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  1. 可編程控制器的定義

    可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年*電工**（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：

    “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”

    2. PLC的特點(diǎn)

    2.1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

    高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了**的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均*時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均*工作時間則*長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有*高的可靠性也就不奇怪了。

    2.2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)

    PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

    2.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

    PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。

    2.4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造

    PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。*重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

    2.5體積小，重量輕，能耗低

    以*小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

    3. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

    目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。

    3.1開關(guān)量的邏輯控制

    這是PLC基本、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

    3.2模擬量控制

    在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

    3.3運(yùn)動控制

    PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用*的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。

    3.4過程控制

    過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行*的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

    3.5數(shù)據(jù)處理

    現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

S7-300 一般步驟 S7-300自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以*立地組合使用。一個系統(tǒng)包含下列組件： CPU：不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應(yīng)功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點(diǎn)對點(diǎn)接口的 CPU。用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。用于連接總線和點(diǎn)對點(diǎn)連接的通信處理器 (CP)。用于高速計數(shù)、定位（開環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）。
根據(jù)要求，也可使用下列模塊：用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負(fù)載電源模塊(PS)。接口模塊 (IM)，用于多層配置時連接*控制器 (CC) 和擴(kuò)展裝置 (EU)。通過分布式*控制器 (CC) 和 3 個擴(kuò)展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達(dá) 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運(yùn)行，并且無需風(fēng)扇。 SIPLUS 模塊可用于擴(kuò)展的環(huán)境條件：適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結(jié)露以及有霧的環(huán)境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護(hù)等級為 IP20 機(jī)柜內(nèi)使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調(diào)節(jié)的機(jī)柜和 IP65 外殼。設(shè)計簡單的結(jié)構(gòu)使得 S7-300 使用靈活且易于維護(hù)：安裝模塊：只需簡單地將模塊掛在安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動到位然后鎖緊螺釘。集成的背板總線： 背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。模塊采用機(jī)械編碼，更換*為容易：更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機(jī)構(gòu)，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上?，F(xiàn)場證明可靠的連接：對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。

 TOP 連接：為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統(tǒng)提供預(yù)組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。規(guī)定的安裝深度：所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有前蓋保護(hù)。因此，所有模塊應(yīng)有明確的安裝深度。無插槽規(guī)則: 信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統(tǒng)可自行組態(tài)。擴(kuò)展若用戶的自動化任務(wù)需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進(jìn)行擴(kuò)展：*控制器和3個擴(kuò)展機(jī)架多可連接32個模塊：總共可將 3 個擴(kuò)展裝置（EU）連接到*控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。通過接口模板連接：每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在*控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴(kuò)展裝置的通信。通過 IM 365 擴(kuò)展： 1 個擴(kuò)展裝置遠(yuǎn)擴(kuò)展距離為 1 米；電源電壓也通過擴(kuò)展裝置提供。通過 IM 360/361 擴(kuò)展： 3 個擴(kuò)展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的遠(yuǎn)距離為 10m。單*安裝：對于單*的 CC/EU，也能夠以*遠(yuǎn)的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達(dá) 10m。靈活的安裝選項： CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以大限度滿足空間要求。通信 S7-300 具有不同的通信接口：連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器。用于點(diǎn)到點(diǎn)連接的通信處理器多點(diǎn)接口 (MPI), 集成在 CPU 中；是一種經(jīng)濟(jì)有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機(jī)界面系統(tǒng)和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統(tǒng)。 PROFIBUS DP進(jìn)行過程通信 SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU,可構(gòu)建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。以下設(shè)備可作為主站連接： SIMATIC S7-300 （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC S7-400 （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC C7 （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，帶IM 308 SIMATIC 505 出于性能原因，每條線路上連接的主站不得*過 2 個。以下設(shè)備可作為從站連接： ET 200 分布式 I/O 設(shè)備 S7-300，通過 CP 342-5 CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636 現(xiàn)場設(shè)備雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

 通過 PROFINET IO 進(jìn)行過程通信 SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構(gòu)建一個高速的分布式自動化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡化。從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）?？蓪⑾铝性O(shè)備作為 IO 控制器進(jìn)行連接： SIMATIC S7-300 （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU） SIMATIC ET 200 （使用配備 PROFINET 接口的 CPU） SIMATIC S7-400 （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）可將下列設(shè)備作為 IO 設(shè)備進(jìn)行連接： ET 200 分布式 I/O 設(shè)備 ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU SIMATIC S7-300 （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）現(xiàn)場設(shè)備通過 AS-Interface 進(jìn)行過程通信 S7-300 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現(xiàn)場設(shè)備（AS-Interface 從站）。
更多信息，請參見通信處理器。通過 CP 或集成接口（點(diǎn)對點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信通過 CP 340/CP 341 通信處理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可經(jīng)濟(jì)有效地建立點(diǎn)到點(diǎn)連接。有三種物理傳輸介質(zhì)支持不同的通信協(xié)議： 20 mA (TTY)（僅 CP 340/CP 341） RS 232C/V.24（僅 CP 340/CP 341） RS 422/RS 485 可以連接以下設(shè)備： SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統(tǒng)和其他公司的系統(tǒng)打印機(jī)機(jī)器人控制掃描器，條碼閱讀器，等特殊功能塊包括在通信功能手冊的供貨范圍之內(nèi)。使用多點(diǎn)接口 (MPI) 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 MPI（多點(diǎn)接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通信接口。它可用于簡單的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。 MPI 可以同時連接多個配有 STEP 7 的編程器/PC、HMI 系統(tǒng)（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。全局?jǐn)?shù)據(jù)： “全局?jǐn)?shù)據(jù)通信”服務(wù)可以在聯(lián)網(wǎng)的 CPU 間周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 一個 S7-300 CPU 可與多達(dá) 4 個數(shù)據(jù)包交換數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)包含有 22 字節(jié)數(shù)據(jù)，可同時有 16 個 CPU 參與數(shù)據(jù)交換（使用 STEP 7 V4.x）。

