西門子6ES7223-1BM22-0XA8

PLC 硬件系統(tǒng)設計

1 ． PLC 型號的選擇

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

在控制系統(tǒng)邏輯關系較復雜（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,。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的,。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨,，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費,。機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,。在僅對開關量進行控制的系統(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)驗的設計者,，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

PLC 的 I/O 響應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,。對開關量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求,，可不必考慮 I/O 響應問題,。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)輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求,。例如，頻繁通斷的感性負載,，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的,，而不應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,，其負載電壓靈活（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

通信選項

S7-200 SMART 可實現(xiàn) CPU,、編程設備和 HMI 之間的多種通信：

● 以太網(wǎng)：

– 編程設備到 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 的對等通信

– 與其它具有以太網(wǎng)功能的設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 12 Mbps）

– 一個總線控制器連接許多 I/O 設備（支持 126 個可尋址設備）,。

– 主站和 I/O 設備間的數(shù)據(jù)交換

– EM DP01 模塊是 PROFIBUS I/O 設備,。

● RS485：

– 總共支持 126 個可尋址設備（每個程序段 32 個設備）

– 支持 PPI（點對點接口）協(xié)議

– HMI 與 CPU 間的數(shù)據(jù)交換

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

● RS232：

– 支持與一臺設備的點對點連接

– 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 是一款顯示設備，可以連接到

CPU,。使用文本顯示向導,，可以輕松地對 CPU

進行編程，以顯示文本信息和其它與您的應用有關的數(shù)據(jù),。

TD400C

設備可以作為應用的低成本接口,，使用該設備可查看、監(jiān)視和更

改與應用有關的過程變量,。

SMART HMI：SMART LINE

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

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

Ethernet/RS485 接口,，共同構成這些 HMI 的亮點

西門子可編程控制器應用設計與調(diào)試的主要步驟（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求a ．被控對象就是受控的機械,、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn),。b ．控制要求主要指控制的基本,、應完成的、自動工作循環(huán)的組成,、必要的保護和聯(lián)鎖等,。對較復雜的控制，還可將控制任務分成幾個部分,，這種可化繁為簡,，有利于編程和調(diào)試。（ 2 ）確定 I/O 設備根據(jù)被控對象對 PLC 控制的功能要求,，確定所需的用戶輸入,、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕,、選擇開關,、行程開關、傳感器等,，常用的輸出設備有繼電器,、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 設備，統(tǒng)計所需的輸入和輸出的點數(shù),，選擇的 PLC 類型，包括機型的選擇,、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 點分配 PLC 的輸入輸出點,，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖,。接著九可以進行 PLC 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工,。（ 5 ）設計應用梯形圖程序根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程,。這一步是整個應用設計的核心工作，也是比較困難的一步,，要設計好梯形圖,，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐,。（ 6 ）將程序輸入 PLC當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時,，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入,。當使用可編程序控制器的輔助編程在計算機上編程時,，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。（ 7 ）進行程序輸入 PLC 后,，應行工作,。因為在程序設計中，難免會有疏漏的地方,。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設備上去之前,，必需進行，以排除程序中的錯誤,，同時也為整體調(diào)試打好基礎,，縮短整體調(diào)試的周期。（ 8 ）應用整體調(diào)試在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后,，就可以進行整個的聯(lián)機調(diào)試,，如果控制是由幾個部分組成，則應先作局部調(diào)試,，然后再進行整體調(diào)試,；如果控制程序的步序較多，則可行分段調(diào)試,，然后再連接起來總調(diào),。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除,，直至調(diào)試成功,。（ 9 ）編制技術文件技術文件包括說明書、電氣原理圖,、電器布置圖,、電氣元件明細表,、 PLC 梯形圖。

西門子PLC的組成程序由PLC制造廠商設計編寫的,，并存入PLC的存儲器中,，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的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序,。在PLC的應用中,，重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現(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人員，為了他們的習慣和能力,，PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單,、易懂、形象的語言,。 PLC編程語言是多種多樣的,，對于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達也不相同,，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達的編程語言,，如語句表等；二是采用圖形符號表達編程語言,，如梯形圖等,。    以下簡要介紹幾種常見的PLC編程語言。   1.梯形圖語言  梯形圖語言是在電器控制中常用的器,、繼電器等圖形表達符號的基礎上演變而來的,。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構,、邏輯運算和輸入輸出形式,，具有形象、直觀,、實用的特點,。因此，這種編程語言為廣大電氣技術人員所熟知，是應用廣泛的PLC的編程語言,，是PLC的編程語言,。如圖1所示是的電器控制線路圖和PLC梯形圖