《机电气一体培训系统(西门子).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电气一体培训系统(西门子).pdf（152页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1TVT-2000G机电气一体化培训系统TVT-2000G机电气一体化培训系统实 验 指 导 书3第1章 系统介绍1.12000G 机电气一体化培训系统简介1.12000G 机电气一体化培训系统简介TVT-2000G 是一套融合实验、实训及综合开发的新型培训系统，该系统工业元器件，所有传感器、执行器接口开放，系统内部含有网络接口可组成 PLC 网络，是包含 PLC、传感器、变频器、变频调速、步进电机、气动等技术的综合应用培训系统。该系统的结构方框图如下所示，主要由控制单元、材料分拣小系统、平面仓储小系统、接口单元等组成。（1）控制单元（2）材料分拣小系统（3）平面仓储小系统（4）接口单元控制单
2、元由电源模块、2 台 PLC 组成。可选择松下 FP型 PLC、西门子 S7-200 型 PLC、OMRON 的 CP1H 型、三菱 FX2N 型的 PLC。电源单元选用开关电源，主要作用是为系统提供直流 24V 的电源。系统选用 2 台 PLC 主要是用于分别控制平面仓储小系统和材料分拣小系统，然后通过PLC 网络实现 PLC 之间的相互通讯，完成系统的统一动作。PLC 之间的网络根据 PLC 的机型特点，可分别选用 PPI、PC-LINK、C-Net 等网络方式。材料分拣小系统由传送带、气动机械手、传感器组、变频器、交流电机、旋转编码器、井式出料塔、气动推料机构等组成。其中变频器、旋转编码
3、器、交流电机与 PLC 组成带位置反馈的速度控制系统。传感器组由电容传感器、电感传感器、颜色传感器、光电传感器组成，可以识别货物的颜色、材质、数量等属性。平面仓储小系统由步进电机及其驱动器、平面库、直线导轨、气动入库机构等组成。通(1)(2)(3)(4)4过控制气动入库机构在直线导轨上的位移，实现不同货物进入到不同的仓位。接口单元采用开放式结构，系统所有控制线和信号线均通过导线引到面板上来，因此在实验时，只需要在面板上接线即可！51.2系统各部件名称与功能系统各部件名称与功能1.2.1材料分拣小系统材料分拣小系统材料分拣小系统由传送带单元，机械手单元、传感器单元、井式出料单元、变频器单元等部件
4、构成，其部件的结构示意图如下所示：材料分拣小系统是用来检测货物的材质属性，将系统中不同的货物进行分类，然后按照其属性分类将不同的货物按不同的标识送达到下一个单元中去。其控制流程如下所示：货物出库传送货物 货物定位 检测货物 搬运货物货物出库货物出库主要由井式出料单元来完成其过程。井式出料单元主要由井式储料塔、推料气缸、传感器检测单元等组成。井式储料塔用于存放待检测货物，推料气缸用于将货物从储料塔送入到传送带上面去。传感器单元主要是用于检测货物存储情况以及对系统运行过程进行监控。当物料进入到储料塔中时，推料气缸就会在系统的控制下将货物送入到传送带上去。传送货物传送货物主要由传送带单元来完成其过程
5、。传送带单元由交流电机、带式传动机构、传感器定位单元、旋转编码器单元等组成。交流电机采用变频器进行控制，利用 PLC 本身自带的 PWM 功能进行调速控制。当系统需要处理的货物数目较多时，传送带速度提高，否则速度减小。货物定位货物定位主要由旋转编码定位单元来完成其功能。旋转编码定位单元由旋转编码器、同轴连接器等组成。当电机转动时，旋转编码器也通过同轴连接器与电机保护同步，同时将电机旋转的角度位移转换成脉冲信号反馈到 PLC 单元中去。当货物在传送带上运行时，通过 PLC 的高数计数功能就能够准确识别货物的移动距离，从而实现定位控制。检测货物检测货物主要由传感器单元来完成其过程。传感器单元由电感
6、传感器、电容传感器、颜色传感器、安装支架、网孔板等部件组成。当货物进入检测区后，各检测元件分别检测货物的材质属性，并将其数据传送到 PLC 中去，并记录于 PLC 存储区中。传送带单元变频器单元传感器单元井式出料单元机械手单元材料分拣小系统6搬运货物搬运货物主要由气动机械手来完成其过程。气动机械手由升降机构、旋转机构、夹紧机构、安装支架等部件组成。当货物到达指定位置后，升降机构下降并夹紧货物，运动到位后旋转到下一工位完成搬运过程。其动作过程如下：机械手复位机械手下降机械手夹具夹紧机械手上升机械手顺时针旋转机械手下降机械手夹具松开机械手逆时针旋转机械手复位机械手下降机械手夹具夹紧机械手上升机械手
