江苏省西门子交换机授权经销商

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系统应用程序是通过编程装置送入的，对程序的修改也是通过编程装置实现的。编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。
编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器由PLC厂家生产，该厂家生产的某些PLC产品使用，它由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类。
简易编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插系统上电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU要执行一次复位操作，包含以下两个操作步骤。
（1）没有保持功能的位存储器状态、定时器和计数器状态，中断堆栈和块堆栈的内容等。
（2）执行系统启动组织块OB100。如果用户想使系统在上电后做一些初始化操作，可以在OB100中编写程序，否则用户完全可以忽略这个组织块。需要注意的是，OB100只在复位后被执行一次。
整个PLC的工作过程是以循环扫描的方式进行的，重复执行一个循环工作周期。以下4个步骤就是PLC程序执行的一个循环工作周期。
①操作系统启动循环时间监控。
②CPU将输出映像区中的数据写到输出模块。
③CPU读取输入电路的接通/断开状态并存入输入映像区。德国西门子公司是世界上较早研制和生产PLC产品的主要厂家之一，其产品具有多种型号，以适应各种不同的应用场合，有适用于起重机械或各种气候条件的坚固型，也有适用于狭小空间具有高处理性能的密集型，有的运行速度极快且具有优异的扩展能力。它包括从简单的小型控制器到具有过程计算机功能的大型控制器，可以配置各种输入/输出模块、编程器、过程通信和显示部件等。西门子公司的PLC发展到现在，已经有很多系列产品，如S5、S7、C7、M7系列等，本书主要以S7-300、S7-400系列为例讲解PLC的理论和应用。
S7系列PLC是在S5系列的基础上研制出来的，它由S7-200、S7-300、S7-400组成。知识准备1.S7-200PLC
微型S7-200PLC的结构紧凑、价格低廉，适用于小型的自动化控制系统。其指令处理时间短，减少了循环时间，高速计数器使其可应用于更广泛的领域，高速中断处理能分别响应各种过程事件。它对性能的扩展提供了模块化的扩展能力，用于控制步进电动机的脉冲输出，同样也可用于脉宽调制，为快速、方便地解决复杂的问题提供的指令集。2.S7-300PLC
模块化S7-300PLC适用于快速的过程处理或对数据处理能力有特别要求的中、小型自动化控制系统。它具有高速的计算能力、完整的指令集、多点接口（MPI）和通过SINEC LAN进行联网的能力；它内置多种功能，具有综合诊断能力，它推出的口令保护，简便的连接系统和无限的插入模块组态，使系统组态处理更加方便。由于其快速的指令处理速度，大大缩短了系统循环时间。高性能模块和多种CPU为各种各样的需求提供了合适的解决方案。模块扩展能力最多可增加到3个扩展基架（ER），极高的安装密度，背板总线安装在每个模块中，以及预先接线系统（TOP接线），减少了所需空间和费用，同时为连接SIMATIC系列各种部件提供了接口，它具有对用户友好的Windows STEP 7编程软件和功能强大的编程器。3.S7-400PLCS7-1200PLC属于小型自动化系统应用领域范畴，它吸纳了SIMATIC S7-300系列PLC和SIMATIC S7-200系列PLC的一些特点，并融合了SIMATIC HMI精简系列面板技术，使SIMATIC S7-1200系列PLC、人机界面及工程组态软件无缝整合和协调，以满足小型独立离散自动化系统对结构紧凑、能处理复杂自动化任务的需求。
1）高度集成的工程组态系统
SIMATIC S7-1200 PLC系统采用 SIMATIC STEP 7 Basic Totally Integrated Automation Portal　V10.5（简称SIMATIC STEP 7 Basic V10.5或TIA Portal V1和输出的链接来定义。所有已定义的PLC变量都列在PLC变量表中，并可在表中进行编辑。
3）集成PROFINET接口
