6所示。

    图6 拔出CPU上的金属滑动片

    ③I/O模板的接地要求

    A、数字量模板

    S7-300系列的数字量输入/输出模板并不需要特殊额外的接地处理,只是对于提高系统EMC特性来讲,需注意以下几点:

    ◆ 数字量输入/输出的导线长度要求:1000m屏蔽线,600m非屏蔽线。

    ◆ 屏蔽电缆处理屏蔽层时用金属夹夹住编织带屏蔽层。保证大面积的接触屏蔽层,并提供适当的接触压力。图7显示了使用电缆夹安

    装屏蔽电缆的几种处理方式。

    图7 电缆夹安装屏蔽电缆示意图

    实际的安装可参考图8所示。

    图8 屏蔽层通过电缆夹卡在柜内接地排上

    而数字量输出模块有时需进行抑制保护。但由于S7-300数字输出模块内部集成了浪涌抑制器,因此对于电感设备来讲,仅在下列情况之下才需要附加的浪涌抑制设备:

    ◆ SIMATIC输出回路可以用外部的设备(如继电器触点)来切断;

    ◆ 如果感性负载不由SIMATIC模块控制。

    a、DC线圈

    采用二极管或齐纳二极管可以抑制直流电源驱动的线圈所产生的浪涌电压,如图9所示。

    图9 DC线圈的浪涌抑制

    图10是直流接触器上增加续流二极管的实际应用。

    图10 直流接触器上的续流二极管

    用二极管或齐纳二极管作抑制器具有下列特点:

    ◆ 可避免开关动作时产生的过电压,齐纳二极管有较高的关断电压;

    ◆ 提高了关断延迟时间(比没有抑制器时高出6-9倍)。由齐纳二极管组成的抑制器的关断比二极管抑制器快。

    b、AC线圈

    用压敏电阻或RC网络可抑制以AC电源驱动的线包所产生的浪涌电压,如图11所示。

    图11 AC线圈的浪涌抑制

    图12是交流接触器上增加压敏电阻和RC回路的实际应用。

    图12 交流接触器上的续流回路(压敏电阻和RC回路)

    用压敏电阻作抑制器具有下列特点:

    ◆ 开关时的过电压的幅度可以被限制,但不能衰减;

    ◆ 浪涌电压陡峭的上升沿仍保持不变;

    ◆ 关断延时短;

    ◆ 另外,压敏电阻有电压幅值的要求(一般是高于正常工作电压的10%),不能长时间的过压,否则有可能损坏。

    用RC回路作抑制器具有下列特点:

    ◆ 开关时的过电压的幅度和陡峭的上升沿都被降低;

    ◆ 关断延时短。

    B、模拟量模板的接地要求:

    a、模拟量信号电缆的一般要求:

    ◆ 模拟量信号线采用屏蔽电缆;

    ◆ 模拟量信号线尽量短,其中模拟量输入长200m屏蔽线;若电压范围≤80mV且使用热电偶时,长50m(热电偶模块长80m);模拟量输出长200米屏蔽线。

    ◆ 屏蔽层做接地处理,建议采用屏蔽线一端接地,并在模板侧单端接地。模拟量线的屏蔽层的接地方法,如图5所示。

    b、电气隔离模拟量输入模块

    电气隔离模拟量输入模块在测量电路的参考点(MANA和/或M-)和CPU/IM 153的M端子间存在任何电位差VISO的风险,请务必使用信号隔离器SWP9034A模块。

    通过CPU/IM153的M和端子MANA之间的等电位互联,可以避免电位差VISO超过限制值。

    这里分为几种情况:

