西門子PLC模塊S7-200EM222CN        西門子PLC模塊S7-200EM222CN

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西門子PLC數(shù)字量模塊S7-200EM222CN

PLCI/O模塊的選擇步驟與原則

一般I／O模塊的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上。PLC的I／O模塊有開(kāi)關(guān)量I／O模塊、模擬量I／O模塊及各種特殊功能模塊等。不同的I／O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。

   （一）開(kāi)關(guān)量I／O模塊的選擇

 1. 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇

開(kāi)關(guān)量輸入模塊是用來(lái)接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

1）輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí)

開(kāi)關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。

開(kāi)關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)的電壓等級(jí)有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來(lái)考慮。一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于傳輸距離較近場(chǎng)合，如5Ｖ輸入模塊遠(yuǎn)不得超過(guò)１０米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級(jí)較高的模塊。

2）輸入接線方式

開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式，如圖6-2所示。

圖6-2開(kāi)關(guān)量輸入模塊的接線方式

a)匯點(diǎn)式輸入    b)分組式輸入

匯點(diǎn)式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（COM）；而分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號(hào)之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。

3）注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量

對(duì)于選用高密度的輸入模塊(如32點(diǎn)、48點(diǎn)等)，應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的60％。

4）輸入門檻電平

為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱PLC說(shuō)明書(shū)。

 2. 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇

開(kāi)關(guān)量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

1）輸出方式

開(kāi)關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。

繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過(guò)1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場(chǎng)合。

對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無(wú)觸點(diǎn)元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。

2）輸出接線方式

開(kāi)關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式，如圖6-3所示。

圖6-3 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的接線方式

  a)分組式輸出   b)分隔式輸出

分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，一組有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動(dòng)不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個(gè)輸出點(diǎn)就有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時(shí)主要根據(jù)PLC輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級(jí)的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。

 3）驅(qū)動(dòng)能力

  開(kāi)關(guān)量輸出模塊的輸出電流(驅(qū)動(dòng)能力)必須大于PLC外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來(lái)選擇輸出模塊的輸出電流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。

  4）注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量

 選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值，如一個(gè)220V／2A的８點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過(guò)的電流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般來(lái)講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60％。

  5)輸出的電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)

開(kāi)關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的電流。另外，晶閘管的輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。

（二）模擬量I／O模塊的選擇

  模擬量I／O模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC內(nèi)部總線相連，同時(shí)為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（A／D）模塊是將現(xiàn)場(chǎng)由傳感器檢測(cè)而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出(D／A)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸出。

  典型模擬量I／O模塊的量程為-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根據(jù)實(shí)際需要選用，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。

  一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來(lái)直接接收低電平信號(hào)（如RTD、熱電偶等信號(hào)）。

(三)特殊功能模塊的選擇

 目前，PLC制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I／O模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型I／O模塊，如高速計(jì)數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等

時(shí)鐘和電池模塊

√  實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷

（對(duì)于 221/222 CN CPU）

√  一般可備份 200 天

電池模塊

√  內(nèi)部數(shù)據(jù)備份（數(shù)據(jù)塊）

√  一般可備份 200 天

內(nèi)存模塊（存儲(chǔ)卡模塊）

√  程序傳送和備份

√  數(shù)據(jù)記錄文件，配方

文件和通用文件存儲(chǔ)

可選配件：

存儲(chǔ)卡模塊

實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

電池模塊

Technical Specifications

西門子PLC數(shù)字量模塊S7-200EM222CN

PLC節(jié)省輸入點(diǎn)數(shù)的方法

一般認(rèn)為輸入點(diǎn)數(shù)是按系統(tǒng)輸入信號(hào)的數(shù)量來(lái)確定的。但在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)以下措施可達(dá)到節(jié)省PLC輸入點(diǎn)數(shù)的目的，下面以FX1N系列PLC來(lái)介紹。

（1）分組輸入  如圖1所示，系統(tǒng)有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種工作方式。用X000來(lái)識(shí)別使用“自動(dòng)”還是“手動(dòng)”操作信號(hào)，“手動(dòng)”時(shí)的輸入信號(hào)為SB0～SB3，“自動(dòng)”時(shí)的輸入信號(hào)為S0～S3，如果按正常的設(shè)計(jì)思路，那么需要X000～X007一共8個(gè)輸入點(diǎn)，若按圖1的方法來(lái)設(shè)計(jì)，則只需X001～X004一共4個(gè)輸入點(diǎn)。圖中的二極管用來(lái)切斷寄生電路。如果圖中沒(méi)有二極管，系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，SB0、SB1、S0閉合S1斷開(kāi)，這時(shí)電流從COM端子流出，經(jīng)SB0、SB1、S0形成寄生回路流入X000端子，使輸入位X002錯(cuò)誤地變?yōu)?/span>ON。各開(kāi)關(guān)串聯(lián)了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯(cuò)誤的產(chǎn)生。但使用該方法應(yīng)考慮輸入信號(hào)強(qiáng)弱。

圖1  分組輸入

（2）矩陣輸入  如圖2所示為4×4矩陣輸入電路，它使用PLC的四個(gè)輸入點(diǎn)（X000～X003）和四個(gè)輸出點(diǎn)（Y000～Y003）來(lái)實(shí)現(xiàn)16個(gè)輸入點(diǎn)的功能，特別適合PLC輸出點(diǎn)多而輸入點(diǎn)不夠的場(chǎng)合。當(dāng)Y000導(dǎo)通時(shí)，X000～X003接受的是Q1～Q4送來(lái)的輸入信號(hào)；當(dāng)Y001導(dǎo)通時(shí)，X000～X003接受的是Q5～Q8送來(lái)的輸入信號(hào)；當(dāng)Y002導(dǎo)通時(shí)，X000～X003接受的是Q9～Q12送來(lái)的輸入信號(hào)；當(dāng)Y003 導(dǎo)通時(shí)，X000～X003接受的是Q13～Q16送來(lái)的輸入信號(hào)。將Y000的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號(hào)Q1～Q4；將Y1的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號(hào)Q5～Q8；將Y002的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號(hào)Q9～Q12；將Y003的常開(kāi)點(diǎn)與X000～X003串聯(lián)即為輸入信號(hào)Q13～Q16。

圖2  矩陣輸入

使用時(shí)應(yīng)注意的是除按圖2進(jìn)行接線外，還必須有對(duì)應(yīng)的軟件來(lái)配合，以實(shí)現(xiàn)Y000～Y003輪流導(dǎo)通；同時(shí)還要保證輸入信號(hào)的寬度應(yīng)大于Y000～Y003輪流導(dǎo)通一遍的時(shí)間，否則可能丟失輸入信號(hào)。該方法的缺點(diǎn)是使輸入信號(hào)的采樣頻率降低為原來(lái)的三分之一，而且輸出點(diǎn)Y000～Y003不能再使用。

（3）組合輸入  對(duì)于不會(huì)同時(shí)接通的輸入信號(hào)，可采用組合編碼的方式輸入。如圖3所示，三個(gè)輸入信號(hào)SB0～SB2只占用兩個(gè)輸入點(diǎn)，M0～M2圖3  組合輸入