一个简单的控制系统包括CPU、输入/输出模块、通信模块以及HMI等。CPU采集输入模块信号进行处理,并将逻辑结果通过输出模块输出:同时可以通过通信接口将数据上传到HMI中进行数据管理,例如对过程数据的归档和查询,报警信息的记录等。

下面介绍SIMATIC S7-1500 PLC控制系统的硬件组成中的负载电源与系统电源 

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负载电源

负载电源（PM,Power Module）用于负载供电，通常是AC120/230V输入，DC24V输出，通过外部接线为模块(PS、CPU、IM、I/O、CP)、传感器和执行器提供DC24V工作电源。负载电源不能通过背板总线向SIMATIC S7-1500 PLC 以及分布式 I/O ET200MP 供电,所以也可以不安装在机架上,因此可以不在TIA博途软件中配置。负载电源模块给CPU/IM提供24V电源,CPU/IM向背板总线供电。

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系统电源 

系统电源(PS,Power Supply)用于系统供电,通过背板总线向SIMATIC S7-1500 PLC及分布式I/O ET 200MP 供电,所以必须安装在背板上。系统电源不能与机架分离安装,且必须在TIA博途软件中进行配置。目前,可以使用的系统电源有4种                    

系统电源选择示例

可以根据现场电压类型和其他模块的功率损耗灵活地选择系统电源(PS)。SIMATIC S7-1500 PLC 中央机架和分布式 I/O ET 200MP 使用相同的方式进行配置。一个机架上最多可以插入32个模块(包括系统电源(PS)、CPU或接口模块IM155-5)。可以插入最多3个PS模块,通过系统电源(PS)模块内部的反向二极管划分不同的电源段。除系统电源(PS)向背板总线供电外,CPU或接口模块IM155-5也可以向背板总线供电,这样配置更加灵活,下面通过几个示例进行详细介绍。                     

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机架上没有系统电源(PS)

如图3-1所示,CPU/IM155-5的电源由负载电源(PM)或者其他DC24V提供,CPU/IM 155-5 向背板总线供电,但是功率有限(功率具体数值与CPU或接口模块的型号有关),且最大只能连接12个模块(与模块种类有关)。如果需要连接更多的模块,需要增加系统电源PS。                    

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系统电源(PS)在CPU/IM 155-5左边

如图3-2所示,有两种情况:第一种情况是CPU/IM155-5电源端子没有连接DC24V电源,CPU和I/O模块都消耗系统电源(PS)的功率;第二种情况是CPU/IM155-5电源端子连接DC24V电源,与系统电源(PS)同时一起向背板总线供电,这样向背板总线提供的总功率就是系统电源(PS)与CPU/IM155-5输出功率之和,因此在第二种情况下可以连接更多的模块。

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系统电源(PS)在CPU/IM 155-5右边 

如图3-3所示,由于系统电源(PS)内部带有反向二极管,CPU/IM155-5的供电会被系统电源(PS)隔断,系统电源(PS)将向背板总线提供电源。这种情况下必须为CPU/IM155-5提供DC24V电源,这样的配置方式虽然没有错误,但是没有意义。如果CPU/IM155-5后面连接模块,功率不够时可以通过系统电源(PS)扩展,这样的配置与“系统电源(PS)在CPU/IM 155-5左边”的配置功能相同。

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插入多个系统电源(PS)

如图3-4所示,在机架上插入两个系统电源(PS)。插槽0~3的供电方式与“系统电源(PS)配置在CPU/IM155-5左边的方式相同,有两种供电的可能性。插槽4的系统电源(PS)为插槽5、6的I/O模块供电。

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查看功率分配详细信息 

如果系统电源(PS)安装在插槽0,则功率分配的详细信息可在CPU/IM155-5的属性中查看，如果PS安装在其他插槽,则功率分配的详细信息在系统电源(PS)属性中查看。例如图3-4中插槽4的系统电源(PS)功率分配如图3-5所示,两个I/O模块共消耗3.00W,还剩余23.00W。

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如何在系统中选择 PM 和 PS 

I/O模块和外部回路通常需要24V电源,通常在PLC系统中选择PM,既便宜又方便,但是如果没有安装抑制感性负载冲击电压的释放回路,将对PLC系统造成冲击,参考图3-6。CPU的M端与背板总线的逻辑地相连接,如果电源同时给CPU和感性负载供电,感性负载的反向电压将冲击系统的逻辑地,造成CPU系统的崩溃,这种情况下一定要安装释放回路(反向二极管),抑制反向电压。CPU可以单独使用一个PM,但是需要与系统其他部分做等电位的连接,减少电位差,通常的做法是接地,于是所有电源的M端都接地了,但是在高频的情况下,接地线的感抗增加,还是会冲击系统的逻辑地,推荐的方式是使用PS 给 CPU 供电,使用 PM 给 I/O 和负载供电。