Лекция 5 Интерфейсный модуль (IM)

СУ на базе программируемых контроллеров (ПК). Комплект ПК SIMATIC S7-300.

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.

CPU 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.

SM - 321/322/323 - модули цифрового ввода (вывода).

SM - 331/332/334 - модули аналогового ввода (вывода).

SM - 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).

IM - 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

2 повторителя 1100м

10 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:

RUN-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:

SF (красный) - светится при сбоях аппаратуры

BATF (красный) - светится если неисправна батарея

DC5V (зелёный) - питание 5В на внутренней шине S7-300 в порядке

FRCE (желтый) - резерв

RUN (зелёный) - мигает при запуске и светится при работе

STOP (жёлтый) - процессор в режиме 'STOP'. Если мигает, то CPU требует стирания.

Внешний вид процессорного модуля с описанием передней панели показан на рис. 2.

Рис. 2. 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).

Имитаторнный 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. 3.

Рис. 3. 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. 4.

Рис. 4. 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.