西門子6ES7223-1BM22-0XA8

PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 ． PLC 型號(hào)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(duì)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(shí)間繼電器、計(jì)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(yùn)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(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國(guó)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(wú)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(shí)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(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

（ 1 ）對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇

盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)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(diǎn)數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)的 60 ％； PLC 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的，有的 PLC 其每點(diǎn)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(shí)要考慮這些問(wèn)題。

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

（ 2 ）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇

對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來(lái)估算；計(jì)數(shù)器/ 定時(shí)器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)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(chǔ)容量來(lái)估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)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(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。

（ 3 ）對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)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(shí)間延遲（一般在 2 ～ 3 個(gè)掃描周期）等。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問(wèn)題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問(wèn)題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型

不同的負(fù)載對(duì) 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(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)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(jí)范圍大等。所以動(dòng)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(duì)在線和離線編程的選擇

通信選項(xiàng)

S7-200 SMART 可實(shí)現(xiàn) CPU、編程設(shè)備和 HMI 之間的多種通信：

● 以太網(wǎng)：

– 編程設(shè)備到 CPU 的數(shù)據(jù)交換

– HMI 與 CPU 間的數(shù)據(jù)交換

– S7 與其它 S7-200 SMART CPU 的對(duì)等通信

– 與其它具有以太網(wǎng)功能的設(shè)備間的開放式用戶通信 (OUC)

● PROFIBUS：

– 適用于分布式 I/O 的高速通信（高達(dá) 12 Mbps）

– 一個(gè)總線控制器連接許多 I/O 設(shè)備（支持 126 個(gè)可尋址設(shè)備）。

– 主站和 I/O 設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換

– EM DP01 模塊是 PROFIBUS I/O 設(shè)備。

● RS485：

– 總共支持 126 個(gè)可尋址設(shè)備（每個(gè)程序段 32 個(gè)設(shè)備）

– 支持 PPI（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口）協(xié)議

– HMI 與 CPU 間的數(shù)據(jù)交換

– 使用自由端口在設(shè)備與 CPU 之間交換數(shù)據(jù)（XMT/RCV 指令）

● RS232：

– 支持與一臺(tái)設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接

– 支持 PPI 協(xié)議

– HMI 與 CPU 間的數(shù)據(jù)交換

– 使用自由端口在設(shè)備與 CPU 之間交換數(shù)據(jù)（XMT/RCV 指令）

文本顯示單元：TD400C 是一款顯示設(shè)備，可以連接到

CPU。使用文本顯示向?qū)?，可以輕松地對(duì) CPU

進(jìn)行編程，以顯示文本信息和其它與您的應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)。

TD400C

設(shè)備可以作為應(yīng)用的低成本接口，使用該設(shè)備可查看、監(jiān)視和更

改與應(yīng)用有關(guān)的過(guò)程變量。

SMART HMI：SMART LINE

觸摸面板可為小型機(jī)器和工廠提供操作和監(jiān)視功能。組態(tài)和調(diào)試

時(shí)間短、在 WinCC flexible(ASIA 版本)中組態(tài)以及具備雙端口

Ethernet/RS485 接口，共同構(gòu)成這些 HMI 的亮點(diǎn)

西門子可編程控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟（ 1 ）深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求a ．被控對(duì)象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)。b ．控制要求主要指控制的基本、應(yīng)完成的、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對(duì)較復(fù)雜的控制，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)部分，這種可化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。（ 2 ）確定 I/O 設(shè)備根據(jù)被控對(duì)象對(duì) PLC 控制的功能要求，確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、器、指示燈、電磁閥等。（ 3 ）選擇的 PLC 類型根據(jù)已確定的用戶 /O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入和輸出的點(diǎn)數(shù)，選擇的 PLC 類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（ 4 ）分配 I/O 點(diǎn)分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。（ 5 ）設(shè)計(jì)應(yīng)用梯形圖程序根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐。（ 6 ）將程序輸入 PLC當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過(guò)上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。（ 7 ）進(jìn)行程序輸入 PLC 后，應(yīng)行工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)中，難免會(huì)有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。（ 8 ）應(yīng)用整體調(diào)試在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可行分段調(diào)試，然后再連接起來(lái)總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。（ 9 ）編制技術(shù)文件技術(shù)文件包括說(shuō)明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。

西門子PLC的組成程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入PLC的存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。程序一般包括診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。 PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語(yǔ)言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，重要的是用PLC的編程語(yǔ)言來(lái)編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了他們的習(xí)慣和能力，PLC的主要編程語(yǔ)言采用比計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的語(yǔ)言。 PLC編程語(yǔ)言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語(yǔ)言的表達(dá)也不相同，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)的編程語(yǔ)言，如語(yǔ)句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)編程語(yǔ)言，如梯形圖等。    以下簡(jiǎn)要介紹幾種常見(jiàn)的PLC編程語(yǔ)言。   1.梯形圖語(yǔ)言  梯形圖語(yǔ)言是在電器控制中常用的器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線路圖相似，繼承了電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用廣泛的PLC的編程語(yǔ)言，是PLC的編程語(yǔ)言。如圖1所示是的電器控制線路圖和PLC梯形圖