西门子CPU226可编程控制器6ES7216-2BD23-0XB8

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SIEMENS 上海隆彦自动化科技有限公司

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S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有*的性能/价格比。西门子CPU226可编程控制器6ES7216-2BD23-0XB8

本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。

CPU221

本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，zui大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。
CPU222

本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，zui大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。
CPU224

CPU 224 XP

本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，zui大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可*适应于一些复杂的中小型控制系统。

自动化领域的当前发展主流趋势是基于PLC集成的解决方案。在实现若干复杂工艺功能和运动控制的应用中，基于PLC的机电一体化1）解决方案得到了迅速的推广，它既能为用户提供更加灵活和更加效能的机械设备，也能大大地节约制造成本。因此，机电一体化的理念正逐渐地贯彻到越来越多的项目规划和产品设计中。
在机电一体化方案中，注重运动控制的工艺功能在自动化系统和驱动系统中得到了广泛的应用。西门子的Technology CPU（或称T CPU）实现了在一个SIMATIC CPU中集成工艺和运动控制功能，它不仅可*地执行开环控制和运动控制的任务，而且能*集成在SIMATIC产品家族和TIA（Totally Integrated Automation，全集成自动化）环境之中。
作为新的SINAMICS驱动家族的一员，SINAMICS S120是满足机器和工厂框架中高性能要求的模块化驱动系统。S120提供了高性能的单轴和多轴驱动，凭借其扩展性和灵活性，可广泛应用在众多行业。

1）机电一体化（Mechatronics），结合了机械工程、计算机技术和电子技术的综合性学科，常用于制造业的设计和开发工作。

1.2 Technology CPU产品介绍
目前西门子提供了三款T CPU（如图1）供用户选择：315T-2DP、317T-2DP和317TF-2DP。CPU 315T-2DP/CPU 317T-2DP应用在运动控制和标准控制相结合的典型应用中；CPU317TF-2DP除了包含了以上两款产品的所有功能，还提供了额外的故障安全功能，可应用在标准控制、运动控制和安全相关控制相结合的综合应用之中。

图1 T CPU产品家族

T CPU包括以下部分：

• SIMATIC CPU 31x-2DP
• 符合PLCopen认证的运动控制功能
• 工艺组态（工艺对象、轴组态、工艺工具等）

系统提供预编程的符合PLCopen认证的功能块简化了用户的编程工作。STEP 7选件包S7-Technology可用于对所有的工艺功能进行编程和调试。
T CPU可同时处理多达32个（对于315T-2DP）或64个（对于317T（F）-2DP）工艺对象。
更多T CPU产品信息请参考支持中心提供的相关网页。

1.3 SINAMICS S120产品介绍
Sinamics S120 是西门子公司推出的全新的集 V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机及直线电机。其强大的定位功能将实现进给轴的、相对定位。内部集成的 DCC(驱动控制图表)功能，用 PLC 的 CFC 编程语言来实现逻辑、运算及简单的工艺等功能。
S120分为两种，AC/AC（单轴驱动器）和DC/AC（多轴驱动器）。
更多S120产品信息请参考支持中心提供的相关网页。

2. 准备

2.1 环境要求

2.1.1 本文档所述实例基于以下硬件环境：
• PS307 5A                         6ES7307-1EA00-0AA0
• CPU 317TF-2DP             6ES7317-6TF14-0AB0
• SIMATIC MMC 8M        6ES7953-8LP11-0AA0
• SIMATIC Field PG M3    6ES7715-1BB23-0AA1
• PROFIBUS电缆
• 其他S7 300模块（如果有，如DI、DO等）
• S120 Training Case           6ZB2480-0BA0，

图2 S120 Training Case

包括：
（1）CU320 6SL3040-0MA00-0AA1
（2）非调节型电源模块5kW 6SL3130-6AE15-0AA0
（3）双电机模块3A 6SL3120-2TE13-0AA0
（4）同步电机（1FK7022-5AK71-1AG3），通过SMC20（6SL3055-0AA00-5BA1）接增量型编码器（2048,Sin/Cos，1Vpp）
（5）同步电机（1FK7022-5AK71-1LG3），通过DRIVE-CLIQ接值编码器（512 ppr，EnDat）
（6）CompactFlash Card 6SL3054-0CG01-1AA0

2.1.2 本文档所述实例基于以下软件环境：
• Window XP SP3
• STEP 7 V5.5 SP2
• S7 Technology V4.2 SP1
• S7 Distributed Safety V5.4 SP52)

2）如需使用故障安全功能，则需要此软件。

2.2 任务

2.2.1 组态实例

图3 系统连接图

1.热电偶的概述

1.1 热电偶的工作原理
热电偶和热电阻一样，都是用来测量温度的。
热电偶是将两种不同金属或合金金属焊接起来，构成一个闭合回路，利用温差电势原理来测量温度的，当热电偶两种金属的两端有温度差，回路就会产生热电动势，温差越大，热电动势越大，利用测量热电动势这个原理来测量温度。
结构示意图如下：

图1 热电偶测量结构示意图

注意：如上图所示，热电偶是有正负极性的，所以需要确保这些导线连接到正确的极性，否则将会造成明显的测量误差
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，安装要求如下：
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；
⑤ 热电偶对于外界的干扰比较敏感，因此安装还需要考虑屏蔽的问题。

