西門子6ES7 221-1BH22-0XA8 西門子6ES7 221-1BH22-0XA8
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S7-200數(shù)據尋址
- 如何調用開關量或模擬量信號?
- 怎樣讀取數(shù)據?
- 怎么使用輸入信號?
- 如何輸出控制?
- ……
上述問題都是關于如何訪問、使用數(shù)據的問題,也就是所謂“尋址”。
訪問S7-200中的數(shù)據
S7-200從外部接收信號輸入(輸入數(shù)據),在內部按照用戶程序運算、處理后,再輸出進行各種控制、顯示。
物理的輸入/輸出信號,在S7-200 CPU內部是以輸入/輸出映象區(qū)的形式對應。除此之外,CPU內部也有各種數(shù)據區(qū)域,如變量區(qū)(V存儲區(qū)),定時器、計數(shù)器數(shù)據等。
S7-200中的數(shù)據類型
在S7-200 PLC系統(tǒng)中,數(shù)據可以被:
- 從一個地址傳送到另一個地址
- 進行邏輯和數(shù)學運算
- 在編程軟件上設置、查看
- 被其他設備訪問,如在HMI(人機界面)上顯示
- 作為通信消息從一個設備傳送到另一個設備
- ……
要進行上述數(shù)據處理,需要:
- 在直接使用數(shù)據處理的指令時,數(shù)據地址。所謂指令的“操作數(shù)”基本都是以數(shù)據地址的形式給出
- 在編程軟件中查看、設置數(shù)據,或者在HMI配置軟件中變量(Tag)對應的數(shù)據時,地址
總之,所有數(shù)據,在S7-200中都是通過地址訪問。
凡S7-200中能夠訪問的數(shù)據都有地址,地址是訪問所有數(shù)據的依據,訪問數(shù)據的過程本身就是“尋址”。
《S7-200系統(tǒng)手冊》上關于PLC概念的第四章,其中對于S7-200中數(shù)據尋址的敘述非常好,建議初學者必讀!
幾乎所有的指令、功能都與各種形式的尋址有關,不弄清楚數(shù)據尋址會給工作帶來*的困難。
S7-200 CPU的集成I/O和擴展I/O尋址
在S7-200中,輸入/輸出點的地址只與其在系統(tǒng)中的物理位置有關。
各種類型的I/O按照各自的種類,如數(shù)字量輸入(I)、數(shù)字量輸出(Q)、模擬量輸入(AI)、模擬量輸出(AQ)信號,分別排列地址。
S7-200編程時不必配置I/O地址。
S7-200擴展模塊上的I/O地址按照離CPU的距離遞增排列。離CPU越近,地址號越小。
在模塊之間,數(shù)字量信號的地址總是以8位(1個字節(jié))為單位遞增。如果CPU上的物理輸入點沒有*占據一個字節(jié),其中剩余未用的位也不能分配給后續(xù)模塊的同類信號。
模擬量輸出模塊總是要占據兩個通道的輸出地址。即便有些模塊(EM235)只有一個實際輸出通道,它也要占用兩個通道的地址。
在編程計算機和CPU實際聯(lián)機時,使用Micro/WIN的菜單命令“PLC > Information”,可以查看CPU和擴展模塊的實際I/O地址分配。
一個CPU和擴展I/O尋址的例子:
圖1. I/O地址排列舉例
《S7-200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊》
本手冊涉及S7-200系列全部產品,幾乎涵蓋了所有相關知識點。如果想系統(tǒng)的了解S7-200,在具備了一定的 PLC 背景知識后,依據章節(jié)閱讀。
A. 硬件信息:第三章-S7-200 的安裝,附錄A-硬件規(guī)范:詳細電氣規(guī)范及接線圖,模塊基本信息與可選卡件,附錄B-電源定額計算;
B. 編程:*、二章:軟件使用簡介,第四、五章:基本知識(數(shù)據存儲原理-低位高字節(jié),軟件基本功能),第六章:指令集(在編程之初,zui先參考的就是第六章-存儲器范圍及特性,然后就是具體指令的使用);第十三章-配方,第十四章-數(shù)據歸檔,第十五章-PID;
C. 通訊:第七章-網絡通訊,第十章-EM241調制解調模塊,第十一章-與西門子的Micromaster驅動器的USS通訊,第十二章-Modbus RTU 通訊;
D. 調試:第八章-硬件故障診斷指南和軟件調試工具,附錄C-錯誤代碼,還有具體指令的錯誤代碼詳細信息(在指令的講解章節(jié)均有錯誤代碼介紹),某些SMB標志位信息(如SMB200-549智能模塊狀態(tài)信息);
E. 擴展功能:第九章:運動控制-CPU本體輸出-PTO/PWM向導,或PLS語句編程,EM253位控模塊使用;附錄D-特殊存儲器(SM)標志位:提供大量的狀態(tài)和控制功能;
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(2)產品支持(產品相關的文檔資料以及產品本身的詳細信息),可以通過直接搜索產品的訂貨號查詢,這里提供各個產品的生命周期、市場信息、產品更新信息以及詳細技術參數(shù)。如圖所示:
通過產品生命周期管理的狀態(tài)顯示,可以查詢到此產品當前的狀態(tài),如該產品已經取消,此時用戶點擊此鏈接,就可以查到后續(xù)替換型號。在技術/CAx數(shù)據頁面里可以查看產品詳細技術信息,在文檔頁面里可以看到相關的技術文檔。
模擬信號是指在一定范圍內連續(xù)的信號(如電壓、電流),這個“一定范圍”可以理解為模擬量的有效量程。在使用S7-200模擬量時,需要注意信號量程范圍,撥碼開關設置,模塊規(guī)范接線,指示燈狀態(tài)等信息。
本文中,我們按照S7-200模擬量模塊類型進行分類介紹:
1.AI 模擬量輸入模塊?
