西门子6ES7223-1BM22-0XA8

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PLC 硬件系统设计

1 ． PLC 型号的选择

在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。

在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

（ 1 ）对输入 / 输出点的选择

盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。

要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。

另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ％； PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。

PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。

（ 2 ）对存储容量的选择

对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器/ 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 ～ 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。

（ 3 ）对 I/O 响应时间的选择

PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。

（ 4 ）根据输出负载的特点选型

不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。

（ 5 ）对在线和离线编程的选择

通信选项

S7-200 SMART 可实现 CPU、编程设备和 HMI 之间的多种通信：

● 以太网：

– 编程设备到 CPU 的数据交换

– HMI 与 CPU 间的数据交换

– S7 与其它 S7-200 SMART CPU 的对等通信

– 与其它具有以太网功能的设备间的开放式用户通信 (OUC)

● PROFIBUS：

– 适用于分布式 I/O 的高速通信（高达 12 Mbps）

– 一个总线控制器连接许多 I/O 设备（支持 126 个可寻址设备）。

– 主站和 I/O 设备间的数据交换

– EM DP01 模块是 PROFIBUS I/O 设备。

● RS485：

– 总共支持 126 个可寻址设备（每个程序段 32 个设备）

– 支持 PPI（点对点接口）协议

– HMI 与 CPU 间的数据交换

– 使用自由端口在设备与 CPU 之间交换数据（XMT/RCV 指令）

● RS232：

– 支持与一台设备的点对点连接

– 支持 PPI 协议

– HMI 与 CPU 间的数据交换

– 使用自由端口在设备与 CPU 之间交换数据（XMT/RCV 指令）

文本显示单元：TD400C 是一款显示设备，可以连接到

CPU。使用文本显示向导，可以轻松地对 CPU

进行编程，以显示文本信息和其它与您的应用有关的数据。

TD400C

设备可以作为应用的低成本接口，使用该设备可查看、监视和更

改与应用有关的过程变量。

SMART HMI：SMART LINE

触摸面板可为小型机器和工厂提供操作和监视功能。组态和调试

时间短、在 WinCC flexible(ASIA 版本)中组态以及具备双端口

Ethernet/RS485 接口，共同构成这些 HMI 的亮点

西门子可编程控制器应用设计与调试的主要步骤（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产。b ．控制要求主要指控制的基本、应完成的、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制，还可将控制任务分成几个部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。（ 2 ）确定 I/O 设备根据被控对象对 PLC 控制的功能要求，确定所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、器、指示灯、电磁阀等。（ 3 ）选择的 PLC 类型根据已确定的用户 /O 设备，统计所需的输入和输出的点数，选择的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。（ 4 ）分配 I/O 点分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。（ 5 ）设计应用梯形图程序根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用设计的核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践。（ 6 ）将程序输入 PLC当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。（ 7 ）进行程序输入 PLC 后，应行工作。因为在程序设计中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。（ 8 ）应用整体调试在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个的联机调试，如果控制是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。（ 9 ）编制技术文件技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。

西门子PLC的组成程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的存储器中，用户不能直接读写与更改。程序一般包括诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。 PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了他们的习惯和能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的语言。 PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达编程语言，如梯形图等。    以下简要介绍几种常见的PLC编程语言。   1.梯形图语言  梯形图语言是在电器控制中常用的器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用广泛的PLC的编程语言，是PLC的编程语言。如图1所示是的电器控制线路图和PLC梯形图