西門(mén)子CPU中央控制單元6ES7214-2AS23-0XB8
2 PLC系統(tǒng)設(shè)備選型 
PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可能是單個(gè)機(jī)器，機(jī)群或一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。不同型號(hào)的PLC有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類(lèi)型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大形機(jī)器）。并且結(jié)合市場(chǎng)情況，考察PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價(jià)格性能比較好的PLC機(jī)型。 
目前市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品眾多，國(guó)外有德國(guó)的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國(guó)的GE;韓國(guó)的LG等。國(guó)產(chǎn)品牌有研華、研祥、合力時(shí)等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。PLC 的選型應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。 
2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模 
依據(jù)工廠(chǎng)生產(chǎn)工藝流程和復(fù)雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小?？煞譃榇?、中、小三種規(guī)模。 
小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機(jī)或者小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程，控制過(guò)程主要是條件、順序控制，以開(kāi)關(guān)量為主，并且I/O點(diǎn)數(shù)小于128 點(diǎn)。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。 
中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)控制，I/O點(diǎn)數(shù)在128——512 點(diǎn)之間。應(yīng)該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。 
大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過(guò)程是大規(guī)模過(guò)程控制、DCS系統(tǒng)和工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制，I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上。應(yīng)該選用具有通信聯(lián)網(wǎng)、智能控制、數(shù)據(jù)庫(kù)、中斷控制、函數(shù)運(yùn)算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)合實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊和控制。 
2.2 確定PLC I/O 點(diǎn)的類(lèi)型 
根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類(lèi)型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大型機(jī)器）。 
根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。 
電磁閥的開(kāi)閉、大電感負(fù)載、動(dòng)作頻率低的設(shè)備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)/停止應(yīng)采用晶體管輸出。 
2.3 確定PLC編程工具 
（1） 一般的手持編程器編程。 手持編程器只能用商家規(guī)定語(yǔ)句表中的語(yǔ)句表（STL）編程。這種方式效率低，但對(duì)于系統(tǒng)容量小、用量小的產(chǎn)品比較適宜，具有體積小、價(jià)格低、易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。 這主要用于微型PLC的編程。 
（2） 圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖（LAD）編程，方便直觀(guān)，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC。 
（3） 計(jì)算機(jī)加PLC軟件包編程 。這種方式是效率zui高的一種方式，但大部分公司的PLC 開(kāi)發(fā)軟件包價(jià)格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。 
3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 
PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 
3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 
硬件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。 
（1） PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì)。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離變壓器等）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線(xiàn)圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線(xiàn)圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。 
PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V, 同時(shí)其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，并作好防短路措施，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，因?yàn)樵撾娫吹倪^(guò)載或短路都將影響PLC的運(yùn)行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。 
（2） PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動(dòng)作，并且響應(yīng)時(shí)間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應(yīng)繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。 
如果PLC輸出帶電磁線(xiàn)圈等感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PLC。 
當(dāng)PLC掃描頻率為10次／min 以下時(shí)，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 
對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。 
對(duì)于常見(jiàn)的AC220V交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載，例如交流接觸器、電磁閥等，應(yīng)該通過(guò)DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動(dòng)，避免PLC的DO接點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)，盡管PLC手冊(cè)標(biāo)稱(chēng)具有AC220V交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。 
（3） PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來(lái)了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來(lái)了許多干擾問(wèn)題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。一般采用以下幾種方式: 
隔離:由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1超隔離變壓器，并將中性點(diǎn)經(jīng)電容接地。 
屏蔽:一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場(chǎng)屏蔽作用，防止空間輻射干擾。 
布線(xiàn):強(qiáng)電動(dòng)力線(xiàn)路、弱電信號(hào)線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，并且要有一定的間隔;模擬信號(hào)傳輸線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)屏蔽電纜。 
西門(mén)子模塊6ES71386AA000BA0 S7-200的接口模塊主要有數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊和通信模塊。下面分別介紹這些模塊。 （一）數(shù)字量I/O模塊 數(shù)字量I/O模塊是為了解決本機(jī)集成的數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)不能滿(mǎn)足需要而使用的擴(kuò)展模塊。S7-200PLC目前總共可以提供3大類(lèi)，共9種數(shù)字量I/O模塊。 1．EM221數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊 8DI，DC24V（直流輸入） 2．EM222數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊 8DO，DC24V（直流輸出） 8DO，Relay（DC24V/ AC24~230V）（繼電器輸出） 3．EM223數(shù)字量混合模塊 4DI（DC24V），4DO（DC24V/2A） 4DI（DC24V），4DO（Relay 2A） 8DI（DC24V），8DO（DC24V/2A） 8DI（DC24V），8DO（Relay 2A） 16DI（DC24V），16DO（Relay 2A） 16DI（DC24V），16DO（DC24V/2A） （二）模擬量I/O模塊 模擬量I/O模塊提供了模擬量輸入和模擬量輸出的擴(kuò)展功能。S7-200的模擬量擴(kuò)展模塊具有較大的適應(yīng)性、可以直接與傳感器相連，并有很大的靈活性，且安裝方便。 1．EM231模擬量輸入模塊 4AI（電壓或電流）輸入信號(hào)的范圍由SW1、SW2和SW3設(shè)定。 2．EM232模擬量輸出模塊 2AO（電壓或電流） 3．EM235模擬量混合模塊 4AI（電壓或電流），量程由SW1~SW6設(shè)定 1AO（電壓或電流） （三）通信模塊 S7-200系列PLC除了CPU226本機(jī)集成了兩個(gè)通信口以外，其他均在其內(nèi)部集成了一個(gè)通信口，通信口采用了RS-485總線(xiàn)。此外，各PLC還可以接入通信模塊，以擴(kuò)大其接口的數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力。 1．EM277模塊 EM277模塊是PROFIBUS-DP從站模塊，同時(shí)也支持MPI從站通訊； 2．EM241：調(diào)制解調(diào)器（Modem）通訊模塊 3．CP243-1：工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊； 4．CP243-1 IT：工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊，同時(shí)提供Web/E-mail等IT應(yīng)用； 5．CP243-2：AS-Ⅰ主站模塊，可連接**多62個(gè)AS-Ⅰ從站。 S7-200PLC的配置就是由S7-200CPU和這些擴(kuò)展模塊構(gòu)成的。 一般的邏輯控制系統(tǒng)用軟繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器及基本指令就可以實(shí)現(xiàn)。利用功能指令可以開(kāi)發(fā)出更復(fù)雜的控制系統(tǒng)，以致構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。這些功能指令實(shí)際上是廠(chǎng)商為滿(mǎn)足各種客戶(hù)的特殊需要而開(kāi)發(fā)的通用子程序。功能指令的豐富程度及其合用的方便程度是衡量PLC性能的一個(gè)重要指標(biāo)