2.AO模擬量輸出模塊?
3.AI/AO模擬量輸入輸出模塊
4.常見問題分析
首先,請參見“S7-200模擬量全系列總覽表”,初步了解S7-200模擬量系列的基本信息,具體內容請參見下文詳細說明:
AI 模擬量輸入模塊
A. 普通模擬量輸入模塊:
如果,傳感器輸出的模擬量是電壓或電流信號(如±10V或0~20mA),可以選用普通的模擬量輸入模塊,通過撥碼開關設置來選擇輸入信號量程。注意:按照規(guī)范接線,盡量依據模塊上的通道順序使用(A->D),且未接信號的通道應短接。具體請參看《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》的附錄A-模擬量模塊介紹。
4AI EM231模塊:
首先,模擬量輸入模塊可以通過設置撥碼開關來選擇信號量程。開關的設置應用于整個模塊,一個模塊只能設置為一種測量范圍,且開關設置只有在重新上電后才能生效。也就是說,撥碼設置一經確定后,這4個通道的量程也就確定了。如下表所示:
注:表中0~5V和0~20mA(4~20mA)的撥碼開關設置是一樣的,也就是說,當撥碼開關設置為這種時,輸入通道的信號量程,可以是0~5V,也可以是0~20mA。
8AI EM231模塊:
8AI的EM231模塊,第0->5通道只能用做電壓輸入,只有第6、7兩通道可以用做電流輸入,使用撥碼開關1、2對其進行設置:當sw1=ON,通道6用做電流輸入;sw2=ON時,通道7用做電流輸入。反之,若選擇為OFF,對應通道則為電壓輸入。
注:當?shù)?、7道選擇為電流輸入時,第0->5通道只能輸入0-5V的電壓。
B. 測溫模擬量輸入模塊(熱電偶TC;熱電阻RTD):
如果,傳感器是熱電阻或熱電偶,直接輸出信號接模擬量輸入,需要選擇特殊的測溫模塊。測溫模塊分為熱電阻模塊EM231RTD和熱電偶模塊EM231TC。注意:不同的信號應該連接至相對應的模塊,如:熱電阻信號應該使用EM231RTD,而不能使用EM231TC。且同一模塊的輸入類型應該*,如:Pt1000和Pt100不能同時應用在一個熱電阻模塊上。
熱電偶模塊TC:
EM231 TC支持J、K、E、N、S、T和R型熱電偶,不支持B型熱電偶。通過撥碼設置,模塊可以實現(xiàn)冷端補償,但仍然需要補償導線進行熱電偶的自由端補償。另外,該模塊具有斷線檢測功能,未用通道應當短接,或者并聯(lián)到旁邊的實際接線通道上。?
