CPU模块的数字量输入输出电路

①数字量输入电路　，输入采用光电耦合电路，1M是同一组输入点内部电路的公共点。当外部触点接通时，电路中有电流通过，发光二极管发光，使光敏三极管饱和导通；当电流从输入端流入时为漏型输入，反之则为源型输入。输入电流为数毫安

①数字量扩展模块　当CPU模块I/O点数不能满足控制系统的需要时，用户可对I/O点数进行扩展。数字量扩展模块不能单独使用，需要与CPU模块相连。数字量扩展模块通常有3类，分别为数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块。

②模拟量扩展模块　模拟量输入模块将模拟量转换为多位数字量。模拟量输出模块将PLC中的多位数字量转换为模拟量电压或电流。

模拟量扩展模块为主机提供了模拟量输入输出功能，适用于复杂控制场合。它通过自身扁平电缆与主机相连，并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类，分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。

③特殊功能扩展模块　当需要完成特殊功能控制任务时，需要用到特殊功能扩展模块。常见的特殊功能扩展模块有通信模块、热电阻和热电偶扩展模块等。

a．通信模块。S7-200 SMART PLC主机集成1个RS485通信接口和一个以太网接口（CR系列只有以太网接口），为了扩大其接口的数量和联网能力，各PLC还可以接入通信模块。常见的通信模块有PROFIBUS-DP从站模块（EMDP01）、RS485/232信号板（SB CM01）。

b．热电阻和热电偶扩展模块。热电阻和热电偶扩展模块是模拟量模块的特殊形式，可直接连接热电偶和热电阻测量温度。热电阻和热电偶扩展模块可以支持多种热电阻和热电偶，使用时经过简单的设置就可直接读出摄氏温度值和华氏温度值。常见的热电阻扩展模块有EMAR02、EMAR04，热电偶模块有EMAT04。温度测量的分辨率为0.1℃/0.1℉[注]，电阻测量的分辨率为15位＋符号位。

（2）信号板

西门子S7-200 SMART系列PLC的CPU模块中间有一块盖板，需要的时候可以将盖板取下，插接一块信号板（Signal Board）。

1) S7-1500系列PLC：整个控制系统的核心，具有强大的通信能力，使用GRAPH语言编写设备间的动作逻辑顺序。

2) S7-1200系列PLC：小型经济的PLC用于伺服的脉冲控制。

3) ABB机器人：对PCB进行抓取与放置。

4) 2台康耐视相机与1台工控机：1台相机抓取PCB定位图像，另1台抓取PCB点胶范围图像，工控机根据图像分析出PCB偏移量与点胶量。

5) 4台聚焦机与4台PC：PC控制聚焦机对PCB进行聚焦与点胶固化。

6) TP700触摸屏：对整个项目设备进行控制、故障与通信诊断、数据存储。

2.网络结构图

网络采用星形结构，S7-1500与1台工控机、1个机器人采用开放式通信，与4台聚焦PC采用S7通信，与1个S7-1200采用PROFINET通信。

图6 网络概览三、控制系统完成的功能

1.相机定位的实现

(1) 相机定位原理

6ES7288-5DT04-0AA0西门子S7-200SMART模块

1) 平移。工件发生平移时，在拍照位置进行拍照后，与开始训练标准位置对比，Mark点成像会产生偏移；Mark点偏移量MDx=CDx、MDy=CDy;相机计算出的Mark点偏移量，可以直接补偿。

2)平移和旋转。工件发生平移和旋转时，在拍照位置进行拍照后，与开始训练标准位置对比，Mark点成像会产生偏移。

因为Mark点偏移量MDx≠CDx、MDy≠CDy,所以相机计算出的Mark点偏移量，不能直接补偿给机器人，需要计算出CDx和CDy及CDr和MDr 然后补偿给机器人，机器人补偿后才能进行抓取。

1) S7-1500支持多种工业以太网协议。选用哪种通信协议简单、经济、安全是非常关键的。

① 与相机的工控机通信采用开放式通信，因为仅相机数据传输，那么开放式通信无疑是简单的。

② 与4台聚焦机PC通信采用S7通信，因为机器人要将PCB放入聚焦机内聚焦，那么聚焦机的当前安全状态需要实时了解，通过S7协议，PC可以将当前状态不断写入PLC的DB，让PLC进行判断。

③ 与S7-1200采用PROFINET通信，因为S7-1200支持PROFINET IO，而且PROFINET实时性非常高（可以达到5ms以内），S7-1200组态IO映射后，S7-1500程序中可以直接使用IO，非常简单。

③ 对S7通信诊断，因为S7通信为单边通信，所以PC需要不断地对固定字节进行累加写入，PLC通过判断字节累加与否从而得知连接状态，

3) PLC需同时协调多种设备的流程动作与通信，GRAPH语言是佳选择，如何快速诊断出GRAPH中的互锁、监控、跳转条件，是保证生产稳定性的关键。

① 使用HMI中GRAPH总览控件，可以看到当前的步号，互锁、监控条件以及转换条件、动作的名称，

② 使用HMI中PLC代码视图控件，直接显示GRAPH源程序，互锁、监控条件一条条列出来，。

4） 生产数据的可追溯对于故障分析、工艺改进起至关重要的作用。但对于没有 MES和 SCADA的项目来说，如何通过简单的方式让生产工程师查看生产数据就成了难点，以往的解决方法是通过HMI将数据存入U盘，但查看数据需要HMI反复上电插拔 U 盘，这样很不方便。PLC 中的数据记录功能可以通过编程选择时间点来记录多条数据，PC或者手机通过CPU集成的 Web服务器功能查看，

可编程序控制器（简称PLC）是随着现代工业自动化生产水平和微电子研发、制造水平的飞速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型工业控制装置，是将微型计算机技术、控制技术和通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是工业生产自动化的重要支柱。1969年台可编程序控制器由美国数字设备公司研发生产，虽然只有40余年的发展历史，但其已经广泛应用于冶金、机械、石油开采、化工、纺织、轻工、建筑、运输、电力等部门。