西门子PLC的网络是适合不同的控制需要制定的,也为各个网络层次之间提供了互连模块或装置,利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络。西门子S7系列PLC网络采用3级总线复合型结构,底一级为远程I/O链路,负责与现场设备通信,在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制。中间一级为Profibus现场总线或主从式多点链路。前者是一种新型现场总线,可承担现场、控制、监控三级的通信,采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式;后者为一种主从式总线,采月主从轮询式通信。高一层为工业以太网,它负责传送生产管理信息。在工业以太网通信协议的下层中配置以802.3为核心的以太网协议,在上层向用户提供TF接口,实现AP协议与MMS协议。
PLC要提供金字塔功能或者说要实现NBS或ISO模型要求的功能,采用单层子网显然是不行的。因为不同层所实现的功能不同,所承担的任务的性质不同,导致它们对通信的要求也就不一样。在上层所传送的主要是些生产管理信息,通信报文长,每次传输的信息量大,要求通信的范围也比较广,但对通信实时性的要求却不高。而在底层传送的主要是些过程数据及控制命令,报文不长,每次通信量不大,通信距离也比较近,但对实时性及可靠性的要求却比较高。中间层对通信的要求正好居于两者之间。
PLC网络的分级与生产金字塔的分层不是—一对应的关系,相邻几层的功能,若对通信要求相近,则可合并,由一级子网去实现。采用多级复合结构不仅使通信具有适应性,而且具有良好的可扩展性,用户可以根据投资情况及生产的发展,从单台PLC到网络、从底层向高层逐步扩展。下面列举几个有代表性公司的PLC网络结构。在实际应用中,IEC 定时器和 SIMATIC 定时器的使用是习惯问题。
SIMATIC 定时器从 S5 系列时就开始使用;IEC 定时器在 SIMATIC S7-
300/400 PLC 上才开始使用,且必须带有背景数据块,类型也少。S7-1500
PLC 增加了 IEC 定时器指令,应用多重背景数据块,与触摸屏之间的数据转
换比较方便。
SIMATIC ET 200MP 具有一种可变和可扩展的站设计。大组态为 30 个 I/O 模块,每个站多 512 输入字节和多 512 输出字节。
由于 SIMATIC ET 200MP 十分紧凑,可顺利安装在 SIMATIC S7-300 PLC 或 ET 200M I/O 系统的现有安装空间内。
接口模块和各 I/O 模块的总宽度为 35 mm,还提供了宽度为 25 mm 的模块。
使用 U 型连接器,可方便地将各模块连接在一起,从而节省安装时间。可以安装在 S7-1500 铝制导轨上。可以订购各种长度的导轨(包括 2 米导轨),并可根据需要截短以佳利用可用的空间。借助于集成式 DIN 导轨,可以卡装很多标准部件,如附加端子、小型断路器或小型继电器。
作为一种选择,可以使用有源背板总线代替 U 形连接器。 每当需要高工厂可用性(例如 24/7 全天候)时,都可以使用此功能。 像 U 形连接器一样,有源背板总线安装在常规 S7-1500 铝导轨中,然后安装模块。 提供带有用于 I/O 模块的 4、8 和 12 插槽型。
I/O 信号是通过 40 针前连接器连接的。此端子可以连接截面积为 0.25 mm2 至 1.5 mm2(AWG 24 至 AWG 16)的导线。带有螺钉型端子和推入式端子的前连接器适用于 35 mm 模块;带有推入式端子的前连接器适用于 25 mm 模块。
为了对前连接器进行简易接线,可将连接器设置到“预接线位置”。在此位置,连接器尚未与模块接触。此位置还可用于在运行过程中进行改动。用户可借助于前盖内侧的一个印制电缆连接图进行连接。
机械编码可防止意外的不正确插入将电路破坏。所得到的是一个故障安全性更高的系统。