7、顺时针旋转机械手下降机械手夹具松开机械手逆时针旋转71.2.2平面仓储小系统平面仓储小系统平面仓储小系统由平面仓库系统、直线导轨送料单元、步进电机单元、气动单元、传感器单元等组成。其结构示意图如下所示：平面仓储小系统通过网络读取上一单元的工作信号及存储数据值，根据系统设定将不同标识的货物送入到不同的仓库中去。其控制流程如下所示：系统复位转载货物识别货物标识货物入库系统复位转载货物识别货物标识货物入库当材料分拣小系统进入工作状态以后，平面仓储小系统自动完成复位操作，送料机构回到系统的原点。当机械手单元将货物移动到下一个单元时，系统将货物的属性标识、当前状态等数据传送到平面仓储小系统，平面仓储小系
8、统就会根据参数进行控制。在直线导轨上总共有 10 个运动工位，分为原点、接货区、仓位 1 区、仓位 2 区、仓位3 区、仓位 4 区、仓位 5 区、仓位 6 区、仓位 7 区、仓位 8 区。其示意图如下所示：平面仓库系统步进电机单元直线导轨送料单元气动单元平面仓储小系统8仓位1仓位2仓位3仓位4仓位5仓位6仓位7仓位8原点接货区仓位区仓位1仓位2仓位3仓位4仓位5仓位6仓位7仓位8原点接货区仓位区仓位1仓位2仓位3仓位4仓位5仓位6仓位7仓位8原点接货区仓位区当系统复位时，送料机构位于原点，当机械手旋转到位后，送料机构位于接货区，完成货物的转载后，根据货物的标识送入不同的仓位中去。送料机构的定
9、位是由步进电机单元进行控制。其定位点可根据系统的不同设定进行手动示教调整。（关于步进电机的控制参见后述章节。）91.2.3控制单元控制单元控制单元由两台 PLC 组成，也是本系统的核心。要求所用的主机必须具备网络功能、高数计数功能、脉冲输出功能、PWM 输出功能等。在该系统中，我们选用西门子 s7-200 CPU226 型主机。该设备具备两个通讯端口，分别用于网络连接和编程通讯，如下图所示：在实验之前，注意将网络电缆是否连接完毕。如果进行系统的分项实验，可以不接网络电缆，直接将编程电缆 PC/PPI 与上位机连接。控制单元的所有 IO 接口都已经与接口板上相对应的端子相连接，因此在实验过程中不
10、需要松动端子排。在编写程序时，将 PLC 置于“STOP”档，系统运行时，应将 PLC 置于“RUN”档。网络连接电缆编程电缆101.2.41.2.4 接口单元接口单元接口单元由货物分拣系统接口板和平面仓储系统接口板组成。该单元将所有元器件的接口都引到面板上，故学生进行实验操作时，只需要将相对应的端子用安全接插线进行连接，省去了元器件接线的麻烦。为了学生接线方便，所有接线端子的底座都用颜色进行标记。例如 PLC 的输入端在面板上用蓝色标识，而面板上所有传感器的输出端、旋转编码器的输出端也是用蓝色标识；PLC的输出端在面板上用青色标识，而变频器、气缸、步进电机的控制信号也是用青色标识；电源输出的
11、正端是用红色标识，负端是用黑色标识，因此其它器件的电源引线的正端是用红色标识，负端是用黑色标识。为了引用电源线方便，在每个接口板的左右两侧都有电源输出的正负端子，因此在接线时引用同侧电源线即可。（参见安装接线一章）注意在接线时必须断开电源，同时注意信号的流向。面板的结构如下所示：11第第2 2章章 使用说明安装环境安装环境：避免将设备安装到下列场所：日光直射或者环境温度超出 0 到 50范围的场所。相对湿度超出 35%RH 到 75%范围或者由于剧烈温度变化产生结露的场所。空气中存在腐蚀气体或可燃气体场所。对本体造成直接振动或撞击的场所。粉尘、铁屑或盐分较多的场所。会使本设备附着水、油或化学物
12、质的场所。空气中含有有机溶济的例如苯、涂料稀释济、酒精或者强碱物质如氨和苛性碱的场所。静电防护静电防护：在干燥的环境下有产生静电累积的危险，所以当需要触摸设备时，应选通过接地设备对其进行放电再触摸。清洗清洗不要使用稀料或类似的溶液清洗，因为会溶解本体的某些部件并且会造成褪色。供电顺序供电顺序在给变频器供电之前控制单元应处于停止工作状态。在接通电源之前在接通电源之前当您是第一次接通供电时，请注意以下事项：请确认没有接线的碎屑或者尤其是导电物质在印制电路板上。确认电源接线、输入/输出接线和电压是正确的。确认控制单元是处于停止工作状态。12第3章 安装与接线3.13.1设备的安装设备的安装1）实验桌
13、的选择：TVT-2000G 采用平板式结构，应放置在一个平台上，同时为了实验需要，最好配备两台电脑，其尺寸应满足：长度 1895mm 宽度 800mm 高度 750mm2）电源的选择 供电电压：交流 AC 220V 输出功率：大于 150W3）气源的选择工作压力：0.8Mpa功率：0.75KW排气量：0.067m3转速：2800rpm储气罐容积：18L供电电压：交流 AC220V/50Hz4）电脑配置CPU：主频 600MHz 以上。RAM：256MB 内存（推荐 512MB）空余磁盘空间：600MB 以上。显示设备：XGA，支持 1024*768 分辨率，16bit 以上彩色深度。133.2