1.2 热电偶与热电阻的区别

表1 热电偶与热电阻的比较

2. 热电偶的类型和可用模板

2.1热电偶类型
根据使用材料的不同，分不同类型的热电偶，以分度号区分，分度号代表温度范围，且代表每种分度号的热电偶具体多少温度输出多少毫伏的电压，热电偶的分度号有主要有以下几种。

 表2 分度号对照表

2.2可用的模板

表3 S7 300/400 支持热电偶的模板及对应热电偶类型

3. 热电偶的补偿接线

3.1 补偿方式
热电偶测量温度时要求冷端的温度保持不变，这样产生的热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时冷端的环境温度变化，将严重影响测量的准确性，所以需要对冷端温度变化造成的影响采取一定补偿的措施。
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到控制仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本可以用补偿导线延伸冷端到温度比较稳定的控制室内，但补偿导线的材质要和热电偶的导线材质相同。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度变化造成的影响，补偿方式见下表。

表4 各类补偿方式

3.2各补偿方式接线

3.2.1内部补偿
内部补偿是在输入模板的端子上建立参比接点，所以需要将热电偶直接连接到模板的输入端，或通过补偿导线间接的连接到输入端。每个通道组必须接相同类型的热电偶，连接示意图如下。

表5 支持内部补偿的模板及可接热电偶个数

图2 内部补偿接线

注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接补偿端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板无。

3.2.2 外部补偿—补偿盒
补偿盒方式是通过补偿盒获取热电偶的参比接点的温度，但补偿盒必须安装在热电偶的参比接点处。
补偿盒必须单独供电，电源模块必须具有充分的噪声滤波功能，例如使用接地电缆屏蔽。
补偿盒包含一个桥接电路，固定参比接点温度标定，如果实际温度与补偿温度有偏差，桥接热敏电阻会发生变化，产生正的或者负的补偿电压叠加到测量电势差信号上，从而达到补偿调节的目的。
补偿盒采用参比接点温度为0℃的补偿盒，*使用西门子带集成电源装置的补偿盒，订货号如下表。

*使用的补偿盒		订货号
带有集成电源装置的参比端，用于导轨安装		M72166-V V V V V
辅助电源	B1	230VAC
	B2	110VAC
	B3	24VAC
	B4	24VDC
连接到热电偶	1	L型
	2	J型
	3	K型
	4	S型
	5	R型
	6	U型
	7	T型
参考温度	00	0℃

表6 西门子参比接点的补偿盒订货数据

图3 S7-300模板支持接线方式

图3 类型：热电偶通过补偿导线连接到参比接点，再用铜质导线连接参比接点和模板的输入端子构成回路，同时由一个补偿盒对模板连接的所有热电偶进行公共补偿，补偿盒的9，8端子连接到模板的补偿端COMP+(10)和Mana(11)，所以模板的所有通道必须连接同类型的热电偶。

图4 S7-400模板支持接线方式

图4 类型：模板的各个通道单独连接一个补偿盒，补偿盒通过热电偶的补偿导线直接连接到模板的输入端子构成回路，所以模板的每个通道都可以使用模板支持类型的热电偶，但是每个通道都需要补偿盒。

表7 支持外部补偿盒补偿的模板及可接热电偶个数

3.2.3 外部补偿—热电阻
热电阻方式是通过外接电阻温度计获取热电偶的参比接点的温度，再由模板处理然后进行温度补偿，同样热电阻必须安装在热电偶的参比接点处。

图5 S7-300模板支持方式

图5类型：参比接点电阻温度计pt100的四根线接到模板的35，36，37，38端子，对应（M+，M-，I+，I-），可测参比接点出温度范围为-25℃到85℃，

图6 S7-400模板支持方式

图6类型：参比接点电阻温度计的四根线接到模板的通道0，占用通道。
以上这两种方式，参比接点到模板的线可以用铜质导线，由于做公共补偿，只能接同类型的热电偶。

表8 支持热电阻补偿的模板及可接热电偶个数

3.2.4外部补偿—固定温度
如果外部参比接点的温度已知且固定，可以通过选择相应的补偿方式由模板内部处理补偿，组态设置详见下章节。

表9支持固定温度补偿的模板及可接热电偶个数

从上表可以看出，300的模板只支持参比接点的温度为0℃或50℃两种，而400的模板支持可变温度范围，且范围大。

3.2.4混合补偿—热电阻和固定温度补偿
另外，除单独补偿方式外，可以使用相同参比接点给多个模板，通过电阻温度计进行外部补偿，S7-400的模板支持这种方式，补偿示意图如下。

图7 混合外部补偿

补偿过程：如图所示，模板2和1 有公共的参比接点，模板1进行外部电阻温度计补偿方式，由CPU读取RTD的温度，然后使用系统功能SFC55(WR_PARM)将温度值写入到模板2中，模板2选择固定温度补偿的方式。
SFC55只能对模板的动态参数进行修改，模拟量输入模板的静态参数（数据记录0）和动态参数（数据记录1）的参数及数据记录1的结构如下：

表10 S7-400模拟量输入模板的参数

图8 S7-400模拟量输入模板的数据记录1的结构

以6ES7 431-7QH00-0AB0 模拟量输入模板为例，程序块SFC55调用：

图9 SFC55系统块调用

当M0.0上升沿使能时，将写入的参数从MB100~MB166传递到输入地址为100开始的模板，修改其数据记录1的参数，同时也将参比接点的温度也写入模板的设定位置。