基于现场总线的温度测量与控制系统的设计.doc

1、Abstract 摘要现场总线控制系统是一种开放、双向、串行、多节点、多变量数字通信系统，可实现一点对多点的信号传输，测控精度高、可靠性强。本系统是以温度为测控对象，采用PLC的主从结构，将计算机、PLC、传感器、可控硅驱动模块、触摸屏等设备构成硬件系统。上位机选用功能强大的工控组态软件WinCC和操作方便灵活的触摸屏，下位机则采用可靠性高的可编程控制器和Profibus现场总线完成对现场设备的控制，具有多功能、全开放、小体积、低价位等特点。在设计中，主要进行了西门子S7-300和S7-200主从系统设计，设计了以PLC S7-300为主站，PLC S7-200、触摸屏等现场控制仪表为从站的电

2、路系统，并绘制了电路图，对温度传感器、可控硅等器件等硬件进行了选型，完成了硬件系统组态和各种参数设定，编制了下位机的温度测控程序，完成了S7-300与S7-200之间的Profibus-DP通信组态，实现了具有现场总线式模块扩展功能和具有上下位监控和触摸屏功能。关键词: 现场总线 Profibus-DP PLC 组态 传感器AbstractField bus control system is an open, bidirectional, serial, multi-node, multi-variable digital communication system, a point-to-m

3、ultipoint signal transmission, monitoring and control of high precision, and reliability. This system is based on temperature measurement and control objects, master-slave structure of computer, PLC, sensors, SCR driver module, touch screen and other equipment using the PLC hardware system.Host comp

4、uter to use the powerful control configuration software-WinCC and easy to operate and flexible touch screen, and lower machine complete control of field devices with high reliability of the programmable controller and Profibus fieldbus, multi-functional, wide open,small volume, low-cost features.In

5、the design, mainly for the Siemens S7-300 and S7-200 master-slave system design, control instruments as master PLC S7-300 PLC S7-200, touch screen, live from the stations circuit system, and drawa schematic, temperature sensor, SCR and other devices and other hardware selection, complete hardware sy

6、stem configuration and a variety of parameter settings, temperature measurement and control procedures of the preparation of the next machine to complete the S7-300 and S7-200Profibus-DP communication between the configuration of the fieldbus module extensions and upper and lower monitor and touch s

7、creen capabilities.Keywords: Field-Bus，Profibus-DP，Configuration，Sensor41目录目录第1章 绪论11.1 课题来源于研究内容11.2 技术介绍11.2.1 现场总线技术11.2.2 PLC技术31.2.3 传感技术31.2.4 组态软件技术31.3 本章小结4第2章 硬件的设计与选择52.1 设计的技术要求及实现功能52.2 整体设计52.2.1整体框图52.2.2系统整体电路设计52.3 硬件选择62.3.1 PLC的选择62.3.2 PROFIBUS的选择112.3.3 温度传感器的选择152.3.4 温度变送器的选择1

8、52.3.5 I-V转换模块的选择162.3.6 SCR可控硅的选择182.3.7 触摸屏的选择192.4 本章小结20第3章 软件的设计213.1 PID控制程序设计213.1.1 PID控制算法213.1.2 PID在PLC中的回路指令223.1.3 回路输入输出变量的数值转换方法233.1.4 实数归一化处理233.1.5 PID参数整定233.2 S7-200程序设计243.2.2 编程243.3 硬件组态293.3.1 WinCC与PLC之间的通信的实现293.3.2 S7-300与S7-200的PROFIBUS-DP通信293.3.3 S7-300与触摸屏通信373.4 本章小结3

9、8结论39致谢40参考文献41第一章 绪论第1章 绪论1.1 课题来源于研究内容本课题来源于指导教师的科研课题，设计以现场总线控制为基础的温度测控实验系统。本次研究的主要通过分析研究PROFIBUS现场总线的通信协议；分析Siemens PLC与PROFIBUS现场总线搭建网络的模式；分析温度控制过程，实现SIMATIC WinCC上位机组态，进而完成PLC控制系统的设计。首先，研究PROFIBUS现场总线的通信协议、应用接口，及其协议架构以及与PLC和监控管理设备的互联；其次，研究Siemens PLC S7-200 与S7-300 的软硬件应用，研究SIMATIC应用及WINCC组态；最后