14、接线接线（1）电源引线的连接在接口单元板上每一侧都有电源输出端，如下图所示：DC 电源输出正端DC 电源输出负端DC 电源输出正端DC 电源输出负端当系统需要 DC 电源供电时，只需要从最近的电源输出端引出电源线。注意上述图示的四个电源输出正端部已经内部短接，四个电源输出负端也已经内部短接。如果电源输出电压不正常，请先检查外部供电电源是否正常，然后再检查保险丝是否损坏，检查完毕如果都正常，请查看开关电源是否正确。14（2）PLC 的输入输出接线PLC 的输入输出端子在接线之前，应将其对应的 COM 端口与电源的相关的端子进行连接。具体连接方式如下：PLC 输入端的 COM 接电源输出正端，PL
15、C 输出端的 COM 接电源输出的负端。见下图所示。连接完 PLC 的 COM 端以后，根据系统的 IO 接线图将对应的输入输出端子与各执行器或检测器件进行连接，如下图所示：15（3）外围设备的接线1）传感器的接线在该系统中，涉及到的传感器从功能上分为：电感传感器、电容传感器、颜色传感器、光电传感器、行程开关、电磁传感器等。从接线方式上分为两种，一种是三线式，另一种是二线式。电感传感器、电容传感器、颜色传感器、光电传感器、电磁传感器采用三线式接线方式。行程开关采用二线式接线方式。三线式传感器分为电源线和信号线，其中电源线为两根，分别接 24V 直流电源的正负端子，信号线根据 IO 分配表与 P
16、LC 的输入端进行连接。（关于与 PLC 之间的连接可参见 PLC 的输入输出接线方式）。具体的接线方式如下图所示：三线式传感器接电源输出正端接电源输出负端接PLC输入端三线式传感器接电源输出正端接电源输出负端接PLC输入端二线式传感器分为信号线和公共线，公共线接 24V 直流电源的负端子，信号线根据 IO 分配表与 PLC 的输入端进行连接。具体接线方式如下图所示：二线式传感器接电源输出负端接PLC输入端二线式传感器接电源输出负端接PLC输入端二线式传感器接电源输出负端接PLC输入端在系统设计时，为了节省接线，将三线式传感器的电源线都短接在一起，因此在使用过程中可以预先将传感器的电源线与电源
17、输出端进行连接（参见电源引线的连接）。同时将二线式传感器的公共线也短接在一起，然后与电源输出负端进行连接。下面以电磁传感器为例说明一下三线式传感器的连接。电磁传感器的信号与 PLC的输入端 I0.0 进行连接。其接线如下图所示：16以行程开关为例说明一下二线式传感器的接线方式。行程开关的信号与 PLC 的输入端I1.0 进行连接。其实际接线方式如下图所示：172）电磁阀的接线该系统中气缸采用电磁阀进行控制，当电磁阀未触发时，气缸处于原始位置；当电磁阀得电触发后，气缸运行到工作点，如下示意图所示：电磁阀在接线方式上采用二线式接线，一端为控制信号线，一端为公共端。在设计时，为了节省布线，将相近电磁
18、阀的公共端进行短接。（如控制气动机械手的三个气缸以及推料气缸的公共端是短接在一起的）。电磁阀的控制信号线来自于 PLC 的输入端，公共线与电源输出的负端进行连接。下面以直线导轨上面的推料气缸的接线方式为例来说明一下电磁阀的接线，电磁阀的控制信号线为 Q0.0，具体的连接见下图所示：气缸处于原始状态气缸处于工作点183)步进电机的接线步进电机的控制是采用 PLC 的脉冲输出功能，对于西门子 CPU226 来说，只有数字量输出点 Q0.0 和 Q0.1 输出高速脉冲列和脉冲宽度可调的波形。因此对于步进电机的接线方式来说，脉冲端 CP 只能与 Q0.0 或 Q0.1 连接。在习惯上为了接线方便，一般
19、将 Q0.2 作为步进电机的方向控制。步进电机的公共端接电源输出的正端。步进电机为有源器件，因此在控制之前，需要外接 24V 直流电源。这样步进电机控制的接线如下所示：对于脱机电平，当输入低电平信号时，电机处于无扭矩状态，是用来保护电机运行的，在正常情况下，可以不需要接此信号。195）变频器的接线PLC 可以控制变频器的启动、停止及速度调整，其各个端子的说明如下所示：在上述各个端子当中，“3”号端是各个信号的公共端，例如为了实现电机的运行停止操作，需要将 PLC 的控制端与“5”号端相连接，另外还需要将 PLC 输出的公共端（即电源输出的负端）与“3”号端相连接。根据上述接线说明，我们以控制变
20、频器启动停止及正反转为例来讲解一下接线的操作。假设变频器的启动信号为 Q0.3，正反转的切换信号为 Q0.4，则其接线图如下所示：当PLC通过PWM功能控制变频器调速运行时，假设PLC的PWM输出端为Q0.0，PWM输出的使能端为 Q0.3，变频器的启动信号为 Q0.4，则其接线图如下所示：206）调试开关的接线为了实验方便，在每个接口板的右下方都设有调试开关区，用作手动调试时作为输入信号使用，也可作为 PLC 的模拟输入信号。开关的接线方式为二线式，其中一根为信号线，另一根为公共端。信号线与 PLC 的输入端连接，公共端与电源输出的负端进行短接。信号线与变频器的输入端连接时，公共端与电源输出
