西門子模塊6ES7 314-6CG03-9AM0 西門子模塊6ES7 314-6CG03-9AM0

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PLC的基本概念
可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC
2、PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實(shí)質(zhì)是一種于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：
a. *處理單元(CPU)
*處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，zui后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。
為了進(jìn)一步提高PLC的可*性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。
b、存儲(chǔ)器
存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。
存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。
C、電源
PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。
3、PLC的工作原理
一. 掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
(一) 輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
(二) 用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。
(三) 輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。
比較下二個(gè)程序的異同：
程序1：
這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果*一樣，但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。
※ 程序1只用一次掃描周期，就可完成對(duì)%M4的刷新；
※ 程序2要用四次掃描周期，才能完成對(duì)%M4的刷新。
這兩個(gè)例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。
一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。
二. PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間
為了增強(qiáng)PLC的抗*力，提高其可*性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。
為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式(掃描技術(shù))。
以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。
所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其zui短的I/O響應(yīng)時(shí)間與zui長(zhǎng)的I/O響應(yīng)時(shí)間如圖所示：
第(n-1)個(gè)
掃描周期
zui短I/O響應(yīng)時(shí)間：
zui長(zhǎng)I/O響應(yīng)時(shí)間
SIEMENS PLC在中國(guó)的產(chǎn)品，根據(jù)規(guī)模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-300 和S7-400三種，下面就簡(jiǎn)單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。
S7-200
針對(duì)低性能要求的摸塊化小控制系統(tǒng)，它zui多可有7個(gè)模塊的擴(kuò)展能力，在模塊中集成背板總線，它的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接有RS-485通訊接口和Profibus兩種，可通過編程器PG訪問所有模塊，帶有電源、CPU和I/O的一體化單元設(shè)備。
其中的擴(kuò)展模塊（EM）有以下幾種：數(shù)字量輸入模塊（DI）——24VDC 和 120/230VAC；數(shù)字量輸出（DO）——24VDC 和 繼電器；模擬量輸入模塊（AI）——電壓、電流、電阻和熱電偶；模擬量輸出模塊——電壓和電流。  還有一個(gè)比較特殊的模塊-通訊處理器（CP）——該塊的功能是可以把S7-200作為主站連接到AS-接口（傳感器和執(zhí)行器接口），通過AS-接口的從站可以控制多達(dá)248個(gè)設(shè)備，這樣就可以顯著的擴(kuò)展S7-200的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。

保護(hù)環(huán)境，提高競(jìng)爭(zhēng)能力

西門子節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品線中的節(jié)能解決方案和環(huán)保技術(shù)具有雙重優(yōu)勢(shì)：對(duì)于西門子客戶而言，可通過降低能源成本和提高生產(chǎn)效率來增加利潤(rùn)；對(duì)于將來幾代人而言，有助于保持和改善環(huán)境和生活條件。

廣泛的環(huán)保技術(shù)和節(jié)能解決方案

從公司的zui初階段開始，西門子就一直提供有助于環(huán)境保護(hù)和氣候控制的產(chǎn)品和解決方案。其中一個(gè)例子就是，維爾納·馮·西門子早在 1873 年就開發(fā)出一種消除工廠排放廢氣中的煙塵的技術(shù)。

今天，西門子已擁有一個(gè)環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品線，這些產(chǎn)品融入了經(jīng)過證明有助于客戶實(shí)施污染控制的各種技術(shù)。其中包括：

• 與類似解決方案相比能效明顯提高的產(chǎn)品與系統(tǒng)，如燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)、低能耗燈泡以及智能樓宇管理系統(tǒng)。
• 采用可再生能源的系統(tǒng)及其組件，如風(fēng)力發(fā)電站和蒸汽輪機(jī)
• 用來提供清潔用水和更純凈的空氣的環(huán)保技術(shù)

西門子環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品線覆蓋了整個(gè)能量轉(zhuǎn)化鏈 – 從高效率發(fā)電和配電，直至電能的使用以及綠色節(jié)能技術(shù)。每一種產(chǎn)品都在節(jié)能方面發(fā)揮了作用，比如我們的工業(yè)控制產(chǎn)品系列。