熱電阻模塊RTD:
熱電阻的阻值能夠隨著溫度的變化而變化,且阻值與溫度具有一定的數(shù)學關系,這種關系是電阻變化率α。RTD模塊的撥碼開關設置與α有關,如下圖所示,就算同是 Pt100,α值不同時撥碼開關的設置也不同。在選擇熱電阻時,請盡量弄清楚α參數(shù),按 照對應的撥碼去設置。具體請參看《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》的附錄A-熱電偶和熱電阻擴展模塊介紹。
EM231 RTD模塊具有斷線檢測功能,未用通道不能懸空,接法方式如下:
(1)請將一個電阻按照與已用通道相同的接線方式連接到空的通道,注意:電阻的阻值必須和RTD的標稱值相同;
(2)將已經接好的那一路熱電阻的所有引線,一一對應連接到空的通道上。
因為熱電阻分2線制、3線制、4線制,所以RTD模塊與熱電阻的接線有3種方式,如圖所示。其中,精度zui高的是4線連接,精度zui低的是2線連接。
提示:
(1). 在STEP7 Micor/WIN軟件中(S7-200的編程軟件),對于模擬量輸入通道設有軟件濾波功能,如圖所示,具體請參見《S7-200 • LOGO• SITOP 參考》->系統(tǒng)塊-模擬量濾波。
但是,在系統(tǒng)塊中設置模擬量通道濾波時,RTD和TC模塊占用的模擬量通道,應禁止濾波功能。
(2) EM231 TC和RTD模塊上,均有24V電源指示燈和SF故障指示燈。如圖所示:(a)若24V電源指示燈=OFF,則說明該模塊沒有24V工作電源;(b)若SF紅燈閃爍,原因可能是:模塊內部軟件檢測出外接斷線,或者輸入超出范圍。
注:具體請參見:《S7-200 • LOGO• SITOP 參考》->EM231 RTD/EM231 TC。
AO模擬量輸出模塊
S7-200的擴展模塊里,分別有2路、4路的模擬量輸出模塊EM232。根據接線方式(M-V或M-I)選擇輸出信號類型,電壓:±10V,電流:0~20mA(4~20mA)。
AI/AO模擬量輸入輸出模塊
(A) CPU模塊本體集成的2路AI和1路AO
S7-200只有CPU 224XP和CPU224XPsi,本體集成有模擬量通道。其中,2路AI是:電壓信號±10V,1路AO是:電壓信號0~10V;或者電流信號0~20mA(4~20mA),輸出信號類型可以通過硬件接線來選擇。
(B) EM235模擬量輸入輸出模塊
EM235模塊有4路AI和1路AO。通過撥碼開關設置來選擇4路AI通道的輸入信號程,如下表所示,這個模塊可以測量毫伏級(mV)的信號;1路AO是:電壓信號 ±10V;或電流信號0~20mA(4~20mA),可以根據硬件接線方式(M-V或M-I)選擇輸出信號類型。
注:模塊上的電位計是用來調節(jié)輸入信號和轉換數(shù)值的放大關系,在模塊出廠時已經設置好了,如無需要,請不要隨意更改。
常見問題分析
A.模擬量輸入與數(shù)字量的對應關系:
模擬量信號(0~10V,0~5V或0~20mA)在S7-200 CPU內部用0~32000的數(shù)值表示(注:4~20mA對應6400~32000),這兩者之間有一定的數(shù)學關系,如圖所示:
B.模擬量模塊的硬件接線介紹
(1)CPU 224 XP集成有2路電壓輸入,接線方法見a:分別為A+和M、B+和M,此時只能輸入±10V 電壓信號。
CPU 224XP還集成有1路模擬量輸出信號。電流輸出如圖b,將負載接在I和M端子之間;電壓輸出如圖c,將負載接在V和M端子之間。
(2)模擬量輸入的接線方式
以4AI EM231模塊為例,分別介紹電壓、電流型輸入信號的接線方式,如圖所示。注意:此接線圖是一個示意圖,表述的是不同的接線方式,并不是指該模塊只有A通道可以接入電壓,B通道必須懸空,C和D通道只能接入電流。
當您的信號為電壓輸入時可以參考接線方法a,以此類推。
方式a. 電壓輸入方式:信號正接A+;信號負接A-;
方式b. 未用通道接法(不要懸空):未用通道需短接,如B+和B-短接;
方式c. 電流輸入方式(四線制):信號正接C+,同時C+與RC短接;信號負接C-,同時C-和模塊的M端短接。
方式d. 電流輸入方式(兩線制):信號線接D+,同時D+與RD短接;電源M端接D-,同時和模塊的M端短接。
注:具體請參見:《S7-200 • LOGO• SITOP 參考》->模擬量模塊接線。
(3)電流型信號輸入接線方式
電流型信號的接線方式,分為四線制、三線制、二線制接法。這里討論的“幾線制”,是以傳感器或儀表變送器是否需要外供電源來區(qū)別的,而并不是指EM231模塊需要幾根信號線,或該變送器的信號線輸出。
a. 四線制-電流型信號的接法:
四線制信號是指信號設備本身外接供電電源,同時有信號+、信號-兩根信號線輸出。供電電源可有220VAC或24VDC,接線如圖所示:
b. 三線制-電流型信號的接法:
三線制信號是指信號設備本身外接供電電源,只有一根信號線輸出,該信號線與電源線共用公共端,通常情況是共負端的。接線如圖所示:
注:若設備的24VDC供電電源與EM231模塊的供電電源不是同一個電源,那么,需要將模塊的M端與該通道的負端引腳短接(如,M和C-短接)。這是為了使模塊與測量通道工作在同一的參考電壓,也就是等電位。下面的二線制接法同理。
c. 二線制-電流型信號的接法:
二線制信號是指信號設備本身只有兩根外接線,設備的工作電源由信號線提供,即其中一根線接電源,另一根線是信號輸出。接線如圖所示:
C.224XP本體集成的AI,能否接電流信號0~20mA?