21、的正端进行短接。在设计实验单元板时，为了节省布线，将所有开关的公共端短接在一起。以一个开关的接线为例，假设开关的信号线为 I0.1，则其实际接线图如下所示：当用开关控制变频器进行启动停止控制时，其实际接线图如下：21第4章 基础入门篇4.1PLCPLC 入门知识入门知识4.1.1概述概述可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计P
22、LC 与传统的继电器逻辑相比：1.可靠性高、逻辑功能强、体积小。2.在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC 无需增加硬设备。3.随着要求的变更 PLC 对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。4.具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。PLC 与工业控制计算机相比1、PLC 继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。2、PLC 一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂
23、、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。3、PLC 的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。4.1.2PLCPLC 的系统结构的系统结构22I/OI/O扩展扩展单元单元I/OI/O扩展扩展接口接口中央处理单元中央处理单元(CPU)(CPU)输入输入接口接口输出输出接口接口限位开关限位开关手动开关手动开关编码器编码器数字开关数字开关电源电源外部外部设备设备接口接口存储器存储器系统系统程序程序用户用户
24、程序程序数数据据编程器编程器上位计算机上位计算机图形监控系统图形监控系统打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器盒式磁带机盒式磁带机条码判读机条码判读机电源电源电磁阀电磁阀继电器继电器指示灯指示灯蜂鸣器蜂鸣器234.2PLCPLC 各部分的作用各部分的作用4.2.14.2.1 CPUCPU诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集现场的状态或数据，并送人 PLC 的寄存器中。逐条读取指令，完成各种运算和操作。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。4.2.24.2.2存储器存储器系统程序存储器系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。P
25、LC 出厂前已将其固化在只读存储器 ROM 或 PROM 中，用户不能更改。用户存储器用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的 CMOS-RAM 构成，其中的存储内容可读出并更改。注意：PLC 产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。4.2.34.2.3输入输出接口电路输入输出接口电路输入接口电路输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。输出接口电路输出接口电路：采用光电耦合电路，将 CPU 处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、
26、电磁阀等外部设备的通断电。4.2.44.2.4电源电源PLCPLC 的电源的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足 PLC 的 CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多 PLC 的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。4.2.54.2.5输入输出输入输出 I I0 0 扩展接口扩展接口若主机单元的 IO 点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将 IO 扩展单元与主机相连，以增加 IO 点数。PLC 的最大扩展能力主要受 CPU 寻址能力和主机驱动能力的限制。244.34.3 PLCPL
