2.3 Технические характеристики контроллеров и модулей ввода-вывода

В качестве контроллера, используемого для создания данной системы, выберем контроллер фирмы Siemens, а именно контроллер серии S7-414-H. Выбор данного контроллера обусловлен его производительностью, объемом памяти, а также возможностью обмена информацией с преобразователями частоты. Кроме того, для повышения надежности работы всей системы автоматизации данный контроллер выполним резервированным. Рассмотрим основные черты, характеризующие данный программно-технический комплекс.

Модули ввода-вывода будем использовать серии ET200M, фактически, это сигнальные модули контроллера S7-300. В данной серии существуют модули, предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами;

Кроме модулей ввода/вывода можно выделить также следующие модули, которые выполняются в конструктиве S7-300 и могут использоваться в качестве удаленной периферии:

- модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110В;

- коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface или организации связи по PtP (point to point) интерфейсу;

- функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов, модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК;

- интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода, контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам, все модули работают с естественным охлаждением.

Для всех вышеперечисленных модулей можно выделить следующие основные черты:

- все модули легко устанавливаются на профильную рейку DIN и фиксируются на установленных местах винтом;

- во все модули (кроме модулей блоков питания) встроены участки внутренней шины контроллера, соединение этих участков выполняется шинными соединителями, устанавливаемыми на тыльной стороне корпуса;

- наличие фронтальных соединителей, позволяющих производить замену модулей без демонтажа всех внешних соединений и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей;

- подключение внешних цепей через фронтальные соединители с контактами по винт или пружинными контактами, механическое кодирование фронтальных соединителей, исключающее возможность возникновения ошибок при замене модулей;

- применение модульных и гибких соединителей SITOP TOP Connect, существенно упрощающих монтаж шкафов управления;

- единая для всех модулей глубина установки, все кабели располагаются в монтажных каналах модулей и закрываются защитными дверцами;

- произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках, фиксированные места должны занимать только блоки питания, центральные процессоры и интерфейсные модули.

Большое количество модулей программируемого контроллера S7-300 оснащено набором встроенных интеллектуальных функций, существенно упрощающих эксплуатацию системы управления:

- мониторинг сбора сигналов (диагностика);

- мониторинг сигналов аппаратных прерываний.

Рис. 2.4. Монтаж модулей на профильной шине

Диагностика используется для определения работоспособности модулей ввода дискретных и аналоговых сигналов. Для передачи диагностической информации применяются маскируемые и не маскируемые сообщения:

- маскируемые диагностические сообщения, которые могут пересылаться только в том случае, если это разрешено соответствующими параметрами настройки;

- не маскируемые диагностические сообщения, пересылка которых производится независимо от соответствующих параметров настройки.

Если диагностическое сообщение готово к передаче (например, сообщение об отсутствии напряжения питания датчика), то модуль генерирует диагностическое прерывание (для маскируемых сообщений только в случае определения параметров разрешения передачи). Центральный процессор прерывает выполнение программы пользователя или задач с более низким приоритетом и вызывает соответствующий организационный блок (OB 82). В зависимости от типа модуля диагностические сообщения могут носить различный характер.

Более подробно программная часть системы управления будет описана ниже.

Контроллеры SIMATIC S7-400 обладают широкими коммуникационными возможностями:

- коммуникационные процессоры для подключения к сетям PROFIBUS (с встроенным оптическим или электрическим интерфейсом), Industrial Ethernet и AS-интерфейсу;

- коммуникационные процессоры PPI для использования последовательных (RS 232, TTY, RS 422/ RS 485) каналов связи;

- MPI интерфейс, встроенный в каждый центральный процессор и позволяющий создавать простые и недорогие сетевые решения для связи с программаторами, персональными ЭВМ, устройствами человеко-машинного интерфейса, другими системами SIMATIC S7/ C7/ WinAC, параметры конфигурации MPI интерфейса могут быть определены встроенными средствами STEP 7;

- центральные процессоры с встроенным интерфейсом PROFIBUS-DP.

Подключение контроллеров SIMATIC S7-400 к сети PROFIBUS-DP может производиться с помощью коммуникационного процессора или через встроенный интерфейс центрального процессора. Центральные процессоры с встроенным интерфейсом PROFIBUS-DP позволяют создавать распределенные системы автоматического управления со скоростным обменом данными между ее компонентами через сеть PROFIBUS-DP. В такой системе центральный процессор способен выполнять функции ведущего или ведомого DP-устройства. Обращение к входам-выходам устройств распределенного ввода-вывода производится теми же способами, что и к входам-выходам системы локального ввода-вывода (адреса удаленных модулей отображаются в соответствующих строках в закладке Hardware).

Рассмотрим основные модули ввода/вывода, которые будут использоваться в данной работе.

Цифровой модуль ввода SM 321

Цифровой модуль ввода SM 321; DI 16 x 24 VDC отличается следующими свойствами: 16 входов, потенциальная развязка группами по 16 каналов. Номинальное входное напряжение 24 В пост. тока. Пригоден для переключателей и 2/3/4-проводных BERO (датчиков приближения).

Схема подключения и принципиальная схема SM 321; DI 16 x 24 VDC

Рис. 2.5. Схема подключения входных сигналов

Таблица 5 Технические данные SM 321

Цифровой модуль вывода SM 322

Рис. 2.6. Схема подключения выходных сигналов

Цифровой модуль вывода SM 322; DO 16 x 24 VDC/0.5 A отличается следующими свойствами: 16 выходов, потенциальная развязка группами по 8 выходной ток 0,5 A, номинальное напряжение на нагрузке 24 В пост. тока. Пригоден для электромагнитных клапанов, контакторов постоянного тока и сигнальных ламп.

Таблица 6 Технические данные SM 322

Технические данные SM 331

Рис. 2.7. Схема подключения входных аналоговых сигналов

Таблица 7

Данные модули ввода/вывода, так же как центральный процессорный модуль, устанавливаются на специализированную профильную шину. Соединение модулей между собой осуществляется при помощи стандартных П-образных соединителей, входящих в комплект поставки каждого модуля. Подключение физических сигналов к модулям ввода осуществляется посредством фронт-штекеров. Кроме того, данная система должна включать блоки питания 220в переменного тока/24В постоянного тока, как для питания процессорного модуля и электроники модулей ввода/вывода, так и запитывания входных и выходных цепей.