首先,這兩路模擬量輸入通道可以接收±10V的電壓信號,不能直接接收電流信號。若使用該通道接收電流信號,會有一定的風險,可能導致測量的不準確或模塊的損壞等等。具體說明請點擊 查看
D.如何對 S7-200 的 CPU224XP 和擴展模塊 EM 231, EM 232 及 EM 235 的模擬量值進行比例換算?
S7-200模擬量輸入通道所采集的信號,是以0~32000中的數(shù)值表示,存儲在AIW中。也就是說,這個數(shù)值與實際的物理量之間,存在一定的比例換算關系。
S7-200與S7-200之間有哪些通信方式
S7-200與S7-200之間的通信方式靈活多樣,常用的通信方式有如下四種:
• 網絡讀寫(PPI)通信
• 以太網通信
• 網Modem通信
• MD720-3 無線通信
提示:除了以上方式,您也許會想到Modbus通信和自由口通信。這兩種方式可以用于S7-200之間的數(shù)據交換,但是不是我們*的常用通信方式。因為使用Modbus通信和自由口通信時您需要編寫大量的程序,并無法很好的保證通信的準確性和實時性,Modbus 通信和自由口通信是常用于S7-200CPU與第三方設備或儀表之間的數(shù)據交換方式。
1.1 網絡讀寫(PPI)通信
PPI 協(xié)議是S7-200的主從通信協(xié)議.利用此方式可以實現(xiàn)S7-200與S7-200間的數(shù)據交換。這種通信方式利用CPU集成通信口即可實現(xiàn),配置簡單。通信中,主站設備將請求發(fā)送至從站設備,然后從站設備進行響應。具體如下圖所示:
實現(xiàn)網絡讀寫(PPI)通信可以使用以下兩種方法:
*,使用Step 7 Micro/Win編程軟件中指令向導中的NETR/NETW向導;
?
具體方法和相關注意事項請參考《西門子 S7-200•LOGO!•SITOP 參考》(更新版)S7-200 PLC->通信->網絡讀寫(PPI)通信。
第二,使用NETR/NETW指令,需要客戶自己編寫程序實現(xiàn)。
詳細的編程設置及例子程序請參考《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》第6章S7-200指令集->通信指令->網絡讀寫指令。
提示: NETR/NETW向導使用簡單,不用大量編程,只需按照向導步驟設置參數(shù),因此不易出錯。*采用向導的方法實現(xiàn)網絡讀寫(PPI)通信。
使用網絡讀寫(PPI)通信時需要注意以下幾點:
*,只有PPI主站需要配置或編程,從站不需要配置;
第二,主站既可以讀寫從站的數(shù)據,也可以讀寫另一個主站的數(shù)據;
第三,在一個PPI網絡中,與一個從站通信的主站的個數(shù)沒有限制,但是一個網絡中主站的個數(shù)不能超過32個;
第四,由于S7-200 CPU集成的通信口是非隔離的。因此在一個PPI通信網絡中,一個網段的距離不能超過50米。如果通訊距離超出50m,應在通信網絡中使用中繼器。如下所示:
提示:在上圖中,通常擴展一個中繼器可延長通信網絡50米,但如果擴展一對中繼器,并且它們之間沒有任何節(jié)點,中繼器之間的距離可達到1000米。
在網絡中使用中繼器的具體方法可參考《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》第7章 網絡通信->網絡的建立->在網絡中使用中繼器
1.2 以太網通信
S7-200PLC可以通過智能擴展模塊CP243-1連接至工業(yè)以太網中。這樣,S7-200之間就可以通過以太網進行數(shù)據交換,如下圖所示:
使用以太網通信需要注意以下幾點:
*,S7-200與S7-200之間采用以太網通信方式必須增加CP243-1以太網通信模塊,且一個S7-200CPU只能連接一個CP243-1擴展模塊;
第二,CP243-1不是即插即用模塊,需先通過Step 7 Micro/Win編程軟件對其組態(tài);
第三,CP243-1可同時與zui多8個以太網S7控制器通信,即建立8個S7連接。