27、C 的基本工作原理的基本工作原理与微机等待命令等待命令的工作方式不同，PLC 采用循环扫描循环扫描的工作方式CPU 从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期主要分为三个阶段一个扫描周期主要分为三个阶段：1.输入刷新阶段2.程序执行阶段3.输出刷新阶段由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为 IO 刷新阶段。实际上，除了执行程序和 IO 刷新外，PLC 还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操
28、作统称为“监视服务”。一般在程序执行后进行。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次 I0 刷新，故使系统存在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞.S7-200 PLC 系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的 CPU 模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200 除具有 PLC 基本的控制功能外，更在如下方面具有独到之处。功能强大的指令集指令内容包括
29、位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID 指令、字符串指令、时钟指令，以及和智能模块配合的专用指令等。丰富强大的通讯功能S7-200 提供了近 10 种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的 S7-200 之间的通讯到 S7-200 通过 PROFIBUS-DP 网络通讯，甚至到 S7-200 通过以太网通讯。在联网需要已日益成为必需的今天，强大的通讯无疑会使 S7-200 为更多的用户服务。可以说，S7-200 的通讯功能已经远远超过了小型 PLC 的整体通讯水平。编程软件的易用性用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读
30、读输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新25STEP7-MICRO/WIN32 编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、WINDOWS 的界面网络以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。264.44.4S7S7-200 CPU200 CPU4.4.1S7-200 CPU 的外形如下图所示：4.4.2S7-200 CPU 规格S7-200 CPU 将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量 I/O 点集成在一个紧凑的封装中，组成一个功能强大的 PLC。西门子提供多种类型的 CPU 以适应各种应用要求。不同类型的 CPU 具有不同的数
31、字量 I/O 点数、内存容量等规格参数。目前提供的 S7-200 CPU 有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226 和 CPU 226XM。S7-200 CPU 规格如表 1-1 所示列。表 1-1S7-200 CPU 规格CPU 221CPU 222CPU224CPU226CPU226XM用户程序区4K字节4K 字节8K 字节8K 字节16K 字节数据存储区2K字节2K 字节5K 字节5K 字节10K 字节CPU 内置DI/DO点数6/48/614/1024/1624/16AI/AO点数无16/1632/3232/3232/32扫描时间/1条指令037us037us037u
32、s037us037us最大DI/DO点数256256256256256位存储区256256256256256计数器256256256256计时器256256256256256时钟功能可选可选内置内置内置数字量输入滤波标准标准标准标准标准27模拟量输入滤波N/A标准标准标准标准单相4个 30KHZ4个 30KHZ6个 30KHZ6个 30KHZ6 个 20KHZ高速计数器双相2个 20KHZ2个 20KHZ4个 20KHZ4个 20KHZ4 个 20KHZ脉冲输出2个 20KHZ2 个 20KHZ2个 20KHZ2个 20KHZ2个 20KHZ通讯口1RS4851RS4851RS4852RS48