10、，以温度控制为目标，搭建成具有一定开放系统特性的基本系统。包括PLC控制系统设计、上位机管理和监控系统设计。1.2 技术介绍1.2.1 现场总线技术随着微电子技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能后，于上世纪八十年代提出了现场总线的概念。一般意义上将它定义为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式，数字化，双向串行，多节点的通信总线。它有效的实现了智能仪表、通信网络和控制系统的集成，其主要的技术特征表现在：(1)现场通信网络，用数字式通信方式取代设备级的模拟量(如420mA，0-5V等信号)和开关量信号实现过程控制、加工制造现场仪表或设备的现场数字化通信。(2)现场设备互联，利

11、用传输线(双绞线、同轴电缆、光纤等介质)连接传感器、变送器和执行器，实现与现场设备的互联。实现车间级与设各级通信的数字化网络。(3)互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，现场总线允许选用各制造商性能价格比最高的产品实现系统集成，使得来自不同厂商的设备相互连接，同一组态，形成了工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命(4)功能分散，在现场应用智能型多功能仪表，将控制功能分散到工业控制现场。(5)网络兼容，现场总线作为开放式互联网络，即可与同层网络互连，也能通过网络互连设备与不同层次的控制即网络和信息网络互联，使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的覆盖范围一直延

12、伸到生产现场。实现了资源共享，统一调度。同时基于以上特点，各组织及厂商又建立了不同的开放式现场总线标准。工业控制领域的现场总线标准主要是国际电工委员会指定的2个协议簇IEC61158和IEC62026。目前国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品，主要有：基金会现场总线(FoundationFieldbus)：在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团和组织，通过不断的竞争，到1994年国际上基本形成了两大阵营，一个以Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、衡和、ABB、西门子等80多家公司制订的ISP协议；另一个以Honeywell公司为首，联合欧洲

13、150家公司制订的World FIP协议。这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会(Fieldbus Foundation，FF)，致力于开发国际上统一的现场总线协议FF协议符合1ECll58-2标准，也成为SP50标准。 PROFIBUS现场总线：它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准。英文缩写为ProcessFiddbus，该技术由西门子公司为主的十几家德国公司、研究机构共同推出。他采用OSI模型的物理层、数据链路层。现场总线信息规范(FMS)型则只隐去了OSI标准的地三至六层，采用了应用层。目前，世界上许多自动化生产厂家都为他们生产的设备提供PROFIBus接口。LonW

14、ork现场总线：它是由美国Echelon公司于1990年正式推出的。他采用ISOOSI模型的全部7层协议，才用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为15Mbps，传输距离为2700m，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。CAN总线，(Control Area Network,CAN)与DeviceNet总线：最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量和执行部件之问的数据通信。CAN结构模型取ISOOSI模型的第1、2、7层协议。它解决了现代汽车中众多的控制与测试仪器之问的数据交换串行数掘通信。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维

15、。通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。DeviceNet是美国Rockwell公司1994年提出的基于控制器局域网(CAN)技术的一种现场总线，用于实现低成本、高性能的设备层的网络互连。DeviceNet总线是建立在控制器局域网(CAN)总线之上的。HART总线(HighwayAddressableRemoteTransducer)：它是由美国ROSEMOUNT公司最早推出的一种兼容420mA模拟信号和调制数字信号的现场总线协议。其数字通信由于采用调制解调的方

16、式，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品。PROFInet总线：PROFInet源自于PROFIBUS现场总线国际组织(PI)的开放的自动化总线标准，是新一代基于以太网技术的工业通信解决方案，它实现了从现场控制层到管理层的无缝集成，并提供了一个开放的基础构架。作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通信网络，现场总线是九十年代在国际兴起的新一代全分布式控制系统的核心技术。伴随着数字化时代的来临，现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)必将成为工业自动化的主流。本文主要是研究PROFIBUS现场总线技术与PLC相结合。1.2.2 PLC技术PLC英文全

