 |
Лекция 5. СУ на базе программируемых контроллеров (ПК). Комплект ПК SIMATIC S 7-300
|
|
|
|
В состав ПК Simatic S7-300 в общем случае входят:
1. Профильная шина (Rack);
2. Блок питания (PS 307);
3. Процессор CPU 314 c интерфейсным кабелем;
4. Сигнальные модули (SM);
5. Функциональные модули (FM);
6. Коммуникационный процессор (CP);
7. Соединитель (Simatic Top connect);
8. Интерфейсный модуль (IM);
9. Кабель шины ProfiBus;
10.Повторитель RS-485;
11.Программатор с пакетом программ (PG или PC);
12.Операционный дисплей (OP);
13.Модуль памяти (FEPROM).
Профильная шина (Rack) - является носителем модулей для S7-300 и служит для прокладки экрана, проводов и крепления в стойках в цехах.
Блок питания (PS 307) - преобразует напряжение сети (AC 120/220В) в рабочее напряжение (DC 24В) для питания модулей S7-300, а также для электропитания цепей нагрузки сигнальных модулей. 314 - центральное процессорное устройство. Исполняет программу пользователя; даёт питание 5В на расположенную с задней стороны модулей шину S7-300; при помощи интерфейса MPI обменивается информацией с другими абонентами сети MPI. Оно может быть разных моделей и выступать в качестве ведущего или ведомого устройства: CPU - 312/312IFM/313/314/315/315-2DP.
Сигнальные модули (SM) - адаптируют различные уровни технологического сигнала к требованиям контроллера S7-300.- 321/322/323 - модули цифрового ввода (вывода).- 331/332/334 - модули аналогового ввода (вывода).- 374 - имитаторный модуль (для отладки и теста программ).
Функциональные модули (FM) - автономно работающие модули для критичных ко времени и требующих много памяти задач обработки сигнала процесса (задачи позиционирования и регулирования).
Коммуникационный процессор (CP) - разгружает CPU от задач, связанных с коммуникациями по внешней шине ProfyBus и других.
Соединитель (Simatic Top connect) - для электромонтажа имитаторного и сигнальных модулей на профильной шине (Rack).
|
|
|
Интерфейсный модуль (IM) - соединяет отдельные ряды друг с другом, если не хватает длины профильной шины (Rack).- 360/361/365 - интерфейсные модули.
Кабель шины ProfiBus - соединяет пользователей подсети MPI или ProfiBus друг с другом.
Повторитель RS-485 - для усиления сигналов в подсети MPI или ProfiBus, если длина кабеля превышает предельно допустимую.
Программатор с пакетом программ (PG или PC) - для конфигурирования, параметризации, программирования и тестирования.
Операционный дисплей (OP) - включается в сеть ProfiBus и позволяет без участия PG контролировать технологический процесс, корректировать и исправлять непредвиденные ошибки непосредственно на месте рядом с технологическим оборудованием. OP - 1/2/3 - операционные дисплеи
Модуль памяти (FEPROM) - для расширения рабочей памяти CPU. В нём хранится прикладная программа, параметры для CPU, параметры, определяющие поведение модулей. Устанавливается в слот корпуса CPU.
Все перечисленные компоненты имеют статус: минимально необходимые для работы или дополнительные функциональные.
ПОСТРОЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРА SIMATIC S7-300
Самый простой вариант конфигурации контроллера это: PG, один CPU, интерфейсный кабель PG-CPU, несколько сигнальных модулей, блок питания (всё это установлено на одной профильной шине). Такая минимальная конфигурация позволяет составлять программы, отлаживать их, и с помощью набора имеющихся модулей управлять каким-либо технологическим процессом (в пределах их возможности). Для расширения числа объектов управления, если не хватает модулей, установленных на одной шине, предусмотрена сеть в пределах одного предприятия - MPI (Multi Point Interface - многоточечный интерфейс). К этой шине через интерфейсный модуль подключаются дополнительные профильные шины. Их максимальное количество зависит от типа установленного процессора, самого интерфейсного модуля и мощности блока питания. При расширении производственной мощности, при потребности к повышенной производительности и связи между отдельными процессорами в общей технологической цепи обмена информацией есть возможность подключения к этой сети дополнительных процессорных блоков. При значительных расстояниях ставят повторители.
|
|
|
Цифровые, аналоговые и интеллектуальные модули, а также широкий спектр полевых устройств (привода, вентили и т.п.), могут быть удалены от контроллера на расстояние до 23км. Модули и полевые устройства при этом соединяются с системой автоматизации через полевую шину ProfiBus-DP, и обращение к ним происходит как к централизованной периферии. Каждый абонент в сети (любое устройство) имеет свой адрес, который присваивается программатором. Одним абонентам присваиваются высшие адреса, а остальным - простые в роли Slave-устройств.
БЛОК ПИТАНИЯ PS 307, 2А
Осуществляет питание всего контроллера напряжением 24В при токе 2А. Представляет собой высокочастотный преобразователь переменного напряжения сети в постоянное. Сначала напряжение сети выпрямляется, затем сглаживается LC-фильтром и затем подаётся на преобразователь. В состав его входят микросхемный (транзисторный или тиристорный) ключ и высокочастотный трансформатор. При его работе ключи по очереди с высокой частотой переключают первичные обмотки трансформатора, при этом во вторичной обмотке возникает переменная ЭДС, которая выпрямляется и сглаживается. После стабилизации на выходе получаем постоянное напряжение 24 вольта.
