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S7-200SMARTPLC应用技术S7-200SMARTPLC的模拟量模块及运动控制S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/135.2步进电机的正反转控制5.1电热水炉温度控制系统目录ContentsS7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13【能力目标】1．能够对S7-200SMARTPLC的模块量模块进行电路连接、硬件组态和编程。2．能够构建S7-200SMARTPLC的运动控制系统，并能利用运动控制向导组态运动轴，使用运动控制面板进行调试以及编程等。S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13【知识目标】1．熟悉S7-200SMARTPLC模拟量模块的种类。2．掌握模拟量模块的使用和编程。3．掌握S7-200SMARTPLC运动控制的组态及编程。S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13任务5.1电热水炉温度控制系统S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四任务导入电热水炉温度控制示意图如图所示，要求当水位低于低位液位开关时，打开进水电磁阀进水，当水位高于高位液位开关时，关闭进水电磁阀停止进水。加热时，当水温低于80℃时，打开电源控制开关开始加热，当水温高于95℃时，停止加热并保温。电热水炉温度控制示意图S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13模拟量输入（A/D）模块：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0～20mA、0～5V、0～10VDC等转化为PLC可以处理的一定位数的数字信号。模拟量输出（D/A）模块：将PLC处理后的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号0～20mA、0～5V、0～10VDC等。相关知识一、模拟量输入/输出扩展模块的功能S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13二、模拟量输入/输出扩展模块的类型S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13扩展模块（EM）不能单独使用，需要通过自带的连接器插接在CPU模块的右侧，如图所示。扩展模块安装方式如下：扩展插针的3个凸起点：S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四三、西门子模拟量输入/输出扩展模块1．模拟量输入模块EMAE04（1）概述对于单极性满量程输入范围对应的数字量输出为0～27648；双极性满量程输入范围对应的数字量输出为-27648～27648。模拟量输入模块EMAE04有4路模拟量输入，其功能是将输入的模拟量信号转化为数字量，并将结果存入模拟量映像寄存器AI中。模拟量输入模块EMAE04有4种量程，分别为：0～20mA、-10～10V、-5～5V、-2.5～2.5V。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四（2）模拟量输入模块EMAE04的端子及接线S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四（2）模拟量输入模块EMAE04的端子及接线通道0和通道1可以接受电压和电流，其信号类型必须相同通道2和通道3可以接受电压和电流，其信号类型必须相同S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四2．模拟量输出模块EMAQ02（1）概述模拟量输出模块EMAQ02有2路模拟量输出，其功能将模拟量输出映像寄存器AQ中的数字量转换为可用于驱动执行元件的模拟量。此模块有2种量程，分别为：±10V和0～20mA，对应的数字量为-27648～27648和0～27648。AQ中的数据以字（16位）的形式存取，电压模式的有效位为11位+符号位；电流模式的有效位为11位。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四（2）模拟量输出模块EMAQ02的端子及接线空端子模拟量的类型有电压和电流两种，电压范围只有-10～10V；电流范围只有0～20mA。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四3．模拟量输入/输出模块EMAM06模拟量输入/输出模块EMAM06有4路模拟量输入和2路模拟量输出。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四模拟量电流、电压信号根据模拟量仪表或设备线缆个数分成四线制、三线制、两线制3种类型，不同类型信号的接线方式不同。①四线制接线方式。四线制信号是指模拟量仪表或设备上信号线和电源线加起来有4根线。仪表或设备有单独的供电电源，除了两个电源线外，还有两个信号线。②三线制接线方式。三线制信号是指仪表或设备上信号线和电源线加起来有3根线，负信号线与供电电源M线为公共线。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四模拟量电压/电流四线制接线方式模拟量电压/电流三线制接线方式四线制：仪表或设备有单独的供电电源，除了两个电源线外，还有两个信号线三线制信号是指仪表或设备上信号线和电源线加起来有3根线，负信号线与供电电源M线为公共线。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四③两线制接线方式。两线制信号是指仪表或设备上信号线和电源线加起来只有两个接线端子。由于S5-200SMARTCPU模拟量模块通道没有供电功能，所以仪表或设备需要外接24V直流电源。不使用的模拟量输入通道要将通道的两个信号端短接。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四（3）EMAM06的常用技术参数S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四（4）模拟量输入/输出扩展EMAM06的组态（a）模拟量输入通道的组态注意：通道0和通道1的类型相同，通道2和通道3的类型相同。