33、52RS485对于每个型号，西门子提供 DC（24V）和 AC（120220V）两种电源供电的 CPU 类型。如 CPU 224 DC/DC/DC 和 CPU 224 AC/DC/RELAY。每个类型都有各自的订货号，可以单独订货。DC/DC/DC：说明 CPU 是直流供电，直流数字量输入，数字量输出点是晶体管直流电路的类型。AC/DC/RELAY：说明 CPU 是交流供电，直流数字量输入，数字量输出点是继电器触点的类型。4.4.3扩展模块S7-200 CPU 为了扩展 I/O 点和执行特殊的功能，可以连接模块（除 CPU 221 外）。扩展模块主要有如下几类：（1）数字量 I/O 模块：（2
34、）模拟量 I/O 模块：（3）通讯模块；（4）特殊功能模块；（1）数字量 I/O 扩展模块EM221：数字量输入扩展模块。包括 3 种类型：8 点 24V DC 输入8 点 AC 120/230V输入16 点 24V DC 输入。EM222：数字量输出扩展模块，包括 5 种类型：8 点 24V DC（晶体管）输出；8 点继电器输出；8 点 AC 120/230V 输出；4 点 24V DC 输出，每点 5A；4 点继电器输出，每点 10A；EM223：数字量输入/输出扩展模块，共有 6 种类型：4 点 24V DC 输入/4 点 24V DC 输出4 点 24V DC 输入/4 点 24V 继
35、电器输出8 点 24V DC 输入/8 点 24V DC 输出8 点 24V DC 输入/8 点 24V 继电器输出16 点 24V DC 输入/16 点 24V DC 输出16 点 24V DC 输入/16 点 24V 继电器输出（2）模拟量 I/O 扩展模块EM231：模拟量输入模块，4 通道电流/电压输入；28EM232：模拟量输出模块，2 通道电流/电压输出；EM235：模拟量输入/输出模块，4 通道电流/电压输入、1 通道电流/电压输出。（3）通讯模块EM277：PROFIBUS-DP 从站通讯模块，同时也支持 MPI 从站通讯；EM241：调制解调器（MODEM）通讯模块；CP24
36、3-1：工业以态网通讯模块；CP243-1 IT：工业以态网模块，同是提供 WEB/E-MAIL 等 IT 应用；CP243-2：AS-I 主站模块，可连接最多 62 个 AS-I 从站。（4）特殊功能模块EM253：定位控制模块。它能产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环控制。294.54.5S7S7-200200 编程软件编程软件45.1安装条件STEP7-MICRO/WIN32 V3.2 可以在 MICROSOFT 公司出品的如下操作系统环境下安装：WINDOWS 95WINDOWS 98 IIVISIONWINDOWS NT,VERSION 4.0,SP6WINDOWS
37、ME EDITION;WINDOWS 2000,SP2;WINDOWS XP HOME(STEP7-MICRO/WIN32 SP3 以上版本)WINDOWS XP PROFESSIONAL(STEP7-MICRO/WIN32 SP3 以上版本)硬件要求：任何能够运行上述操作系统的 PC 或 PG（编程器）100M 硬盘空间；WINDOWS 系统支持的鼠标；推荐使用最小屏幕分辨率 1024768，小字体。45.2安装步骤关闭所有应用程序，包括 MICROSOFT OFFICE 快捷工具栏；在光盘驱动器内插入安装光盘。如果没有禁止光盘插入自动运行，安装程序会自动运行；或者在 WINDOWS 资料管
38、理器中打开安装光盘上的“SETUP.EXE”文件，然后按照安装程序的提示完成安装就行。*具体操作详见深入浅出西门子 S7-200 PLC的 P30-P34.4.5.3STEP-MICRO/WIN32 简介STEP-MICRO/WIN32 窗口元素如下图所示：浏览条指令树交叉引用数据块状态图符号表30输出窗口状态条程序编辑器局部变量表“浏览条浏览条”显示编程特性的按钮控制群组：“视图视图”选择该类别，为程序块、符号表，状态图，数据块，系统块，交叉引用及通讯显示按钮控制。“工具工具”选择该类别，显示指令向导、TD200 向导、位置控制向导、EM 253 控制面板和调制解调器扩充向导的按钮控制。注释