SIRIUS 工業(yè)控制產(chǎn)品

各種工業(yè)控制部件實(shí)現(xiàn)*協(xié)調(diào)，可zui大限度地降低功耗，從而在實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的系統(tǒng)與應(yīng)用方面提供被動(dòng)和主動(dòng)支持。

SIRIUS 創(chuàng)新產(chǎn)品中的組件具有極低的固有能量損耗。新一代產(chǎn)品預(yù)計(jì)會(huì)將能耗進(jìn)一步大幅降低平均 10%。這意味著不僅能夠節(jié)約能源成本，而且還可降低控制柜中的散熱量，從而可在控制柜中實(shí)現(xiàn)更大的組件密度，降低所需的冷卻效率。

SIRIUS 降低了能耗

西門子工業(yè)控制產(chǎn)品系列中的幾個(gè)例子：

• 由于采用 雙金屬材料，西門子 3RV2 電機(jī)起動(dòng)保護(hù)器在運(yùn)行時(shí)的固有功耗與此前的產(chǎn)品相比要低高達(dá) 20%。
• 西門子的節(jié)能型接觸器配有一個(gè)電子線圈控制裝置。它可將功耗降低高達(dá) 92%。
• 軟起動(dòng)器采用了智能化集成電流旁路電路。它可將運(yùn)行功耗降低高達(dá) 92%。
• 固態(tài)過載繼電器安裝有電流互感器（而不是雙金屬件），因此，不僅具有更寬的設(shè)置范圍，而且還可將空載損耗降低高達(dá) 98%。
• 與常規(guī)饋電裝置相比，緊湊型饋電裝置中的功耗降低高達(dá) 80%。節(jié)能的原因是將多種高節(jié)能型技術(shù)組合在了一個(gè)裝置中。

SIRIUS 分?jǐn)嗪捅Ｗo(hù)裝置可為能源管理系統(tǒng)提供測(cè)量數(shù)據(jù)

現(xiàn)代能源管理是顯著提高機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)效率的又一種方法，可大大提高所有工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)公司的競(jìng)爭(zhēng)力。

作為一種連續(xù)過程，經(jīng)過精密設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將會(huì)始終如一地實(shí)現(xiàn)能耗降低。西門子的能源管理策略基于三個(gè)階段：“識(shí)別”、“評(píng)估”和“執(zhí)行”。

相互兼容的硬件和軟件會(huì)記錄下系統(tǒng)中的能量流，生成可視化顯示并對(duì)能量流進(jìn)行分析。這樣獲得的數(shù)據(jù)可用來對(duì)節(jié)能潛力進(jìn)行初步評(píng)估，以作為智能化高效能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

西門子的電機(jī)控制裝置、軟起動(dòng)器和電機(jī)起動(dòng)器除具有控制功能外，還能夠收集電能管理數(shù)據(jù)，并通過 PROFIBUS 或 PROFINET 將數(shù)據(jù)提供給能源管理系統(tǒng)。一些設(shè)備還配有 PROFIenergy 行規(guī)，因此可極為方便地集成到此類項(xiàng)目中。

• SIRIUS 控制產(chǎn)品在能耗方面提供了所需的透明度，無需測(cè)量技術(shù)上的附加開支。

能量?jī)?yōu)化型驅(qū)動(dòng)解決方案

另外一種重要的節(jié)能途徑是在驅(qū)動(dòng)解決方案中：變頻器專門用于動(dòng)態(tài)過程，而在速度恒定的應(yīng)用中，采取直接起動(dòng)器、可逆起動(dòng)器、星-三角起動(dòng)器的控制裝置是 解決方案。例如，2 點(diǎn)控制器可在 效率下運(yùn)轉(zhuǎn)西門子的節(jié)能電機(jī)，而控制裝置中的內(nèi)部損耗極低。

與西門子變頻器結(jié)合使用時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)級(jí)聯(lián)，從而將兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn) 組合在一起。

西門子在工業(yè)控制工程中的創(chuàng)新和可持續(xù)增值方面居于 。

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S7-200系列主機(jī)包括CPU224CN、CPU226CN、CPU224XP，S7-300系列

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