    情况I:将电气隔离传感器连接到电气隔离模拟量模板,可以在接地模式或未接地模式操作CPU/IM 153,如图13所示。

    图13 将电气隔离传感器连接到电气隔离AI

    在EMC干扰强烈的环境中,建议将M-和MANA连接,以防超出CMV的限制值。对于VCM≤2.5V的模拟量模块,必须将M-和MANA互连(推荐连接处)。

    VCM不得超过允许的电位差UCM(共模)。VCM故障可存在于

    ◆ 测量输入(M+/M-)和测量电路的参考电位MANA之间

    ◆ 在测量输入之间。

    情况Ⅱ:将电气隔离传感器连接到非电气隔离模拟量模板。可以在接地模式或未接地模式下操作CPU/IM 153,如图14所示。

    图14 将电气隔离传感器连接到非电气隔离AI

    注意:连线并连接2线制传感器和电阻型传感器时,切勿将M-和MANA互连。在M-和MANA互连处生成均衡电流,并破坏测量值。

    C、非隔离模拟量输入模块

    非隔离传感器与本地接地电位互连。使用非隔离传感器时,请务必始终将MANA和本地接地点互连。

    当地的环境条件或干扰都有可能引起本地分布的测量点之间的电位差VCM(静态或动态)。如果超出VCM的大值,请用等电位导线连接各测量点。

    情况I:将非隔离传感器连接到电气隔离模拟量模板。将非隔离传感器连接到电气隔离模块时,可在接地模式或未接地模式下操作CPU/IM 153,如图15所示。

    图15 将非隔离传感器连接到电气隔离AI

    情况Ⅱ:将1非隔离传感器连接到非隔离模拟量模板。如果将非隔离传感器连接到非隔离模块,请务必在接地模式下操作CPU/IM 153,如图16所示。

    图16 将非隔离传感器连接到非电气隔离AI

    注意:不得将非隔离二线制传感器/电阻传感器连接到非隔离模拟量输入!

    D、模拟量输出模板的连线及接地处理

    对于模拟量输出模板与负载之间的连线,与模拟量输入的处理方法类似,这里不再详细介绍,仅给出相应的图例及说明。

    情况Ⅰ:将4线负载连接到电气隔离模块的电压输出。采用4线负载电路可获得更高的精度。对S-和S+传感器线路直接接线并连接到负载。这样即可直接测量和修正负载电压。干扰和电压突降可能会在检测线路S-和模拟电路MANA的参考回路同产生电位差。此电位差不得超过设定的限制值。任何超过限制值的电位差都会对模拟信号的精度产生不利影响,如图17所示。

    图17 负载到电气隔离模拟量输出模块电压输出的4线制连接

    情况Ⅱ:将2线制负载接线到非隔离模块的电压输出。将负载连接到Qv端子和测量电路MANA的参考点,如图18所示。在前连接器中,将端子S+互连到Qv,将端子S-互连到MANA;2线制电路不提供线路阻抗的补偿。

    图18 负载到非隔离模拟量模块电压输出的2线制连接

    情况Ⅲ:电流型输出。

    ◆ 将负载连接到电气隔离模块的电流输出,如图19所示。

    图19 将负载连接到电气隔离模拟量输出模块的电流输出

    ◆ 将负载连接到非隔离模拟量输出模块的电流输出,如图20所示。

    图20 将负载连接到非电气隔离模拟量输出模块的电流输出

    E、接地电缆的要求

    对于PLC系统,常用电缆的线径和布线要求如下:

    要求I:使用正确的导线确保线径适合承载所需的电流,电源和CPU的接线条件见表1

    表1 电源和CPU的接线条件

    前连接器的接线条件见表2

    表2 前连接器的接线条件

    要求Ⅱ:系统布线分组(高压/电源/信号/数据电缆),用单独的管道或单独的电缆束来布放高压、信号或数据线。数据电缆和低压电缆与其他电缆的布置要求见表3。

    表3 数据电缆和低压电缆与其他电缆的布置要求

    中压电缆和其他电缆的布置要求见表4

    表4 中压电缆和其他电缆的布置要求

    大于400V电压电缆和其他电缆的布置要求见表5

    表4 大于400V电压电缆和其他电缆的布置要求

    要求Ⅲ:所有地线应尽可能地短且应使用大线径。例如:小直径为10mm2。保护导体连接导轨接线如图如21所示。

    图21 保护导体连接导轨连接示意图



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