第3章硬件设计
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我们在完成了系统的方案设计之后开始对系统的硬件电路进行设计，一个PLC的控制系统能否进行正常工作主电路及各个分电路的设计是非常重要的，想要画出工作电路的电气原理图系统的I/O分配表又是不可缺少的一部分。3.1 系统I/O分配表
本设计采用的西门子S7-200PLC对大型地秤进行控制，在设计PLC硬件接线图之前，我们需要对要用到的I/O点进行地址分配，以明确PLC芯片I/O接口以及有助于后面要进行的PLC程序设计。根据地秤控制系统的控制要求，我们可以得出控制系统的PLC控制输入量：启动按钮SB1、停止按钮SB2、打印按钮清零按钮；控制输出量启动指示灯，打印指示灯，报警指示灯。并对它们进行I/O点分配，如表3-1 所示为控制系统I/O点分配表。
表3-1 系统I/O分配表
输入输出
I0.0启动按钮Q0.0启动指示灯
I0.1停止按钮Q0.1打印指示灯
I0.2打印按钮Q0.2报警指示灯
I0.3清零按钮
3.2 电压转换电路
本设计给传感器和变送器以及PLC的供电电压都为24V，实验室的实验台供电电压为220V或380V，为了保护传感器及变送器能够正常工作不被损坏，所以此处利用电压模块把实验室AC220V电压转换为DC24V电压。
3.3 硬件系统组成
本设计采用西门子S7-200 CPU224型号PLC进行地秤控制系统的设计，根据CPU224型号PLC的外部结构及地秤控制系统的控制要求画出PLC的硬件接线图。基于PLC的大型地秤控制系统主电路图如图3-1所示。在地秤控制系统中、用称重传感器首先接收重量信号，然后将信号传输给称重变送器，PLC接收识别变送器发出的信号，最终通过紫金桥组态显示出来。具体操作为接通电源后按下SB1整个系统启动开始记录数据，同时启动指示灯亮，在重量达到30.0KG,50.0KG,70.0KG时系统自动记录数据并保存，当重量达到60.0KG时报警器报警,同时报警指示灯亮，当按下SB3系统开始打印先前记录的数据同时打印指示灯亮，在SB1不闭合的情况下系统不能打印。最后按下SB2整个电路关闭系统停止工作。在此情况下按下SB4系统先前记录的数据全部清零，系统不关闭的情况下不能清零。
图3-1 主电路图
3.4 称重传感器接线图
大洋传感系统工程有限公司生产的DYLY-102称重传感器检测出来的重量经转换输出为很小的毫伏级差动电压信号很难进行数模转化使PLC无法准确识别，所以必须经过变送器将电压信号转换放大为0-10V的电电压信号PLC才能准确识别。如图3-2所示为传感器接线图。
图3-2 传感器接线图
3.5 称重变送器接线图
本设计采用的TW1系列称重变送器接线方法非常简单，非常适合初学者使用，此变送器需外接24V交流电源使用，输出0-10V电流信号给PLC接收，SIG+端接传感器信号输入正极，SIG-端接传感器信号输入负极，EX+端接激励电压输出正极，EX-端接激励电压输出负极，变送器内部接线图如图3-3所示。输出端直接和PLC的模拟量端口进行连接。
图3-3 变送器接线图
3.6 系统硬件连接方式
建立上位机计算机和下位机之间的通信是地秤控制系统的重要环节。西门子S7-200系列PLC能够选择许多通信协议，适合大多数工业自动化设备的控制系统。根据地秤控制系统的要求，在这里我们选择点对点的通信方式作为此控制系统的通信协议。PPI通信协议是西门子公司自主研发的适用于S7-200系列PLC，通过此通信协议上位机和下位机之间能过完成梯形图程序的上载与下载。PPI通信协议可以根据系统需要设置不同波特率，在通信的时候应该先在计算机上进行相关设置。现在市面上有很多国产的与西门子产品兼容的USB电缆，它们绝大多数是USB/RS-232转换器和PC/PPI适配器的组合，将USB端口映射为一个RS-232C端口（俗称为COM口）本设计用到的就是这种通信电缆，需要注意的是低档的产品不能在Windows7操作系统下使用，不支持187.5kbit/s的波特率。
3.7 断电数据保持
3.7.1S7-200保存数据方法
S7200中央处理器的数据存储被归类为不稳定的内存存储区域，以及EEPROM存储区域，后者的数据可以在不需要电源的情况下永久存储。前者的电源消失后，存储的数据将会丢失。后者的电源消失后，存储的数据不会丢失。CPU在工作时，V、M、T、C、Q、等存储区的数据都保存在RAM中。S7-200用内置的EEPROM永久保存程序块，数据块、系统快、强制值、组态为断电保持的存储区，和在用户程序控制下写入EEPROM的指定值。配方和数据记录配置保存在一个内存卡中。当从CPU模块上传用户程序时，CPU将从EEPROM中加载数据块和系统快速程序块，以及从内存卡中获得的配方和数据记录配置。通过S7-200的资源管理器上载数据记录中的数据。S7-200提供了多种方法来保存数据。用CPU的超级电容器保存RAM中的V、M、T、C存储区的数据。超级电容器可以保存几天，保持的时间与CPU模块的型号有关。CPU上电后超级电容器开始充电。MB0-MB13如果在系统块中被设置为断电保持，在CPU模块断电时被永久保存在EEPROM中。数据块被使用给V存储区赋初值，通过S7-200的资源管理器，可以将文件存储在存储卡中。以上只是S7-200的部分保存数据的方法。
3.7.2设置PLC断电保持
双击编程软件左下角的“系统快”，然后点击“断电数据保持”出现设置对话框。选择从通电切换到断电时希望保存的存储区。最多可以定义6个在电源掉电时需要保存的存储区范围，如图3-4所示为初始值。能够设置的存储区域有V、M、T、C。它们只能够保存TONR和计数器的当前值，不能保存定时器位和计数器位，电源打开时他们将被消除。单击“默认值”按钮，将采用STEP-Micro/WIN推荐的设置值。本设计用到了V区和M区。需要用断电保持保存VD6输出的重量数据。
图3-4 断电保持初始值图
3.7.3数据的恢复
通电后，CPU会自动的从EEPROM中恢复程序块和系统快。如果能够顺利的恢复，数据存储器的保存区将不会改变。EEPROM中数据块的内容被复制到V存储器的非保持区，RAM中的其他非保持区被清零。如果断电时间非常长数据有可能没有保存下来那么CPU将会清楚所有的用户存储区。
本章小结
本章首先介绍了地秤控制系统的I/O分配和主电路的硬件接线以及硬件的连接方式，其次分析了电路如何变压以及称重传感器和变送器的硬件接线图。最后介绍了如何使整个系统实现断电保持和断电保持的设置方法。
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