39、：当浏览条包含的对象因为当前窗口大小无法显示时，浏览条显示滚动按钮，使您能向上或向下移动至其他对象。“指令树指令树”提供所有项目对象和为当前程序编辑器（LAD、FBD 或 STL）提供的所有指令的树型视图。您可以用滑鼠右键单击树中“项目”部分的文件夹，插入附加程序组织单元（POU）；您可以用滑鼠右键单击单个 POU，打开、删除、编辑其属性表，用密码保护或重新命名子例行程序及中断例行程序。您可以用滑鼠右键单击树中“指令”部分的一个文件夹或单个指令，以便隐藏整个树。您一旦打开指令文件夹，就可以拖放单个指令或双击，按照需要自动将所选指令插入程序编辑器窗口中的光标位置。您可以将指令拖放在“偏好”文件夹
40、中，排列经常使用的指令。“交叉引用交叉引用”允允许您检视程序的交叉引用和组件使用信息。“数据块数据块”允许您显示和编辑数据块内容。“状态图窗口状态图窗口”允许您将程序输入、输出或变量置入图表中，以便追踪其状态。您可以建立多个状态图，以便从程序的不同部分检视组件。每个状态图在状态图窗口中有自己的标记。“符号表符号表全局变量表窗口全局变量表窗口”允许您分配和编辑全局符号（即可在任何 POU 中使用的符号值，不只是建立符号的 POU）。您可以建立多个符号表。可在项目中增加一个 S7-200系统符号预定义表。“输出窗口输出窗口”在您编译程序时提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，可双击错误讯息，会在程序
41、编辑器窗口中显示适当的网络。当您编译程序或指令库时，提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，您可以双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。“状态条状态条”提供您在 STEP 7-MICRO/WIN 32 中操作时的操作状态信息。“程序编辑器窗口程序编辑器窗口”包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD 或 STL）的局部变量表和程序视图。如果需要，您可以拖动分割条，扩充程序视图，并覆盖局部变量表。当您在主程序一节（OB1）之外，建立子例行程序或中断例行程序时，标记出现在程序编辑器窗口的底部。可单击该标记，在子例行程序、中断和 OB1 之间移动。“局部变量表局部变量表”包含您对局部变量所作的赋
42、值（即子例行程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的 POU。“菜单条菜单条”允许您使用滑鼠或键击执行操作。您可以定制“工具”菜单，在该菜单中增加自己的工具。“工具条工具条”最常用的 STEP 7-MICRO/WIN 32 操作提供便利的滑鼠存取。您可以定制每个工具条的内容和外观。4.5.4编程计算机与 CPU 通讯与 CPU 通讯，通常需要下列条件之一：（1）PC/PPI（RS-232/PPI）电缆，连接 PG/PC 的串行通讯口（COM 口）和 CPU 通讯口；（2）PG/PC 上安装 CP（通讯处理器）卡，通过
43、 MPI 电缆连接 CPU 通讯口（CP5611 卡配合台式 PC，CP5511 卡配合便携机使用）。最简单的编程通讯需要31（1）带串行 RS-232C 端口的 PG/PC，并已正确安装了 STEP7-MICRO/WIN32 的有效版本；（2）PC/PPI 编程电缆（或 USB/PPI 电缆）。4.5.5设置通讯设置 PC/PPI 电缆小盒中的 DIP 开关，设定通讯电缆的通讯波特率为 9.6K 波特。用 PC/PPI 电缆连接 PG/PC 和 CPU，将 CPU 前盖内的模式选择开关设置为 STOP，给 CPU上电。用鼠标单击浏览条上的“通讯”图标出现通讯设置窗口，如下图所示：窗口右侧显示
44、编程计算机将通过 PC/PPI 电缆尝试与 CPU 通讯，并且本地编程计算机的网络通讯地址是 0。用鼠标双击 PC/PPI 电缆的图标，出现如下窗口：单击 PC/PPI 电缆旁边的 PROPERTIES(属性)控制，可以杳看 PC/PPI 电缆连接参数。在 PPI 窗口中设置通讯速度与 PC/PPI 电缆 DIP 开关的设置一致。CPU 出厂时通讯速率的默认值为 9.6K。在 LOCAL CONNECTION 选项卡中，选择编程计算机 COM 口，其设置如下图所示：编程计算机与CPU连接的设备32设置完毕后，回到通讯窗口，双击“双击刷新”，系统就会自动找到相应的设备与之通讯。4.5.6编程S7