更多關于CP243-1模塊的使用問題可參考文檔《S7-200 以太網模塊系列 CP243-1》
以太網通信請參考《西門子 S7-200•LOGO!•SITOP 參考》V0.95版(更新版)S7-200 PLC->通信->以太網通信(CP243-1)
S7-200與S7-200之間的以太網通信編程可參考《CP243-1快速入門》《以太網模塊技術手冊》
1.3 網Modem通信
S7-200與S7-200之間的網Modem通信常用于異地通信,在S7-200與S7-200的本地通信中不常用。
如下圖所示:網Modem是通過S7-200 CPU的擴展模塊EM241調制解調器模塊來實現(xiàn)的。在公共網或小交換機的模擬音頻系統(tǒng)中,使用線連接EM241上標準的RJ11接口,對EM241 進行相應的配置編程即可實現(xiàn)S7-200 CPU之間的數(shù)據讀取或寫入。
網Modem通信(EM241)請參考《S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》第10章創(chuàng)建調制解調模塊程序
網Modem通信注意事項請參考《西門子 S7-200•LOGO!•SITOP 參考》V0.95版(更新版)S7-200 PLC->通信->網Modem通信(EM241)
EM241與EM241之間的通信編程請參考《EM241快速入門》
1.4 MD720-3 無線通信
MD720-3無線通信也常用于異地通信,在S7-200與S7-200之間的本地通信中不常用。如有需要通信的模塊在異地或現(xiàn)場不適宜布線等原因,可考慮采用此通信方式。
S7-200與S7-200之間通過MD720-3無線通信模塊可以實現(xiàn)以下兩個功能:
• 終端模式:短消息功能
• OPC模式: 數(shù)據交換功能。
*,如下圖所示:MD720-3 終端模式用于S7-200與S7-200之間互相收發(fā)短信。此通信方式不需要OPC中心站,只需要在需要通信的每個S7-200 CPU右側都擴展MD720-3無線通信模塊,配置天線﹑西門子PC/PPI串口電纜等硬件,并且在MD720-3模塊中插入SIM卡。
終端模式需要的硬件軟件配置﹑庫指令的下載及編程請參考《S7-200 PLC 通過MD720-3 發(fā)送短消息》
第二,如下圖所示:MD720-3 OPC模式用于S7-200與S7-200之間進行數(shù)據交換。此通信方式除了配置以上與終端模式相同的硬件之外,還必須配置OPC中心站,即必須使用SINAUT MICRO SC OPC服務器軟件和OPC客戶機軟件。
OPC模式需要的硬件軟件配置請參考《SINAUT MD720-3的GPRS通信》
OPC模式編程的庫指令 下載
MD720-3 OPC 模式編程請參考《SINAUT MD720-3功能塊編程入門》
更多信息請參考《MD720-3技術手冊》
2. 如何選擇用于S7-200與S7-200之間的通信方式
針對以上常用的四種通信方式,我們該如何選用S7-200與S7-200之間的通信方式呢? 根據現(xiàn)場實際需求及通信模塊的使用條件,我們提供以下幾種參考:
• 如果需要進行通信的S7-200 CPU集成的通信端口未被占用,S7-200 CPU模塊都在本地,通信距離不遠,且通信速率要求不高,那么可選用網絡讀寫(PPI)通信;
• 如果需要進行通信的S7-200 CPU集成的通信端口已被占用,或通信距離較遠甚至達到幾千米,或通信速率要求達到M bits/s,那么可選用以太網通信;
• 如果需要進行通信的S7-200 CPU模塊分布在相距很遠的異地,并且模塊之間數(shù)據交換量不大,實時行要求不高,我們可考慮選用網Modem通信;
• 如果需要進行通信的S7-200 CPU模塊相互之間要求有短消息收發(fā)或實時性不高的數(shù)據交換,并且現(xiàn)場環(huán)境不適宜布線,或模塊相距很遠或分布在異地,且現(xiàn)場環(huán)境滿足GPRS條件,那么可選用MD720-3 無線模式。