17、名为Programmable Control，即可编程控制器包括逻辑运算、顺序控制、时序、计数及算术运算等程序。他用一串指令形式存放在存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟、数字等输入输出部件，对生产设备与生产过程进行控制。一套典型的PLC通常包括CPU模块、电源模块和一些I/O模块，这些模块被插在一块背板上。如果配置增加，可能会包括一个操作员界面、监控计算机、通信模块、软件以及一些可选的特殊功能模块。可编程控制器不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其他的项目中去。现在，尽管PLC的功能，如运行数度、接口种类、数据处理能力已经获得了很大

18、的提高，但PLC一直保持了最初设计的原则，那就是简单之上的原则。PLC通常根据CPU所带的IO点数的规模分为微行PLC、小型PLC、大型PLC、PC插卡式PLC以及Pc兼容的PLC。PLC的技术不断发展取得了很大的成就，PLC控制系统应用的原来越广泛。过去，PLC使用与离散过程控制，如开关、顺序运动执行等场所，但随着PLC的功能越来越强大，PLC也开始进入过程自动化领域。1.2.3 传感技术传感技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础技术。中华人名共和国国家标准GB7665-1987对传感器（transducer/sensor）的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输

19、出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件或响应的被测量转换成适于传感器或被测量的电信号部分。”对生产过程的监控首先离不开采集设备工作信息，因此选用合适的传感器至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的“大脑”，信道看作是“神经网络”的话，那么传感器就是自动化系统的“五官”。无法对现场数据进行准确、可靠、实时测量，监控也就无从谈起了。1.2.4 组态软件技术组态软件，处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。在组态软件出

20、现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI（人机接口软件）应用，开发时间长、效率低、可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。组态软件WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统它结合西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和Microsoft PC软件技术的强大功能的产物。应用上位机组态监控软件为用户提供了直观的界面，使用户对于现场有更佳理解，更有效的使用、控制整个系统。同时，软件的应用有效缩短了对于上

21、位机监控层面的复杂设计过程。1.3 本章小结本章阐述了论文的研究的课题的意义，简单介绍了工业控制系统，现场总线和PLC技术，阐述说明了本文研究的内容、方法和要实现的目的。第二章 硬件的设计与选择第2章 硬件的设计与选择2.1 设计的技术要求及实现功能1. 具有现场总线式模块扩展功能；2. 具有上下位监控和触摸屏基本功能设计；3. 裸露式开放结构；4温度的测量与控制，精度达3%。2.2 整体设计2.2.1整体框图本系统采用三层总线、上下位机结构，主从站控制，现场控制设备分散独立，系统的整体框图如图2-1所示。上位机 CP 5621 卡电源PS307 5A存储卡/128KS7-300 CPU 31

22、3C-2DPEM277 PROFIBUSS7-200 CPU224 XP触摸屏TPC7063E10寸变送器热电偶I-V转换模块SCR电阻丝加热器图2-1 系统整体框图2.2.2系统整体电路设计S7-200通过从站接口模块EM277接入ProfiBus总线，实现与S7-300的连接,S7-300通过CP5621卡实现与PC机的连接；温度测量与控制主要以S7-200:CPU 224XP为主控仪表，通过温度传感器、温度变送器、EM235模拟量A/D转换、PLC的信号调节处理、控制信号输出、可控硅驱动与加热控制，实现温度的测控。其电路图如图2-2所示。图2-2 系统整体电路图2.3 硬件选择2.3.1

23、 PLC的选择德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200(CN)，S7-1200, S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。 西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。本课题选用西门子系列的S7-300型号和S7-200型号的PLC作为本次设计的主控制器

24、。(1) PLC的特点 可靠性高，抗干扰能力强。 配套齐全，功能完善，适用性强。 易学易用，深受工程技术人员欢迎。 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。 积小，重量轻，能耗低。(2) PLC的基本结构西门子PLC主要由以下几部分组成：CPU运算和控制中心、存储器、输入/输出接口、编程器。1. S7-200的选择S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。S7-200系列的基本单元如表2-1所示。S7-200的CPU模块外形结构如图2-3所示。表2-1 S7-200系列PLC中CPU224X

25、P的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU221640S7-200CPU222862个扩展模块S7-200CPU22424107个扩展模块S7-200CPU224XP24167个扩展模块S7-200CPU22624167个扩展模块图2-3 S7-200系列的CPU模块外形结构图本设计选择S7-200CPU224XP。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，最大扩展值至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