SIMATIC S7-1200系列PLC的一个显著特点是在CPU模块上集成了一个工业以太网PROFINET接口，使编程过程、调试过程、PLC和人机界面的操作、运行及与第三方设备的通信均可采用工业以太网进行。PROFINET的物理接口速率为l0/l00通过库功能可以在同一个项目和其他已有项目中调用或移植使用项目的组成部分，如硬件配置、变量及程序等。设备和定义的功能可以重复使用，可以将已有项目移植在库中，以便重复使用。代码块、PLC变量、PLC变量表、中断、HMI画面、单个模块或完整站等元素可存储在本地库和全局库中。通过全局库可实现在工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上行时，空料车下行，空车重力相当于一个平衡锤，平衡够频繁启动、制动、停车、反向运行，转速平稳，过渡时间短。变频器的过载能力通常为变频器额定电流的1.5倍，但它只对电动机的启动或制动过程才有意义，不能作为变频器选型时的最大电流。因此，所选择的变频器容量应比变频器说明书中的“配用电动机容量”大一挡至二挡，且应具有无反馈矢量控制功能，使电动机在整个调速范围内具有真正的恒转矩，满足负载特性要求。
本系统选用西门子MM440，额定功率为55kW，额定电流为110A的变频器。该变频器采用高性能的矢量控制技术，具有的过载能力，能提供持续3s的200%过载能力，同时提供低速高转矩输出和良好的动态特性。MM4系列变频器具有多种控制特性，其中矢量控制功能采用最新软件及高性能32位微处理器，利用磁通电流控制（FCC）功能增强了系统动态响应特性和电动机的控制特性，具有对输入信号高速响应特性，可以在各种频率和负载状态下优化电动机的端电压，具有电动机参数识别功能及自动调整功能，从而保证变频器在瞬变负载下具有对跳闸、失速的抗扰性，并且在提供足够负载转矩的情况下保电动机的热效应最小；转差补偿功能可以在负载变化时维持电动机的速度恒定；利用快速电流限制（）功能实现无跳闸运行；“捕捉再启动”功能可以在电源短时断电的情况下，自动搜寻电动机的速度并再启动；多点U/f控制特性曲线，可以用于驱动同步电动机和磁阻电动机；具有参数化PI控制器功能，可用于一般的过程控制。加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能，如起始和结束段带平滑圆弧或起始和结束段不带平滑圆弧。采用直流制动器或复合制动方法实现快速制动，能保电动机的减速停车时间最短，并具有快速电流限制功能。带有集成EMC（电磁兼容性）滤波器和制动斩波器，以及一个制动断路器，可由IT（中性点不接地）电源供电。MM4系列变频器可用于简单的位置控制，具有良好的信号阶跃响应、跟随特性和控制精度。通过外部控制器也可对双轴同步系统进行控制。
除上述特性外，MM4系列变频器还具有以下与众不同的显著特点。485接口可与PC相连，三种操作面板可以互相替换，而且与变频器插接非常方便，能够方便地插在变频器板上，可以通过电缆连接作为手动终端，也可以利用安装组合件安装在控制柜的柜门上作为简单的人机界面。其中，BOP和AOP为可选件，SDP是标准配置，在标准供货方式时预置。利用SDP能对变频器进行基本操作，但不具有参数设定功能，对于多数情况下的一般用途，利用SDP和制造厂的默认参数设置值就能满足要求。基本操作面板（BOP）用于对单台变频器进行参数调试，利用BOP可以更改变频器的各个参数，BOP具有5位数字显示功能，可以显示参数的序号、数值、报警和故障信息，以及该参数的设定值和实际值，但BOP不能存储参数信息。高级操作面板（AOP）可以上传/下载变频器的多组参数值，可通过计算机编程，最多可以存储10组参数设定值，存储的各组数据可以直接或通过USS通信统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并且能够诊断用户程序中的语法错误。当PLC运行时，首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，然后分别存入I/O映像区，从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定将逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。当所有的用户程序执行完毕之后，将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止。
② 存储器　PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
③ 输入输出接口电路　现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路组成，作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU。
现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路组成，作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。
