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1、2020/9/17,控制科学与工程学院,1,2.3.1 数字量信号模块 2.3.2 模拟量信号模块,2.3 信号模块 （SM）,输入/输出模块统称信号模块（SM），包括数字量（或开关量）输入模块和输出模块；模拟量输入模块和输出模块；位置输入模板；用于连接爆炸危险场合的输入模块和输出模块。,2020/9/17,控制科学与工程学院,2,2.3.1 数字量信号模块,SM321数字量输入模块（DI） SM322数字量输出模块（DO） SM323数字量输入/输出模块（DI/DO） SM327数字量输入/可配置输入或输出模块 SM374仿真模块,2020/9/17,控制科学与工程学院,3,数字量输入模块将
2、现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。 数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。 对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。 输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。,1.数字量输入模块(DI),数字量输入模块SM321有14种型号数字量输入模块可供选择，常用的有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流32（16）点输入、交流8点输入模块。,表2-6 SM321数字量输入模板技术参数,2020/9/17,控制科学与工程学院,4,SM321数字量输入模板技术特性,2020
3、/9/17,控制科学与工程学院,5,DI接口电路（直流）,光电耦合器,发光二极管,限流电阻,滤波电路,外部用户接线,1,采用光电耦合器，防止强电干扰。,3V,5V,2020/9/17,控制科学与工程学院,6,光电耦合器,降压电阻,交流滤波电路,外部用户接线,直流滤波电路,DI接口电路（交流）,2020/9/17,控制科学与工程学院,7,汇点式输入接线方式,隔离式输入接线方式,DI模板的外部接线方式,2020/9/17,控制科学与工程学院,8,直流16点数字量输入模板的端子接线图和框图,2020/9/17,控制科学与工程学院,9,直流32点数字量输入模板的端子接线图和框图,2020/9/17,控
4、制科学与工程学院,10,图2-5 直流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图,2020/9/17,控制科学与工程学院,11,交流16点数字量输入模块SM321端子连接及电气原理图,2020/9/17,控制科学与工程学院,12,图2-6 交流32点数字量输入模块的内部电路及外部端子接线图,2020/9/17,控制科学与工程学院,13,带硬件和诊断中断的直流16点数字量输入模板的端子接线图和框图,2020/9/17,控制科学与工程学院,14,2.数字量输出模块(DO),数字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，同时又隔离和功率放大的作用，可直接用于驱
5、动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。 按负载回路使用的电源不同，它可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。 按输出开关器件的种类不同，它又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式。,数字量输出模块SM322有多种型号输出模块可供选择，常用模块的有8点晶体管输出、16点晶体管输出、32点晶体管输出、（8）16点可控硅输出、16点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出。,2020/9/17,控制科学与工程学院,15,SM322数字量输出模板技术特性,2020/9/17,控制科学与工程学院,16,数字量输出模块SM322的技术特性,从响应速度上看，晶
6、体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。,2020/9/17,控制科学与工程学院,17,电路可分为译码、控制逻辑、输出锁存、光电隔离和输出驱动五个部分,光电耦合器,发光二极管,1,晶体管输出型每个输出点的最大带负载能力为075A(0.5A)，但是因为有温度上升的限制，每4点输出总电流不得大于1A(08A)(每点平均0.5(02A)。 晶体管输出型的接口，其响应速度较快，从光电耦合器动作(或关断)到晶体管导通的时间为15s以下。,DO接口电路（晶体管输出型）,2020/9/17,控制科学与工程学院,18,光电耦合器,双向晶闸管,1,压敏电阻,5V
7、,高频滤波电路,双向晶闸管输出型：每点最大带负载能力为0.51A，每4点输出总电流不得大于1.64A。 双向晶闸管输出型的响应速度最快，从晶闸管门极驱动到双向晶闸管导通的时间为1ms以下,DO接口电路（双向晶闸管或双向可控硅型）,2020/9/17,控制科学与工程学院,19,光电耦合器,1,压敏电阻,稳压管V1既可防止继电器线圈过电压，同时可以抑制VT截止瞬间使继电器线圈上产生反向高压，从而保护VT以免反向击穿。,继电器输出型接口在250VAC 以下电路电压可驱动的负载能力为：纯电阻负载为2A/1点；感性负载为80VA以下(AC100V或AC200V)；灯负载为100W以下(AC 100V或
8、AC200V)。 继电器输出型接口响应时间最慢，从输出继电器的线圈得电(或断电)到输出接点ON (或OFF)的响应时间均为10ms。,DO接口电路（继电器输出型）,2020/9/17,控制科学与工程学院,20,汇点式输出,隔离式输出,DO模板的外部接线方式,2020/9/17,控制科学与工程学院,21,图2-7 32点数字量晶体管输出模块的内部电路及外部端子接线图,2020/9/17,控制科学与工程学院,22,晶体管型输出模块设有反极性保护措施，输出具有短路保护功能，适用于驱动电磁阀和直流接触器。晶体管输出方式的模块只能带直流负载，属于直流输出模块；,32点数字量晶体管输出模板的端子接线图和框