26、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。S7-200CPU224XP的实物图如图2-4所示。图2-4 S7-200CPU224XP实物图 (1) 引脚图S7-200 CPU 224XP的引脚图如图2-5所示。图2-5 CPU224XP引脚图(2) EM235模拟量扩展模块EM 235模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC420mA（通过250电阻转换DC 15V或通过500电阻 转换DC210V）恒流环标准信号，连续输送到

27、接收装置（计算机或显示仪表）EM235CN的校准和配置位置如图2-6所示。表2-2所示为如何用DIP开关设置EM 235 CN模块。开关1到6可选择模拟量输入范围和分辨率。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。下表2-2中，ON为接通，OFF为断开。表2-2 EM235 CN选择模拟量输入范围和分辨率的开关表单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5VOFFONOFFONOFFON0到100mV25VONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250VONOFFOFFOFFO

28、FFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV双极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF25mV12.5VOFFONOFFONOFFOFF50mV25VOFFOFFONONOFFOFF100mV50VONOFFOFFOFFONOFF250mV125VOFFONOFFOFFONOFF500 mV250VOFFOFFONOFFONOFF1V500VONOFFOFFOFF ONOFFOFFOFFONOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF2.5V5V10V1

29、.25mV2.5mV5mV图2-6 EM235CN的校准和配置位置2. S7-300的选择S7-300PLC是SIEMENS公司生产的紧凑模块式结构的小型可编程控制器，拥有功能强、速度快的特点。它采用紧凑、无槽位限制的模块化结构易于扩展，应用型好，性价比高。本次设计采用西门子S7-300系列CPU 313C-2DP。CPU 313C是一种紧凑型 CPU，用于对过程处理能力和响应时间要求很高的应用。集成数字量和模拟量输入/输出可实现与过程的直接连接。EM235 CN的端子连接如图2-7所示。图 2-7 EM235 CN的端子连接图CPU 313C-2 DP 安装有： 微处理器。处理器处理每个二进

30、制指令的时间达到 100 - 200 ns。 扩展存储器。64 KB 高速 RAM (相当于大约 21 K 的指令) 用于执行相关的程序部分，为用户程序提供充分的空间；微存储卡（最大8 MB）作为程序的装载存储器，也允许在 CPU 中保存项目（包括完整符号和注解）。 灵活的扩展能力。多达 31 个模块，（4排结构）。 多点接口 MPI。内置 MPI 接口可以最多同时建立 8 个与S7-300/400 或与 PG、PC、OP 的连接。在这些连接中，始终分别为 PG 和 OP 各保留一个连接。 PROFIBUS DP 接口。带有 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 313C-2 DP 可

31、以用来建立高速、易用的分布式自动化系统。 对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程)。 内置输入/输出。16个数字量输入(均可用于报警处理)和16个数字量输出。CPU 313C-2 DP的实物图如图2-8所示， CPU 313C-2 DP的引脚图如图2-9所示。图2-8 CPU 313C-2 DP实物图图2-9 CPU 313C-2 DP引脚图2.3.2 PROFIBUS的选择PROFIBUS，是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在 9.6kbaud-12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装

32、置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。它由三个兼容部分组成，即PROFIBUSDP，PROFIBUSPA，PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUSDP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯；PROFIBUSPA适用于过程自动化，可使传感器和执行器接在一根共用的总线上，可应用于本征安全领

33、域；PROFIBUSFMS用于车间级监控网络，它是令牌结构的实时多主网络，用来完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换。主要使用主-从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。此次设计选用PROFIBUS-DP。1PROFIBUS-DPProfibus-DP主要用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O的通讯，可以取代4-20MA的模拟信号传输。它采用RS485数据接口，传输介质用光纤或双绞电缆，传输波特率从9.6kbps到12Mbps，传输距离可以通过适配器进行扩展。PROFIBUS DP基本特征 速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传

34、送512 bit/s 输入和512bit/s输出，在12bit/s时只需毫秒。 诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高压力过低。模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。通过诊断操作：一个单独输入输出位的故障。PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上 最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数站地址输入输出地址输入输出数据格式诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种坏同类型设备： 一级DP主站（DPM