④电源　PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以将PLC直接连接到交流电网上去。
（2）CPU模块的常见的基本型号
CPU模块常见的基本型号有4种，分别为CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。
① CPU221　主机有6输入/4输出，数字量I/O点数共计10点，无I/O扩展能力，程序和数据存储空间为6KB，1个RS-485通信接口，4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PPI、MPI通信协议和自由通信功能，适用于小点数控制的微型控制器。
② CPU222　主机具有8输入/16输出，数字量I/O点数共计24点，与CPU221相比可以进行一定的模拟量控制，增加了2个扩展模块，适用于小点数控制的微型控制器。
③ CPU224　主机具有14输入/10输出，数字量I/O点数共计24点，有扩展能力，可连接7个扩展模块，程序和数据存储空间为13kB，6个独立30kHz的高速计数器，具有PID控制器，I/O端子排可整体拆卸，具有较强控制能力，是使用最多的S7-200产品，其他特点与CPU222相同。
④ CPU226　主机具有24输入/16输出，数字量I/O点数共计40点，有扩展能力，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，具有2个RS-485通信接口，其余特点与CPU224相同，适用于复杂中小型控制系统。
需要指出的是，在4种常见模块基础上，又派生出6种相关产品，共计10种CPU模块。在这10种模块中有DC电源/DC输入/DC输出和AC电源/DC输入/继电器输出2类，它们具有不同的电源电压和控制电压。型号中带有XP的代表具有2个通信接口、2个0～10V模拟量输入与主机相连，并且可以直接连接变送器和执行器。模拟量扩展模块通常可以分为3类，分别为模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块。典型模块有EM231、EM232和EM235，其中EM231为模拟量4点输入模块，EM232为模拟量2点输出模块，EM235为4点输入/1点输出模拟量输入/输出模块。
1.1.4　特殊功能模块
当需要完成特殊功能控制任务时，需要用到特殊功能模块。常见的特殊功能模块有通信模块、位置控制模块、热电阻和热电偶扩展模块等。
（1）通信模块
S7-200PLC主机集成1～2个RS-485通信接口，为了扩大其接口的数量和联网能力，各PLC还可以接入通信模块。常见的通信模块有PROFIBUS-DP从站模块EM227、调制解调器模块EM241、工业以太网模块和AS-i接口模块。
（2）位置控制模块
又称定位模块，常见的如控制步进电动机或伺服电动机速度模块EM253。为了输入运行和位置设置范围的需要，可外设编程软件。使用编程软件STEP7-Micro/WIN可生成位置控制模块的全部组态和移动包络信息，这些信息和程序块可一起下载到S7-200PLC中。位置控制模块所需的全部信息都储存在S7-200PLC中，当更换位置控制模块时，不需重新编程和组态。
（3）热电阻和热电偶扩展模块
热电阻和热电偶扩展模块是为S7-200CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226和CPU226XM设计的，是模拟量模块的特殊形式，可直接连接热电偶和热电阻测量温度，用户程序可以访问相应的模拟量通道，直接读取温度值。热电阻和热电偶扩展模块可以支持多种热电阻和热电偶，使用时经过简单的设置就可直接读出摄氏温度值和华氏温度值。常见的热电阻和热电偶扩展模块有EM231热电偶模块和EM231 RTD热电组模块。输入端子是外部输入信号与PLC连接的接线端子，位于底部端盖下面。此外，外部端盖下面还有输入公共端子和24V直流电源端子，24V直流电源为传感器和光电开关等提供能量。
（2）输出端子
输出端子是外部负载与PLC连接的接线端子，位于顶部端盖下面。此外，顶部端盖下面还有输出公共端子和PLC工作电源接线端子。
（3）输入状态指示灯（LED）
输入状态指示灯用于显示是否有输入控制信号接入PLC。当指示灯亮时，表示有控制信号接入PLC；当指示灯不亮时，表示没有控制信号接入PLC。
（4）输出状态指示灯（LED）
输出状态指示灯用于显示是否有输出信号驱动执行设备。当指示灯亮时，表示有输出信号驱动外部设备；当指示灯不亮时，表示没有输出信号驱动外部设备。
（5）CPU状态指示灯电池　用于长时间存储数据。
③ 时钟卡　可以产生标准日期和时间信号。
（7）扩展接口

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