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西門子中國總代理200CN

PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機(jī)型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機(jī)型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點＋輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型

不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個 CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計算機(jī)輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。

分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進(jìn)行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍

概述

S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有*的性能/價格比。

西門子中國總代理300系列產(chǎn)品概述

功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)緊湊并且經(jīng)濟(jì)

SIMATIC S7- 300通用控制器可以節(jié)省安裝空間并且具有模塊化設(shè)計的特點。
大量的模塊可根據(jù)手頭的任務(wù)被用于擴(kuò)展集中系統(tǒng)或創(chuàng)建分散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，并促進(jìn)備件成本效益的經(jīng)濟(jì)性。憑借其令人印象深刻的創(chuàng)新系列，SIMATIC S7 -300通用控制器成為了一個可以有效節(jié)省用戶額外投資和維護(hù)成本的綜合系統(tǒng)。

概述 ---- S7-200 是一種小型的可編程控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、檢測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有*的性能/價格比。

出色表現(xiàn)

S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)*的可靠性。

2)極豐富的指令集。

3)易于掌握。

4)便捷的操作。

5)豐富的內(nèi)置集成功能。

6) 實時特性。

7) 強(qiáng)勁的通訊能力。

8) 豐富的擴(kuò)展模塊。

適用范圍

----S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。

CPU單元設(shè)計

集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器(執(zhí)行器)，CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫?fù)載電源。

不同的設(shè)備類型。

CPU 221~226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。

本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點。

CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224XP具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。

本機(jī)模擬量輸入/輸出點。

CPU 224XP具有2個輸入點，1個輸出點。

中斷輸入。

允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。

高速計數(shù)器。

CPU 221/222

4個高速計數(shù)器(30KHz)，可編程并具有復(fù)位輸入，2個獨立的輸入端可同時作加、減計數(shù)，可連接兩個相位差為90°的A/B相增量編碼器。

CPU224/224XP/226。

6個高速計數(shù)器(30KHz)，具有CPU221/222相同的功能。

CPU 222/224/224XP/226。

可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫?選件)對本機(jī)輸入信號進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。

S7-200CPU按照以下機(jī)制循環(huán)工作：

　　讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)

　　執(zhí)行用戶程序，進(jìn)行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)

　　將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)

　　注意：只要CPU處于運行狀態(tài)，上述步驟周而復(fù)始地執(zhí)行。在第二步中，CPU也執(zhí)行通訊、自檢等工作。

　　上述三個步驟是S7-200CPU的軟件處理過程，可以認(rèn)為是程序掃描時間。實際上，S7-200對數(shù)字量的處理速度受到以下幾個因素的限制：

　　輸入硬件延時（從輸入信號狀態(tài)改變的那一刻開始，到CPU刷新輸入映像區(qū)時能夠識別其改變的時間）

　　CPU的內(nèi)部處理時間，包括：

　　讀取輸入點的狀態(tài)到輸入映像區(qū)

　　執(zhí)行用戶程序，進(jìn)行邏輯運算，得到輸出信號的新狀態(tài)

　　將輸出信號寫入到輸出映像區(qū)

　　輸出硬件延時（從輸出緩沖區(qū)狀態(tài)改變到輸出點真實電平改變的時間）

　　上述A，B，C三段時間，是限制西門子PLC處理數(shù)字量響應(yīng)速度的主要因素。

　　一個實際的系統(tǒng)可能還需要考慮輸入、輸出器件的延時，如輸出點外接的中間繼電器動作時間等。

　　以上數(shù)據(jù)都在《S7-200系統(tǒng)手冊》中標(biāo)明，這里只是列表比較。CPU上的部分輸入點延時（濾波）時間可以在編程軟件Micro/WIN的“系統(tǒng)塊”中設(shè)置，其缺省的濾波時間是6.4ms。

　　如果把容易受到干擾的信號接到CPU上可改變?yōu)V波時間的DI點上，調(diào)整濾波時間可能改善信號檢測的質(zhì)量。

　　支持高速計數(shù)器功能的輸入點在相應(yīng)功能開通時不受此濾波時間約束。濾波設(shè)置對輸入映像區(qū)的刷新、開關(guān)量輸入中斷、脈沖捕捉功能同樣有效。

　　有些輸出點要比其他點更快些，是因為它們可以用于高速輸出功能，在硬件上有特殊設(shè)計。沒有專門使用硬件高速輸出功能時，它們只是和普通點一樣處理