45、-200 CPU 通过 I/O（输入/输出）接口与外围器件联系，接受操作指令和检测各种状态，并把控制运算的结果输出。S7-200 CPU 内运行的程序实现了以前用继电器硬件连接实现的逻辑。在 S7-200 CPU 控制程序中，使用 I/O 地址来访问实际连接到 CPU 输入/输出端子的实际器件。关于程序的编辑请详见深入浅出西门子 S7-200 PLC的 P69-P85 页。334.64.6 传感器的检测技术传感器的检测技术4.6.14.6.1 传感器概述传感器概述传感器是与人的感觉器官相对应的元件。国家标准 GB 7665-87 对传感器下的定义是:“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成
46、可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。敏感元件,是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分;转换元件,是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。图 1.1 为传感器组成方块图，此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。图图 1.11.1 传感器组成方块图传感器组成方块图4.6.24.6.2传感器的分类传感器的分类传感器种类繁多,功能各异。由于同一被测量可用不同转换原理实现探测,利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器,而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域,故传感器有不同的分类法。
47、(1)根据传感器感知外界信息所依据的基本效应,可以将传感器分成三大类:基于物理效应如光、电、声、磁、热等效应进行工作的物理传感器;基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器;基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。（2)按工作原理分类,可分为应变式、电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式等传感器。(3)根据传感器使用的敏感材料分类,可分为半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等等。(4)按照被测量分类,可分为力学量传感器、热量传感器、磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传感器、液体成分传感器、离子传感器和真空传感器等等。
48、(5)按能量关系分类,可分为能量控制型和能量转换型两大类。所谓能量控制型是指其变换的能量是由外部电源供给的,而外界的变化（即传感器输入量的变化）只起到控制的作用。如用电桥测量电阻温度变化时,温度的变化改变了热敏电阻的阻值,热敏电阻阻值的变化使电桥的输出发生变化（注意电桥的输出是由电源供给的）。(6)按传感器是利用场的定律还是利用物质的定律,可分为结构型传感器和物性型传感器。二者组合兼有两者特征的传感器称为复合型传感器。场的定律是关于物质作用的定律,例如动力场的运动定律、电磁场的感应定律、光的干涉现象等。利用场的定律做成的传感器,如电动式传感器、电容式传感器、激光检测器等。物质的定律是指物质本身
49、内在性质的规律。例如弹性体遵从的虎克定律、晶体的压电性、半导体材料的压阻、热阻、光阻、湿阻、霍尔效应等。利用物质的定律做成的传感器,如压电式传感器、热敏电阻、光敏电阻、光电管等。(7)按依靠还是不依靠外加能源工作,可分为有源传感器和无源传感器。有源传感器敏敏感元件转换元件信号调节转换电路测量电路电源电量输出量被测量输入量34感元件工作需要外加电源,无源传感器工作不需外加电源。(8)按输出量是模拟量还是数字量,可分为模拟量传感器和数字量传感器。表 2.1 传感器分类下面就几种常用的的传感器来讲解一下传感器的工作原理及特性。12 光电耦合器件光电耦合器件是一种光电结合的器件。从结构上看,就是将发光
50、元件和受光元件完全封装起来,并将外部光线加以遮断的元件。常用硅光电三极管作受光部分,砷化镓发光二极管作发光部分。发光二极管不属于传感器的范围,这里略加介绍。发光二极管（LED）是靠注入 PN 结的载流子自发跃迁产生的自发辐射发光的。发射的是相干光,波长在可见光或红外光区域。发光二极管的开启电压约为 12V,发光亮度与流过管子的电流密度有关。光电耦合器件工作时,在输入端接入电信号,使发光器件发光,而受光器件管芯在此光辐射的作用下输出光电流。通过电-光、光-电两次转换,进行输入端和输出端之间的电的耦合。图 2.2 为一种光电三极管和发光二极管组合的光电耦合器件的结构和外形。35图 2.2 一种光电