SIMATIC ET 200SP是一種多功能分布式I/O系統(tǒng)適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。防護(hù)等級為IP20，用于柜內(nèi)。ET 200SP靈活的架構(gòu)，使得I/O站可以安裝于現(xiàn)場滿足確切的需要。

使用簡便：
通過總線適配器，可以靈活選擇PROFINET的連接方式；
直插式端子技術(shù)，接線無需工具；
接線端子孔和彈簧下壓觸點(diǎn)的排布更加合理，接線更加方便；
彩色端子標(biāo)簽，參考標(biāo)識牌以及標(biāo)簽條，帶來了清晰明確的標(biāo)識；

 通道級的診斷功能。
設(shè)計緊湊：
單站擴(kuò)展多支持64個模塊，節(jié)省控制箱內(nèi)的空間；外形緊湊，適用于80mm的標(biāo)準(zhǔn)控制箱。
功能強(qiáng)大：
PROFINET高速通訊；
電子模塊和接線端子盒部分均可以在線熱插拔；
從導(dǎo)線，端子盒和背板總線直至PROFINET電纜采用統(tǒng)一的屏蔽設(shè)計理念；
系統(tǒng)集成PROFIenergy帶來更高的能效；
支持AS-i總線；
通過軟件進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，無需撥碼。

ET 200SP通過PROFINET或者PROFIBUS接口模塊與總線系統(tǒng)相連，接口模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在I/O模塊和上層控制器之間的交換。
PROFINET接口模塊上，可以插接各種總線適配器，從而自由選擇PROFINET的連接形式。
PROFINET接口模塊具有以下幾種：
IM155-6PN 標(biāo)準(zhǔn)型，包含服務(wù)模塊，不含總線適配器。PROFINET接口模塊，多支持32個擴(kuò)展模塊。訂貨號: 6ES7 155-6AU00-0BN0。
IM155-6PN 標(biāo)準(zhǔn)型，包含服務(wù)模塊以及安裝好的總線適配器（BA 2xRJ45）。PROFINET接口模塊，多支持32個擴(kuò)展模塊
訂貨號: 6ES71944AD000AA0。
IM 155-6PN 高性能型，包含服務(wù)模塊，不含總線適配器
PROFINET接口模塊，多支持64個擴(kuò)展模塊。支持大點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)，以及快速數(shù)據(jù)傳輸。

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 ET 200SP "基座單元

模塊(module)）系指由復(fù)數(shù)個具基礎(chǔ)功能之組件，組件組成之具特定功能之組件，該組件用以組成具完整功能之系統(tǒng)、設(shè)備或程序;泛用于各軟，硬件領(lǐng)域。通常以其功能，用途命名，如散熱模塊、存儲器模塊、游戲模塊等。在程序設(shè)計中，為完成某一功能所需的一段程序或子程序;或指能由編譯程序、裝配程序等處理的*立程序單位；或指大型軟件系統(tǒng)的一部分。模塊，又稱構(gòu)件，是能夠單*命名并*立地完成一定功能的程序語句的(即程序代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的體)。它具有兩個基本的特征：外部特征和內(nèi)部特征。外部特征是指模塊跟外部環(huán)境聯(lián)系的接口(即其他模塊或程序調(diào)用該模塊的方式，包括有輸入輸出參數(shù)、引用的全局變量）和模塊的功能;內(nèi)部特征是指模塊的內(nèi)部環(huán)境具有的特點(diǎn)（即該模塊的局部數(shù)據(jù)和程序代碼)。

ET 200S 特點(diǎn)
ET200S分布式I/O系統(tǒng)是離散型模塊化，高度靈活的DP從站，用于連接*控制器或現(xiàn)場總線上的過程信號。
ET200S支持現(xiàn)場總線類型PROFIBUS DP和PROFINE IO，防護(hù)等級為IP20。
每個接口模塊可以擴(kuò)展63個模塊或2m寬。
可以擴(kuò)展7.5kW的電機(jī)啟動器和4.0kW的變頻器。
支持故障安全型與標(biāo)準(zhǔn)型模塊共存于一個ET200S站點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)的DIN35安裝導(dǎo)軌。
ET200M具有S7-300自動化系統(tǒng)的組態(tài)技術(shù)，由一個IM153-X和多個S7-300的I/O模塊組s成。模塊化IO系統(tǒng)，防護(hù)等級為IP20,特別適合用于高密度且復(fù)雜的自動化任務(wù)。同時支持PROFIBUS和PROFINET現(xiàn)場總線。

ET 200SP是西門子推出的新一代分布式I/O系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了與ET 200S類似的緊湊式設(shè)計，目前已覆蓋ET 200S的主要功能，接口模塊IM155-6PN ST與IM155-6 DP HF支持多32個模塊；IM155-6 HF支持多個模塊，信號模塊支持熱插拔，集成PROFIenergy功能，I/O模塊支持電源分組，支持組態(tài)控制功能。由于信號模塊提高了集成度，使得使用ET 200SP配置相同數(shù)量的I/O信號比使用ET 200S，體積減少50%；創(chuàng)控教育改變了模板供電方式，無需PM-E模板；模板功能進(jìn)行了整合，減少了模塊的種類；系統(tǒng)集成了電源模塊，從而無需單*的電源模塊；采用的100MBit/s 背板總線，使背板數(shù)據(jù)刷新速度得到*大提高；采用快速接線技術(shù)，接線無需工具；安裝導(dǎo)軌為標(biāo)準(zhǔn)的DIN35導(dǎo)軌。