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浅谈西门子PLC系统中IO供电
作者:佚名 日期:2010年04月06日 来源:本站原创 浏览:

内容导读:

有人曾问过:S7-200CPU能输出24VDC传感器电源,那么它是否能作为一个独立的电源,给其输入和输出或扩展输入、输出模块供电?

鉴于以上问题,我们分析,“S7-200CPU能输出24V DC传感器电源是指CPU模块具有24V DC供电能力,在CPU模块上有L+,M端子输出电能,此时你可以把它看作是一个24V DC的电源模块。而PLC的输入输出点需要外接电源来供电,即可以用单独的外接电源模块,也可以使用CPU模块的自带输出电源,这两种电源对于输入输出点来说都是外接电源,如果不加以考虑,直接使用CPU模块的自带输出电源给输入、输出点供电,看样子,这种操作既节约成本,也安全可靠,但不可否认存在隐患,因为24V DC电源是CPU输出,功耗有限,此时我们必须弄清楚CPU输出24V DC电源的最大电流和输入、输出点所消耗的最大电流,所以此时需要注意电源的供电能力问题。

S7-200 CPU模块提供5VDC24VDC电源:

• 当有扩展模块时CPU通过I/O总线为其提供5V电源,所有扩展模块的5V电源消耗之和不能超过该CPU提供的电源额定。若不够用不能外接5V电源。 

• 每个CPU都有一个24VDC传感器电源,它为本机输入点和扩展模块输入点及扩展模块继电器线圈提供24VDC。如果电源要求超出了CPU模块的电源定额,你可以增加一个外部24VDC电源来提供给扩展模块。 

所谓电源计算,就是用CPU所能提供的电源容量,减去各模块所需要的电源消耗量。下表1-8为电源计算算例,

以下为S7-200系统电源数据简表。详情请参考最新的《S7-200系统手册》或模块说明书。

1. CPU的供电能力 

CPU型号 

电流供应

 

 

5VDC 

+24VDC

CPU221 

0 mA 

180mA

CPU222

 340 mA

 180mA

CPU224/224 XP  

 660 mA

280mA

CPU226/226 XM  

 1000 mA

400mA

2. CPU上及扩展模块上的数字量输入所消耗的电流

CPU上及扩展模块上的数字量

 电流需求

 

5VDC 

+24VDC

每点输入 

4mA/每输入

如果数字量输入点使用外接24VDC电源,则不必纳入计算。

3. 数字扩展模块所消耗的电流

数字扩展模块型号 

电流需求

  

5VDC

+24VDC

EM 221 DI 8 x 24VDC  

30 mA

4 mA/输入

EM 221 DI 8 x 120/230VAC

 30 mA

 -

EM 221 DI 16 x 24VDC  

70 mA

4 mA/输入

EM 222 DO4 x 24VDC-5A  

50 mA

-

EM 222 DO 4 x Relays-10A  

40 mA 

20mA/输出

EM 222 DO8 x 24VDC    

30 mA

-

EM 222 DO 8 x Relays  

40 mA

9mA/输出

EM 222 DO 8 x 120/230VAC 

110 mA 

-

EM 223 24VDC 4 In/4 Out  

40 mA

4 mA/输入

EM 223 24VDC 4 In/4 Relays  

40 mA

4 mA/输入 9mA/输出

EM 223 24VDC 8 In/8 Out  

80 mA

4 mA/

EM 223 24VDC 8 In/8 Relays 

 80 mA 

4 mA/输入9 mA/输出

EM 223 24VDC 16 In/16 Out 

 160 mA

4 mA/输入

EM 223 24VDC 16 In/16 Relays 

150 mA

4 mA/输入9mA/输出

EM 223 24VDC 32 In/32 Out  

240 mA

4 mA/输入

EM 223 24VDC 32 In/32 Relays  

 205 mA

4 mA/输入9mA/输出

4. 模拟扩展模块所消耗的电流

模拟扩展模块

电流需求

 