35、1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。 二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。 DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（IO设备驱动器HMI阀门等）。 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。单主站系统如图2-10所示。 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPMI指定的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入输出映象，但只有一个DP主

36、站允许对DP从站写入数据。多主站系统如图2-11所示。图 2-10 单主站系统图 2-11 多主站系统2. PROFIBUS-DP的数据通讯1）DP主站之间的通信DP主站之间采用令牌环方式进行通信，主站按地址的升序依次排列，控制令牌按顺序一次在主站之间进行传递，获得令牌的站具有控制权，可发送数据，令牌的工作传递过程如图2-12所示。如主站1需向主站3发送数据，当令牌传递到主站1时，主站1将要发送的数据按图2-13所示的格式发往主站2，主站2将本站的地址与接受到的帧信息中的目的地址进行比较，两者不同，则主站2将帧信息继续传递后到达主站3。此时，主站3将本站的地址与接受到的帧信息中的目的地址进行比

37、较，比较相同后，主站3对帧信息进行差错校验，并将校验结果以肯定或否定应答填入ACK段中，把该帧信息复制之后将其继续向下传递给主站1。主站1将本站的地址与源地址进行比较，比较相同后检查ACK是否为肯定应答，若检查到已为肯定应答，则去除帧信息，将令牌交出继续在环内传递。如果ACK的检查结果为否定应答，则主站1需重新发送。图 2-12 逻辑令牌环图 2-13 帧结构2）DP主站一从站之间的通信(1) DP通信关系和DP数据交换通信作业的发起方为请求方，通信的另一则为响应方。一类DP主站的请求报文使用第2层(数据链路层)的“高优先权”报文服务级别。而DP从站发出的响应则以第2层中的“低优先权”报文服务

38、级别处理。DP从站将当前出现的诊断中断或状态事件通知给DP主站，仅在此刻，可通过将Data-Exchange的响应报文服务级别从“低优先权”改变为“高优先权”来实现。(2) 初始化阶段、再启动和用户数据通信DP从站初始化阶段的主要顺序如图2-14所示。DP主站首先检查从站是否在总线上，如果检查到DP从站己在总线上，则DP主站通过请求从站的诊断数据来检查DP从站的准备情况。检查到DP从站己准备就绪之后，DP主站装在参数集和组态数据。然后DP主站再请求从站的诊断数据以判断从站是否准备好进行数据交换，进行完上述工作一切就绪之后，DP主站才开始循环地与DP从站进行用户数据通信。图 2-14 从站初始化

39、阶段的主要顺序3EM277智能扩展模块EM277是S7-200的一个智能扩展模块。通常，S7-200需要进行PROFIBUS-DP通信时，就需要使用此模块。PROFIBUS总线是和PPI、MPI总线不同的一种总线形式。S7-200CPU不能通过本体集成的通信接口进行PROFIBUS-DP通信，而只能通过EM277模块。利用EM277模块可将S7-200PLC连接至PROFIBUS-DP总线。EM277模块的左上方有两个拨码开关，每个拨码开关使用起子旋动从而可以设定09这10个数字，其中一个拨码开关10，另一个数字1，因此组合起来构成099，这也是EM277在PROFIBUS-DP网络中的物理站

40、地址。EM277在通电情况下修改拨码开关的数字后，必须断电，然后再上电才能使设定的地址生效。进行硬件网络组态时设定的EM277站地址必须与拨码开关设定的地址一致。EM277的外形如下图2-15所示。图 2-15 EM277实物图PROFIBUS网络通常有一个主站和若干个I/O从站，主站设备通过组态可以知道I/O从站的类型和站号。EM277只能做PROFIBUS-DP的从站，而不能做主站。因此S7-200之间不能使用EM277进行DP通信，同时S7-200也不能和只能做DP从站的变频器进行通信。EM277引脚图如下2-16所示。图 2-16 EM277引脚图2.3.3 温度传感器的选择此次设计选

41、用的PT100铂电阻温度传感器。温度是表征物体冷热程度的物理量，它可以通过物体随温度变化的特征（如电阻、电压变化等特征）来间接测量。通过研究发现，金属铂（Pt）的电阻值随温度变化而变化并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100。电阻变化率为0.3851/，铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200650）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。铂电阻的引脚图如下图2-17所示。图 2-17 铂电阻引脚图2.3.4 温度变送器的选择JCJ