SIMATIC ET 200MP I/O 的 IM155-5 PN ST 和 IM 155-5 PN HF 接口模块可确保一个站可配有多 12 个 I/O 模块。通过添加系统电源 (PS),可在一个站内运行多 30 个 I/O 模块。因此,无需调整和重新组态 PROFINET 网络,即可简易改装 I/O 模块。
接口模块 IM155-5 DP ST (PROFIBUS) 和 IM 155-5 PN BA (PROFINET) 不需要系统电源 (PS)。在这种情况下,可在一个站内运行多 12 个 I/O 模块。
提供有标签条,用于 SIMATIC ET 200MP I/O 模块。可使用标准激光打印机来打印这些 DIN A4 印刷纸上的标签。无需再次输入符号或地址,即可从 TIA Portal 生成自动打印输出。这些标签条的设计形式可确保在标签与通道或诊断显示屏之间进行 1:1 分配。前盖打开时,标签与端子之间的这种 1:1 分配将会保留。
接口模块接口模块用于将 SIMATIC ET 200MP 连接到 PROFINET 或 PROFIBUS,并在上位 PLC 与 I/O 模块之间交换数据。
I/O 模块以下模块类型在 SIMATIC ET 200MP 上使用:
数字量输入模块;16、32或 64 个通道;24 V DC;230 V AC;漏/源输入;通用大范围模块 24 V ... 125 V
数字量输出模块;8、32、16 或 64 个通道;24 V DC;230 V AC;额定电流 0.3 A、0.5 A、1 A、 2 A 或 5 A/通道;通用大范围模块 24 V - 125 V
模拟量输入模块;4、8 或 16 通道;测量类型:电流、电压、电阻、电阻温度计;热电偶
模拟量输出模块;2、4 或 8 通道;输出范围:电流、电压
特别要注意具有 62.5 µs (AI) 或 125 µs (AQ) 极短转换时间(8 个通道)的高速 (HS) 模拟量模块
用于计数和定位的工艺功能模块
所选模块的集成工艺功能,如计数、PWM 或开关次数计数器
用于 IO-Link 和点到点通信的通信模块
所选的模拟量输入模块适合航空或汽车工业中符合 AMS2750E 和 CQI-9 标准的应用
所选数字量输出模块根据 SILCL 2、通过外部 3SK ... 安全继电器执行的安全负载组关断
用于安全应用的·F 模块:F-DI 16x24VDC 和 F-DQ 8x24VDC/2A PPM
提供了各种模块等级,可使用户在其应用中实现佳扩展。模块本身通过标签进行相应标记:
BA(基本型):简易低成本模块,无诊断功能,没有参数
ST(标准型):模块与模块的颗粒或负载组颗粒诊断和参数,如果适用的模拟模块:准确度等级 0.3 %
HF(高性能型):具有与通道的颗粒诊断和参数设置的模块;对于模拟量模块:准确度等级 0.1 %,抗扰度和电流隔离程度提高
HS(高速型):具有极短滤波和转换时间的模块适用于超高速应用;例如,转换时间为 125 µs 的 8 通道模拟量模块
功能某些模块具有扩展功能,便于简单、经济地集成到工艺功能中。
借助于两个高性能型数字量输入模块,可在16 点或 32 点输入中的两点输入上,以高 3 kHz 频率方便地采集计数脉冲。
两个 24 V 高性能型数字量模块每个通道具有一个集成分断次数计数器,可以捕获所连接执行器的分断次数。这意味着,可以在工作寿命结束之前对它们进行更换以避免停机并提高工厂可用性。这两个继电器模块还具有一个内置计数器,用于记录集成继电器的动作次数。 当达到用户定义的限制时,将触发维护警报,并且用户可以根据需要更换模块,以防止其因磨损而损坏(预防性维护)。
2 A 数字量输出模块具有两个通道,可用于高频率为 500 Hz 的脉宽调制 (PWM)。
模拟量模块还提供有扩展功能:
为了使信号序列具有更精细的分辨率,可通过等时同步模式下的“过采样”来提高时间分辨率。
通过“测量范围定标”功能,可将围绕某个特定工作点的测量信号分辨到几个小数位。
使用“实测值标度”,可以将一个工艺变量直接分配给模块的模拟值。转换是直接在模块中完成的,从而节省 CPU 中的电能和循环时间。