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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,，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品，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

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S7-200 SMART 設備安裝準則

S7-200 SMART 設備設計得易于安裝。 S7-200 SMART

可采用水平或垂直方式安裝在面板或標準 DIN 導軌上,。 S7-200 SMART

體積小,，用戶能更有效地利用空間。

警告

S7-200 SMART PLC 安裝的安全要求

S7-200 SMART PLC 是敞開式控制器,。 必須將 PLC 安裝在機柜,、控制柜或電控室內。

僅限獲得授權的相關人員可以打開機柜,、控制柜或進入電控室,。

不遵守這些安裝要求可能導致人員死亡或重傷和/或設備損壞。

安裝 PLC 時務必遵守這些要求,。

將設備與熱源,、高壓和電氣噪聲隔離開

作為布置系統(tǒng)中各種設備的基本規(guī)則，必須將產生高壓和高電噪聲的設備與 PLC

等低壓邏輯型設備隔離開,。

在面板上配置 PLC

的布局時,，應注意發(fā)熱設備并將電子型設備安裝在控制柜中溫度較低的區(qū)域內。

少暴露在高溫環(huán)境中可延長所有電子設備的使用壽命,。

還要考慮面板中設備的布線,。

避免將低壓信號線和通信電纜鋪設在具有交流電源線和高能量快速開關直流線的槽中。

留出足夠的間隙以便冷卻和接線

S7-200 SMART 設備設計成通過自然對流冷卻,。

為保證適當冷卻,，必須在設備上方和下方留出至少 25 mm 的間隙,。

此外，模塊前端與機柜內壁間至少應留出 25 mm 的深度,。

小心

溫度相關注意事項

垂直安裝時,，允許的環(huán)境溫度將降低 10

攝氏度。戶外操作時,，溫度變化過大可能會導致過程操作不穩(wěn)定或輕微人身傷害,。

將 CPU 安裝在所有擴展模塊的下方，如下圖所示,。

模塊安裝請遵循規(guī)定的相關指南,，以確保適當冷卻。

SIMATIC S7-200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設計－目前不是很大,，但是未來不可*的定制解決方案,。這一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC在一個緊湊的性能范圍內為自動化控制提供一個非常有效和經(jīng)濟的解決方案。

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應用領域

簡單自動

化任務用SIMATIC S7-200Micro PLC

SIMATIC S7-200的應用領域從更換繼電器和接觸器一直擴展到在單機,、網(wǎng)絡以及分布式配置中更復雜的自動化任務,。S7-200也越來越多地提供了對以前曾由于經(jīng)濟原因而開發(fā)的特殊電子設備的地區(qū)的進入。

除了五種不同CPU的全面基本功能,，SIMATIC S7-200的模塊化系統(tǒng)技術還提供了一系列可升級的擴展模塊,，以滿足各種需求對功能性的*要求。

由于其各種與眾不同的特點,，S7-200已經(jīng)在范圍內涵蓋各種行業(yè)的應用程序中得到了證實：

CPU 221

簡單自動化任務用的小型CPU－如果您想變更為一個非常經(jīng)濟地執(zhí)行簡單自動化任務的有效解決方案,，這是好的小型設備。還可以在擴展的溫度范圍內使用,。

更復雜任務用的CPU 222可擴展的小型CPU－更復雜的機器和小型系統(tǒng)解決方案用的能夠勝任的緊湊型封裝,。

更高通訊和計算要求用 CPU－為要求速度和特殊通訊能力的復雜任務用的高性能 CPU。

簡單驅動任務用的 CPU－方便地實施簡單驅動任務用的CPU 224版本－有兩個接口,，兩個模擬輸入和一個模擬輸出，以及兩個100 kHz脈沖輸出和2個高速200kHz 計數(shù)器,。

較大技術性工作用的高性能CPU－用于具有已擴展輸入和輸出以及兩個RS485接口的復雜的自動化任務的多功能高性能CPU,。

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優(yōu)點

SIMATIC S7-200發(fā)揮統(tǒng)一而經(jīng)濟的解決方案。整個系統(tǒng)的系列特點

強大的性能,，

優(yōu)模塊化和

開放式通訊,。

S7-200 性能*，久經(jīng)考驗,，適合于工業(yè)領域的各種應用：

結構緊湊小巧－狹小空間處任何應用的理想選擇

在所有CPU型號中的基本和高級功能,，

大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器

杰出的實時響應－在任何時候均可對整個過程進行*控制，從而提高了質量,、效率和安全性

易于使用STEP 7-Micro/WIN工程軟件－初學者和專家的理想選擇

集成的 R-S 485接口或者作為系統(tǒng)總線使用

極其快速和的操作順序和過程控制

通過時間中斷完整控制對時間要求嚴格的流程

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設計和功能

可選模塊

在性能范圍中佳模塊化5個不同的CPU,，具有全面的基本功能和集成的Freeport通訊接口

用于各種功能的一系列擴展模塊：

－數(shù)字/模擬擴展,，可升級至具體要求，作為從站的PROFIBUS通訊

－作為主站的AS-Interface通訊

－確切的溫度測量

－定位

－遠程診斷

－以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)通訊

－SIWAREX MS

稱重模塊

HMI功能

帶有Micro/WIN附加指令庫的STEP 7-Micro/WIN軟件

引人注目的系統(tǒng)工程－目前的特點是用于完整自動化任務的各種不同要求的尺寸和佳的解決方案

主要特點

突出數(shù)據(jù)記錄用記憶卡,，配方管理,，STEP 7-Micro/WIN的項目節(jié)約，以及各種格式的文件存儲

PID自動調諧功能

用于擴展通訊選項的2個內置串口,，例如：與其它制造商的設備配套使用（CPU 224 XP, CPU 226）

具有內置模擬輸入/輸出的CPU 224 XP

實時響應

*的技術直至后的細節(jié)確保我們的CPU發(fā)揮杰出的實時響應率：

4個或6個獨立的硬件計數(shù)器,，每個30 kHz，帶有CPU 224 XP的2 x 200 kHz,，例如：通過增量編碼器或者高速記錄過程事件的路徑監(jiān)測

4個獨立的報警輸入,，輸入濾波時間0.2毫秒至程序起動－大過程安全

對應用程序快速事件大于0.2 ms信號的脈沖捕捉功能

2個脈沖輸出，每個 20 kHz,，或者具有脈沖寬度調制和脈沖無脈沖設定點的CPU 224 XP 的2 x 100 kHz－例如：用于控制步進電機

2個定時中斷,，在1ms處開始，以1ms的增量進行調節(jié)－用于迅速變化過程的無擾控制

快速模擬輸入－具有25 μs的信號轉換,，12位分辨率

實時時鐘

定時中斷

1至255ms,，具有1 ms的分辨率

例如：在轉四分之一圈后，以3000 RPM的轉速可以在螺釘插入機上記錄和處理信號,?？梢詫崿F(xiàn)非常的記錄，例如：擰緊扭矩,，以確保螺釘?shù)募丫o固,。

快速計數(shù)器

彼此、其他操作和程序周期均獨立運行

當達到用戶可選擇的計算值時,，中斷觸發(fā)－從檢測到輸入信號到切換輸出的反應時間為300 μs

當增量位置編碼器用于確切定位時的4邊緣評估

模塊化可擴展性

報警輸入

4個獨立的輸入

用于快速連續(xù)登記信號

用于信號檢測的200 μs–500 μs 響應時間/用于信號輸出的300 μs

對正向和/或負向信號邊沿的響應在一個隊列中多16次中斷,，取決于優(yōu)先順序