42、100G温度变送器将热电阻（热偶）所测的温度变化通过电路处理，经信号放大后转化成标准的电压或电流信号。信号可以供数字仪表、记录仪、模拟调节器、DCS系统，广泛用于工业生产过程检测与控制系统。 本温度变送器采用优质电子器件，性能远高于其他同类产品，物美价廉，能够很好的为客户提供低成本高性能解 决方案。输出信号一般为两线制电流信号，其具有以下优点：（1）二线制输出（420）mA，抗干扰能力强；（2）节省补偿导线及安装温度变送器费用；（3）测量范围大；使用率高，标准级输出信号；（4）冷端温度自动补偿，非线性校正电路。图2-18为JCJ100G温度变送器接线示意图。图 2-18 JCJ100G温度变送

43、器接线示意图2.3.5 I-V转换模块的选择本次设计选用的I-V转换模块为RCV420。RCV420是美国RURRBROWN公司生产的精密电流环接收器芯片，用于将4-20mA输入信号转换成为0-5V输出信号，具有很高的性能价格比。它包含一个高级运算放大器、一个片内精密电阻网络和一个精密10V电压基准。其总转换精度为0.1，共模抑制比CMR达86dB，共模输入范围达40V。其引脚图如下图2-19所示。图 2-19 RCV420引脚图RCV420在满量程时的电压下降仅为1.5V，在环路中串有其他仪表负载，或者在对变送器电压有严格限制的应用场合非常有用。10V电压基准提供了一个典型温漂为5ppm/的

44、精密10V输出。RCV420无需其它外围器件辅助，就能实现诸多功能。增益、偏置和CMR无需调节，较之由分立器件设计的印制板电路，RCV420具有更低的开发成本、制造成本和现场维护费用。RCV420的功能框图如图2-20所示。当420mA电流输入对应05V电压输出时，要求电路的传输阻抗为：VOUT/IIN=5V/16mA=0.3125V/mA为了得到期望的输出（4mA时0V，20mA时5V），放大器的输出必须有一个偏置:VOS=4mA（0.3125V/mA）=1.25V输入电流信号接至+IN端还是接至IN端取决与信号的极性，并经过中心抽头CT返回地端。两个匹配的75检测电阻Rs构成对称输入，可最

45、程度地抑制CT脚的共模电压信号，消除不同输入端电流在差分电压转换时的不均衡。检测电阻将输入的电流信号经差分放大器放大，转换成一个与之成正比的电压。位于放大器反馈通道中的T型网络节点用于产生所需要的1.25V偏置电压。输入电阻网络提供了很高的输入阻抗，并将共模输入电压衰减至运算放大器的共模信号容限内。图 2-20 RCV420的功能框图2.3.6 SCR可控硅的选择本次设计选用单向可控硅移相触发器模块SCRJK。单向可控硅移相触发器模块 SCRJK只有一路输出，且要求可控硅移相触发器模块所取的同步信号与电网相位同步，以控制信号为05VDC的G型为例,当控制电压在05V之间变化时，触发器模块内部便

46、输出与电网电压同步、脉冲宽度可相对电网电压在180可调节的触发信号通过光耦隔离，输出端(A、G)便可触发相应的单向可控硅导通，从而达到移相调压的目的。SCRJK单向可控硅移相触发器模块在使用时需要外接一组与输入电网同步的、通过变压器隔离降压后的18VAC同步电压信号，此同步电压信号还同时作为移相触发器模块内部电源用，并产生一组辅助电源作为电位器手动调节时用。可控硅移相触发器模块内部集相位检测电路、移相电路、光电隔离触发电路于一体，实现了高压与控制部分的隔离，输入控制信号可由其它自动控制设备输出供给，也可以由内部电源外接一只电位器进行手动调节。使用安全、简单、方便。其引脚图如下2-21所示。图 2-21 SCR-JK引脚图引脚功能如下：（1） 、脚接18VAC输出的同步变压器的副边绕组18Vac，供给移相触发器电源和同步基准；（2） 脚接可控硅的触发门极(G)；（3） 脚,SCR-JK单向可控硅移相触发器时接单向可控硅阳极 (A) TRIA