Такая двойная стабилизация и высокочастотное преобразование позволяют устранить сетевые помехи, повысить надёжность и КПД БП.
Внутри находятся предохранители по сети и по выходному напряжению.
Внешний вид блока приведён на рисунке 4.
Рис 4. Блок питания
ПРОЦЕССОР CPU 314
Характеристика:
рабочая память - 24Кб, (8 разрядов)
загрузочная память - 40Кб (расширяется до 512Кб)
скорость - 0.3мс на 1000 двоичных команд
цифровые входы/выходы - 512
аналоговые входы/выходы - 64
отображение процесса (I/O) - 128 байт
адресное пространство - фиксировано
меркеры - 2048
счётчики - 64
таймеры - 128 макс.
тактовые меркеры - 8(1 байт)
локальные данные - 1536 байт (256 на класс приоритета)
|
|
|
количество блоков (макс.) - OB, FB, FC, DB, SFC, SFB 13, 128, 128, 127, 48, 7
часы - аппаратные, питание от батареи
счётчик рабочего времени - 1
интерфейс MPI: скорость - 187.5 Кбод;
расстояния - без повторителя 50м
повторителя 1100м
повторителей 9100м
прерывания оборудования - по времени, циклические, по ошибке
максимальная конфигурация - 32 модуля на 4х носителях
питание - 24В, 0.7А на холостом ходу
Процессор имеет 4 режима работы (одинаковые для всех CPU) переключаемые ключом на передней панели CPU.
Режимы:P - CPU обрабатывает прикладную программу, ключ нельзя вынуть, программы могут считываться из CPU и записываться в него.
RUN - CPU обрабатывает прикладную программу, ключ можно вынуть (защита режима работы), программы могут быть считаны, но не могут быть изменены.
STOP - CPU не обрабатывает программу, ключ может быть вынут, можно писать и считывать программу из CPU.
MRES - общее стирание памяти (кроме реманентной).
На передней панели ряд индикаторов режимов работы CPU:(красный) - светится при сбоях аппаратуры
BATF (красный) - светится если неисправна батареяV (зелёный) - питание 5В на внутренней шине S7-300 в порядке(желтый) - резерв(зелёный) - мигает при запуске и светится при работе(жёлтый) - процессор в режиме 'STOP'. Если мигает, то CPU требует стирания.
Внешний вид процессорного модуля с описанием передней панели показан на рис. 5.
Рис. 5. Центральный процессор CPU 314
Работает CPU как процессор обыкновенной ЭВМ, но внешними устройствами для него являются модули ввода/вывода, к которым он обращается в процессе работы программы по заданному алгоритму. Рис.2. Процессор.
ИМИТАТОРНЫЙ МОДУЛЬ SM 374
Позволяет в условиях отладки программы без подключения к технологическому оборудованию проверить правильность и корректность работы контроллера, имитируя другие работающие блоки, для чего необходимо конфигурировать его соответствующим образом.
Характеристика:
питание - 5В по внутренней шине, при токе 0.08А
входы - 8 или 16
выходы - 8 или 16
входы/выходы - 8 входов и 8 выходов устанавливаются переключателем на корпусе (рис. 3).
Имитаторный модуль работает без подключения к нему каких либо устройств. Он может работать в 3-х режимах:
|
|
|
16 входов - имитация 16-и входового цифрового модуля. Переключатели имитируют входные сигналы (0 или 1);
16 выходов - имитация 16-и выходного модуля, наличие сигнала на выходе индицируется соответствующим светодиодом на передней панели модуля (светится = 1, погашен = 0);
8 входов/ 8 выходов - верхние 8 индикаторов работают как выходные (их выключатели неактивны), а нижние выключатели - как 8 входных данных (их индикаторы показывают наличие сигнала на входе).
Номера элементов соответствуют разрядам байта, получаемого или выдаваемого в коммутационный порт модуля.
Внешний вид модуля показан на рис. 6.
Рис. 6. Имитаторный модуль
МОДУЛЬ ЦИФРОВОГО ВВОДА SM 321
Этот модуль предназначен для подключения к нему датчиков технологического оборудования и цепей сигналов управления.
Характеристика:
питание - 5В по внутренней шине, 0.025А
24В по внешней шине, 0.025А
входы - 16
входные уровни - '0' = от -3В до +7В
'1' = от +14В до +30В, ток 7мА
защита входов - оптронная с питанием от 24В
крепление проводов - на фронтштекере винтами
длина проводов - в экране 1000м, без экрана 600м.
Электрическая принципиальная схема модуля и схема входа представлена на рис. 7.
Рис. 7. Модуль цифрового ввода
Работает модуль следующим образом: при подачи на вход (ключ К) сигнала «1», резисторный делитель R1 и R2 уменьшает его значение с 24В до 3В и он поступает на светодиод VD2 и транзисторный оптрон Т1. Диоды начинают светиться. VD2 находится на корпусе модуля, и по нему мы судим о наличии входного сигнала, а диод в оптроне своей ЭДС открывает транзистор и уже с него сигнал уходит во внутреннюю шину модуля. Диоды VD1,VD3 и VD4 защищают вход от неправильной подачи питания Е и от отрицательного напряжения на входе.
Крепёжные винты необходимы для крепления проводов с входными сигналами. Винты находятся на съёмном фронтштекере. Такая его конструкция облегчает подвод проводов и их крепление.
|
|
|