5VDC 

+24VDC

EM 231 4 Inputs 

 20 mA

60 mA

EM 232 2 Outputs 

 20 mA

70 mA

EM 235 4 Inputs / 1 Output 

30 mA

 60 mA

5. TC(热电偶)和RTD(热电阻)模块所消耗的电流

热电偶和热电阻模块

电流需求

 

 +5VDC 

+24VDC

EM 231 TC, 4 Inputs

87 mA

 60 mA

EM231 RTD, 4 Inputs   

87 mA

60 mA

 

6. 智能模块所消耗的电流

智能模块

电流需求

 

        

5VDC

+24VDC

 

EM277

150 mA 

-

30 mA通信端口激活时

 

60 mA通信端口加90mA/5V负载时

 

180 mA通信端口加120mA/24V负载时

 

EM241 

80 mA 

70 mA

 

EM253 

190mA 

不一定详见技术数据

 

CP243-1

 55 mA 

60 mA

 

CP243-1 IT 

 55 mA

 60 mA

 

CP243-2 A

220 mA

100 mA

 

 注意:

• EM277模块本身不需要24VDC电源,这个电源是专供通信端口用的。24VDC电源需求取决于通信端口上的负载大小。 

• CPU上的通信口,可以连接PC/PPI电缆和TD 200并为它们供电,此电源消耗已经不必再纳入计算。 

如果PLC输入点较多,输出的负载较多、功率较大,最好接外部电源。这对PLC使用长久有好处。

从上面表格中,我们可以清楚的看到各模块的电流消耗或者承受量,通过计算如超过CPU输出容量,可以选择外加开关电源;接下来我们看一下S7-300CPU及模块的电流消耗。

S7-300模块使用的电源由S7-300背板总线提供,一些模块还需从外部负载电源供电。在组建S7-300应用系统时,考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的。

一个实际的S7-300 PLC系统,确定所有的模块后,要选择合适的电源模块,所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和,并且要留有30%左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时,从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V

例如,一个S7-300 PLC系统由下面的模块组成:

1块中央处理单元6SE7315-2AG10-0AB0L+消耗800MA,功耗2.5W ( DP通讯应考虑端口L+消耗电流200MA)

1块数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 ,L+单路消耗7MA,背板消耗最大15MA,功耗6.5W

l块数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0(24 V DC施耐德中继) L+空载消耗160MA,背板消耗最大110MA,功耗6.6W(带载24 V DC施耐德中继单个消耗37MA)

l块模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0, L+消耗30MA(若四线制),背板消耗最大50MA,功耗1W

2块模拟量输出模块6ES7332-5HD01-0AB0,L+消耗240MA,背板消耗最大60MA,功耗3W

各模块从S7-300背板总线吸取的电流=15110502×60295 mA

各模块从24 V负载电源吸取的电流=800+200+7X32160+37×32+30240X23078 mA

各模块的功率损耗=2.56.56.612×322.6 W

从上面计算可知(具体数据参考选型手册),信号模块从S7-300背板总线吸取的总电流是295 mA,没有超过CPU 315提供的最大背板输出电流1.2 A。各模块从24 V电源吸取的总电流约为3.078 A,考虑到电源应留有30%裕量,而且电源的效率在70-85%,所以3.078/0.7计算得到4.39 A,电源模块应选PS307 5 APS307 5 A的功率损耗为18 W,所以该S7-300结构总的功率损耗是1822.640.6 W。该功率不应超过机柜所能散发的最大功率,在确定机柜的大小时要确保这一点。

从上面我们能看到,S7-300电源消耗分背板和前端负载,而背板电源是由CPU提供,前端负载由前面24V电源提供,所以我认为CPU和其他模块的24V电源用两块电源独立提供,更安全可靠,如有一台电源故障,降低损失。

结合以上两款PLC的主机与模块供电情况,我们以后选择开关电源、计算系统容量时,能够使控制系统配置更合理、更准确。消除我们以前估算偏差太大,要么浪费资源、要么影响系统运行等弊病。(技术部吕新华供稿)

 

 

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