9、图,2020/9/17,控制科学与工程学院,23,图2-8 32点数字量晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接线图,2020/9/17,控制科学与工程学院,24,32点数字量晶闸管输出模块的内部电路及外部端子接线图,可控硅输出方式属于交流输出模块；适用于驱动交流电磁阀、接触器、电机启动器和灯。,2020/9/17,控制科学与工程学院,25,16点晶闸管输出端子连接及电气原理图,2020/9/17,控制科学与工程学院,26,图2-9 16点数字量继电器输出模块的内部电路及外部端子接线图,2020/9/17,控制科学与工程学院,27,16点数字量继电器输出模板的端子接线图和框图,继电器触点输出方式的
10、模块属于交直流两用输出模块。直流可以从24 V到120 V，交流可以从48 V到230 V，继电器触点容量与负载电压有关，电压越高，触点容量越低。,2020/9/17,控制科学与工程学院,28,SM323数字量输入输出模板是在一块模板上同时具有数字量输入点和数字量输出点，有两种类型，一种是8点输入和8点输出模块，输入点和输出点均有一个公共端。另一种是16点输入（8点1组）和16点输出（8点1组）模块。,I/O额定负载电压24 V DC，输入电流为7mA，最大输出电流为0.5A，每组总输出电流4A。输入电压“1”信号电平为1130 V，“0”信号电平为35 V，I/O通过光耦与背板总线隔离。 在
11、额定输入电压下，输入延迟为1.24.8 ms。输出具有电子短路保护功能。,3.数字量输入/输出模块(DI/DO)(SM323),2020/9/17,控制科学与工程学院,29,DI 8/DO 8直流模板SM323的端子接线图和框图,2020/9/17,控制科学与工程学院,30,图2-10 SM323 DI 16/DO 1624VDC/0.5A 内部电路及外部端子接线图,2020/9/17,控制科学与工程学院,31,图2-11 SM327 DI 8/DX 8内部电路及外部端子接线图,4.数字量输入/可配置输入或输出模块(SM327),2020/9/17,控制科学与工程学院,32,SM374仿真模块
12、的操作面板,5.仿真模块(SM374),输入状态开关16个开关可进行输入信号仿真,输出状态 LED16个LED指示输出端的信号状态,方式选择器用户可使用螺丝刀设定下列三种方式: - 16个输入端 (用于仿真16DI) - 16个输出端 (用于仿真16DO) - 8个输入端和8个输出端 (仿真8DI/8DO),仿真模板用于在启动和运行时调试程序 通过开关仿真传感器信号 通过LED显示输出信号状态,2020/9/17,控制科学与工程学院,33,2.3.2 模拟量信号模块（AIAO）,1.SM331模拟量输入模块（AI） 2.SM332模拟量输出模块（AO） 3.SM334模拟量输入/输出模块（AI
13、/AO）,2020/9/17,控制科学与工程学院,34,1. SM331模拟量输入模块 (AI),(1)功能：将控制过程中的模拟信号转换为PLC内部处理用的数字信号 (2)基本结构：主要由AD转换器、切换开关、恒流源、补偿电路、光隔离器及逻辑电路组成。,SM331的输入通道有个，每个通道即可测量电压信号也可以测量电流信号，且可以选用不同的量程。 模拟量转换为数字量是顺序执行的，每个模拟量通道的输入信号是被依次轮流转换的。,2020/9/17,控制科学与工程学院,35,(3) SM331的扫描时间,SM331的通道转换时间包括由积分时间决定的基本转换时间和用于电阻测量、断线监视的附加转换时间。,
14、基本转换时间取决于D/A输入模块的转换方法(例如积分方法和瞬时值转换法)。采用积分法，4档积分时间2.5、16.7、20和100ms。基本转换时间分别为3 ms、17 ms、22 ms和102 ms，电阻测量的附加 转换时间为l ms，断线监视的附加转换时间为10 ms，电阻测量和断线 监视都有的附加转换时间为16 ms。积分时间可以在STEP 7中设置。,SM331的扫描（循环）时间是指模拟量输入模块对所有被激活的模拟量输入通道进行转换和处理的时间的总和。如果模拟量输入通道进行了通道分组,还需要考虑到通道组之间的转换时间,对于一个积分时间设定为20 ms，8个输入通道都接有外部信号且都需断线
15、监视的SM331模块，其循环时间为(2210)8256 ms。,2020/9/17,控制科学与工程学院,36,A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换的精度。 SM331可选四档积分时间：2.5 ms、16.7 ms、20 ms和l00 ms，相对应的以位表示的精度为8、12、12和14。每一种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率f0，以上四种积分时间分别对应400 Hz、60 Hz、50 Hz和10 Hz。,2020/9/17,控制科学与工程学院,37,SM331的扫描（循环）时间是指模拟量输入模块对所有被激活的模拟量输入通道进行转换和处理
16、的时间的总和。,某一通道从开始转换模拟量输入值起，一直持续到再次开始转换的时间称为模入模块的循环时间。它是模块模块中所有活动的模拟量输入通道的转换时间的总和。实际上，循环时间是对外部模拟量信号的采样间隔。为了缩短循环时间，应该使用STEP 7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道，使其不占用循环时间,2020/9/17,控制科学与工程学院,38,（4） 模拟值的表示方法 模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字值称为模拟值，SM331模块的模拟值用16位的二进制补码来表示。最高位(第15位)为符号位，表示是正数，表示是负数。模拟量的模拟值位数（即转换精度）可以设位915位，如果模拟值小于15位，则模拟值左移模拟值左移后的空位补0。,标有“”的位就是不用的位，一般填入“0”。,S7-300模拟值所有可能的精度,2020/9/17,控制科学与工程学院,39,模拟量的表达方式和测量值的分辨率,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211,2