S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13（4）模拟量输入/输出扩展EMAM06的组态（b）模拟量输出通道的组态S7-200SMARTPLC应用技术任务实施【训练工具、材料和设备】按钮2个通用电工工具1套导线若干PLC1台EMAM06模块液位开关1个进水电磁阀1个S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四1．硬件电路电热水炉控制的I/O电路S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四2．程序设计系统块组态S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四水温80°C对应的数字量为22118水温95°C对应的数字量为26266S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四知识拓展1．控制要求验布机是服装行业生产前对棉、毛、麻、丝绸、化纤等特大幅面、双幅和单幅布进行瑕疵检测的一套必备的专用设备。根据检验人员的熟练程度、布匹的种类不同，验布机对速度的要求不同。（1）整个验布机分为5个工作速度：1速为15Hz，2速为20Hz，3速为30Hz，4速为35Hz，5速为40Hz。（2）验布机有加速和减速按钮，每按一次按钮，变频器的速度就会增加或减少1Hz。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四2．硬件电路验布机的控制原理验布机通过PLC将0～27648的数字量信号送到EMAM06扩展模块中，该模块把数字量信号转换成0～10V的模拟电压信号，该电压信号送到变频器的模拟量输入端3、4，调节变频器的输出在0～50Hz之间变化，从而控制电动机的速度，其控制原理如图所示。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四验布机控制电路模拟量输出端给频率信号S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四3．参数设置S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四4．程序设计验布机是通过EMAM06输出的0～10V模拟量电压信号控制变频器在0～50Hz之间调速，其中验布机的5种速度与模拟量电压及数字量之间的对应关系如表所示。S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四S7-200SMARTPLC应用技术2020/8/13任务5.2步进电机的正反转控制S7-200SMARTPLC应用技术2020年8月13日星期四任务导入现有一台三相步进电机，步距角是1.5°，假设步进电机的运行速度为0.7cm/s，旋转一周需要5000个脉冲，电机的额定电流是2.1A。控制要求：利用PLC控制步进电机顺时针转5周，再逆时针转3周，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。S7-200SMARTPLC应用技术步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，每输入一个电脉冲，电机就会旋转一定的角度，常作为数字控制系统中的执行元件。最早的步进电机是1920年代由英国人研发。德国百格拉公司于1973年发明了五相混合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。相关知识一、步进电机S7-200SMARTPLC应用技术步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则就前进一步，所以叫做步进电机。脉冲数越多电机转动的角度越大。脉冲的频率越高电机的转速越快，但不能超过最高频率，否则电机的力矩会迅速减小，电机不转。S7-200SMARTPLC应用技术步进电机控制系统框图二、步进控制系统的组成S7-200SMARTPLC应用技术步进驱动器的功能就是在控制设备（PLC或单片机）的控制下，为步进电动机提供工作所需要的幅度足够的脉冲信号。三、步进驱动器S7-200SMARTPLC应用技术两相步进驱动器三相步进驱动器1、步进驱动器的外部端子S7-200SMARTPLC应用技术步进驱动器外部接线端步进驱动器的三种输入信号：脉冲信号、方向信号、使能信号6个输入信号需要接5V电源，如果接12V或24V直流电源，需要串联电阻S7-200SMARTPLC应用技术S7-200SMARTPLC应用技术●光电隔离元件作用：电气隔离、抗干扰●共阳极接法、共阴极接法和差分方式接法●根据所选PLC来选择驱动器●西门子PLC输出信号为PNP输出（高电平信号），应采用共阴接法●三菱PLC输出信号为NPN输出（低电平信号），应采用共阳接法。2.步进驱动器的外部典型接线S7-200SMARTPLC应用技术注意：•一般PLC不能直接与步进驱动器相连，因为驱动器的控制信号是+5V，而PLC的输出信号为+24V。解决方法:•如果VCC是5V，则不串电阻，如果VCC是12V时，串联R为1kΩ，大于1/8W电阻；如果VCC是24V时，R为2kΩ，大于1/8W电阻；R必须接在控制器信号端。S7-200SMARTPLC应用技术S7-200SMARTPLC应用技术所谓细分，就是通过设置驱动器来减小步距角。若步进电机的步距角为1.8°，旋转一周需要360/1.8=200步，若将细分设为10，则步距角被调整为0.18°，旋转一周需要2000步。3.步进驱动器的细分设置步进电机驱动器细分的优点：（1）完全消除了电机的低频振荡，使电机运行更加平稳均匀。低频振荡是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分是消除它的唯一途径，如果步进电机有时要在共振区工作（如走圆弧），选择细分驱动器是唯一的选择。（2）提高了电机的输出转矩尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40%。（3）减小步进电机的步距角，提高电机的分辨率由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，‘提高电机的分辨率’是不言而喻的。S7-200SMARTPLC应用技术3ND583步进驱动器的设置：3ND583步进驱动器侧面端子中间有8个白色的DIP功能设定开关，可以用来设定驱动器的工作方式和工作参数。开关序号ON功能OFF功能SW1—SW4动态电流设定SW5静态电流全流静态电流半流SW6—SW8细分设置用拨码开关S7-200SMARTPLC应用技术工作电流设置表输出峰值电流（A）输出有效值电流（A）SW1SW2SW3SW42.11.500002.51.810002.92.10100