西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。
S7系列是传统意义的PLC产品,其中的S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单场合,也可以用于复杂的自动控制系统。S7-300系列是模块化的中小型PLC,*多可以扩展32个模块,适用于中等性能的控制要求。S7-400是具有中高性能的PLC,采用模块化无风扇设计,可以扩展200多个模块,适用于对可靠性要求极高的大型复杂控制系统。S7-300/400可以组成MPI(多点接口)、PROFIBUS网络和工业以太网等。
SIMATICM7-300/400PLC采用与S7-300/400相同的结构,它可以作为CPU或功能模块使用。其显著特点是具有AT兼容计算机的功能,使用S7-300/400的编程软件STEP7和可选的M7软包,可以用C、C++或CFC(ContinuousFunctionChart,连续功能图)这类**语言来对M7-300/400PLC编程。M7适合于需要处理的数据量大,对数据管理、显示和实时性有较高要求的系统使用。
西门子PLC模块CPU224XPCN中央处理单元
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PLC的品种繁多,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等各有特点,适用场合也各有侧重。站在硬件选型的角度,需要考虑的是设备容量与性能是否与任务相适应;要看PLC运行速度是否能够满足实时控制的要求。
所谓设备容量,主要是指系统I/O点数的多少以及扩充的能力。对于纯开关量控制的应用系统,如果对控制速度的要求不高,比如单台机械的自动控制,可选用小型一体化PLC,例如三菱公司的FX2N系列PLC。
对于以开关量控制为主,带有部分模拟量控制的应用系统,如工业中常遇到的温度、压力、流量、液位等,应配备模拟量I/O(AI/AO),并且选择运算功能较强的小型PLC,例如西门子公司的S7-200系列PLC。
对于比较复杂,控制功能要求较高的系统,比如需要PID调节、位置控制、高速计数、通信联网等功能时,应当选用中、大型PLC,这一类PLC多为模块式结构,除了基本的模块外,还提供专用的特殊功能模块。当系统的各个部分分布在不同的地域时,可以利用远程I/O组成分布式控制系统。适合这一类型的产品有西门子公司的S7-300/400系列PLC等。
PLC的输出控制相对于输入的变化总是有滞后的,*大可至2~3个循环周期,这对于一般的工业控制是允许的。但有些系统的实时性要求较高,不允许有较大的滞后时间,在这种要求比较高的场合,必须格外重视PLC的指令执行速度指标,选择高性能、模块式结构的PLC较为理想
PLC是一种通用的、商业化的工业控制计算机,与个人计算机相仿,用户程序必须在系统程序的管理下才能运行。本节介绍PLC系统监控程序的运行情况,再介绍用户指令系统的相关内容。一、系统监控程序
系统监控程序的运行从设备上电开始,经过初始化程序后进入循环执行阶段。在循环执行阶段要完成的操作有四大类:以故障诊断、通信处理为主的公共操作;联系工业现场的数据输入、输出操作;执行用户程序的操作;服务于外部设备的操作。图1-9是系统监控程序执行过程框图,图中的输入刷新、用户程序执行、输出刷新三部分内容在第三节专门讲过,这里只介绍其他几部分。1.初始化程序
作用是清零各个标志寄存器,清零输入、输出映像寄存器,清零所有计数器,复位定时器等,即为PLC开始正常工作“清理现场”。2.CPU自诊断
自诊断主要包括检查电源电压是否正常,I/O单元的连接是否正常,用户程序是否存在语法错误,对监控定时器定期复位等。监控定时器又常被称为“看门狗”(WatchDogTimer,WDT),其定时时间略长于整个程序的循环周期,系统程序总在某一固定阶段对它重新装入定时初值,只要系统工作正常,监控定时器就永远不会申请定时到中断。否则,如果监控定时器申请定时时间到中断,就一定意味着系统的某处出现了问题,系统会响应其中断,并在中断处理程序中对故障信息做相应处理
.PLC的编程元件
PLC的编程元件也称为逻辑部件,是PLC指令系统中的基本要素,PLC指令系统通常都提供以下逻辑部件:
(1)继电器
输入、输出映像寄存器里的每一位,在指令系统中都对应一个固定的编号,在图形编程语言(例如梯形图语言)中形象地用继电器线圈来表示,也常称之为输入继电器、输出继电器。为了满足对复杂逻辑关系的编程要求,还提供大量的中间辅助继电器,它们也对应存储器中的某一固定区域。这些继电器都是所谓的“软元件”,它们的状态用一个二进制位就可以表示,1对应“ON”状态,0对应“OFF”状态。
(2)定时器
类似于继电器逻辑电路中的时间继电器,有延时接通、延时断开、脉冲定时等多种形式,可以组成复杂的时间顺序逻辑。定时器指令一般由线圈、定时时间设定值和当前计时值组成,PLC专门在存储器中开辟出一个区域,用以保存各个定时器线圈当前的状态(“ON”或“OFF”)以及时间的设定值和当前值。定时器的常开、常闭触点可以在用户程序中无限次使用。
(3)计数器
用软件实现的计数器指令,用于实现脉冲计数功能,有递减计数、递增计数等形式,不同的PLC在计数器数量、计数长度等方面都有所区别。计数器指令一般包含计数器线圈、计数值设定、计数器复位、计数信号输入、当前计数值等。计数器的常开、常闭触点可以在用户程序中无限次使用。
模块式PLC是将PLC各组成部分,分别做成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成,模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活,可根据需要选配不同规模的系统,装配方便,便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来,构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块,但它们之间是靠电缆进行连接,并且各模块可以一层层地叠装。这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧。二、按功能分类
根据PLC所具有的功能不同,可将PLC分为低档、中档、高档三类。
(1)低档PLC
具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可以有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
(2)中档PLC
除具有低档PLC的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能,适用于复杂控制系统。
(3)高档PLC
除具有中档机的功能外,还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。