SIEMENS/6ES7211-1BE40-0XB0

ARM 處理器，主頻達到 400MHz，使數(shù)據(jù)處理更快，畫面顯示更流暢CP 將不能發(fā)布用于 CPUs V3.x 及更低版本；甚至也不能作為 CP 443-1 （EX11） 的備件。數(shù)字量和模擬量模塊在通道數(shù)量、電壓和電流范圍、電氣隔離、診斷和警報功能等方面都存在著差別。在這里提到的所有模塊范圍中，SIPLUS 組件可用于擴展的溫度范圍 -25… 60°C 和有害的空氣/冷凝。許多模塊還會監(jiān)控信號采集（診斷）和從過程（過程中斷）中傳回的信號。這樣便可對過程中出現(xiàn)的錯誤（例如斷線或短路）以及任何過程事件（例如數(shù)字輸入時的上升邊或下降邊）立刻做出反應(yīng)。使用 STEP 7，即可輕松對控制器的響應(yīng)進行編程。MICROMASTER 440 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系列有多種型號，額定功率范圍120W 到200kW 恒定（轉(zhuǎn)矩CT 控制方式），或者可達250kW （可變轉(zhuǎn)矩VT控制方式），供用戶選用。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代*技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT ）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護MICROMASTER 440 具有缺省的工廠設(shè)置數(shù)

三、 PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC的點數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點＋輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器 / 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。**后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時，CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。

分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍

不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號，查閱相應(yīng)的編程手冊，決不可“張冠李戴"。必須參閱有關(guān)操作手冊。

（ 2 ）部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。

從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。

未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 ： 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊。

（ 3 ）分配定時器 / 計數(shù)器

PLC 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。

7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟

7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法

在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。

1. 圖解法編程

圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。

(1) 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是**方便的一種編程方法。

(2) 邏輯流程圖法：邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過程，反應(yīng)輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方法編制的 PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及聯(lián)鎖條件明確。邏輯流程圖會使整個程序脈絡(luò)清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點，便于調(diào)試程序和維修程序。有時對一個復(fù)雜的程序，直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手，則可以先畫出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個部分用語句表和梯形圖編制PLC 應(yīng)用程序。

(3) 時序流程圖法：時序流程圖法使首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖（即到某一個時間應(yīng)該進行哪項控制的控制時序圖），再根據(jù)時序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，**后把程序框圖寫成 PLC 程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程方法。

(4) 步進順控法：步進順控法是在順控指令的配合下設(shè)計復(fù)雜的控制程序。一般比較復(fù)雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從整個角度去看，一個復(fù)雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。

2. 經(jīng)驗法編程

經(jīng)驗法是運用自己的或別人的經(jīng)驗進行設(shè)計。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序"。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗程序"逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗，有的是來自自己的經(jīng)驗總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗，就需要日積月累，善于總結(jié)。

PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，PLC的掃描工作過程:

    （1）輸入采樣階段。在這一階段中，PLC以掃描方式讀入所有輸入端子上的輸入信號，并將各輸入狀態(tài)存入對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷斷。在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段中，輸入映像存儲器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，直至下一個掃描周期的輸入掃描階段，才被重新讀入的輸入信號刷新?？梢姡?/span>PLC在執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時，不直接使用現(xiàn)場當(dāng)時的輸入信號，而使用本次采樣時輸入到映像區(qū)中的數(shù)據(jù)。一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，否則可能造成信號的丟失。

   （2）程序執(zhí)行階段。在執(zhí)行用戶程序過程中，PLC按照梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按從左至右、從上到下的步驟逐個執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序跳轉(zhuǎn)地址。程序執(zhí)行過程中，當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入"對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入"對應(yīng)元件（“軟繼電器"）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果再存入輸出映像寄存器中。對輸出映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器"）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。

    （3）輸出刷新階段。程序執(zhí)行階段的運算結(jié)果被存入輸出映像區(qū)，而不送到輸出端口上。在輸出刷新階段，PLC將輸出映像區(qū)中的輸出變量送入輸出鎖存器，然后由鎖存器通過輸出模塊產(chǎn)生本周期的控制輸出。如果內(nèi)部輸出繼電器的狀態(tài)為“1"，則輸出繼電器觸點閉合，經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負載。全部輸出設(shè)備的狀態(tài)要保持一個掃描周期。

西門子軟起動器模擬工具 (STS) 的每個報告都列出了用于對 SIRIUS 3RW軟起動器進行初始調(diào)試的參數(shù)。另外，我們的高性能型軟起動器還通過其調(diào)試向?qū)峁┲С帧?/span>

帶軟起動器的電機起動器

安裝電機軟起動器所根據(jù)的協(xié)調(diào)類型取決于與應(yīng)用相關(guān)的要求。通常，無熔斷器安裝（電機起動保護器與軟起動器的組合）就足夠了。如果需要實現(xiàn)協(xié)調(diào)類型“2"，則必須在電機起動器中安裝半導(dǎo)體熔斷器。

符合 IEC 60947-4-1 的協(xié)調(diào)類型“1"：

在發(fā)生短路事件后，裝置出現(xiàn)故障，因此不適合進一步使用（人員和系統(tǒng)保護得到保證）。

符合 IEC 60947-4-1 的協(xié)調(diào)類型“2"：在發(fā)生短路事件后，裝置適合進一步使用（人員和系統(tǒng)保護得到保證）。

協(xié)調(diào)類型涉及軟起動器與規(guī)定的保護裝置結(jié)合使用（電機起動保護器/熔斷器），而不涉及起動器中的任何附加組件。

協(xié)調(diào)類型將通過使用文中以橙色背景顯示的圖標在相應(yīng)的表格中標明。

起動器測試和事件

為了將 SIRIUS 3RW軟起動器測試保持在經(jīng)濟上合理的范圍內(nèi)，測試是使用覆蓋絕大多數(shù)使用情況的起動器組件（電機起動保護器/斷路器、熔斷器）進行的（軟起動器型號取決于進線電壓、回路類型或必要的超規(guī)格設(shè)計等）。對于所執(zhí)行的組合測試，確定并記錄了短路分斷能力Iq（單位為kA）的值。

當(dāng)然，如果短路分斷能力相同，那么較小的斷路器或熔斷器也可用于所選軟起動器，前提是短路組件的規(guī)格設(shè)計適合所連接的三相電機以及所用電纜的線路保護。對于協(xié)調(diào)類型“2"（帶半導(dǎo)體保護），還需要對特性進行比較，因為如果選擇的熔斷器規(guī)格太小，就不會確保保護功能。如果軟起動器沒有電機保護功能，則必須還要對電機保護進行規(guī)格設(shè)計。

設(shè)置電機電流

如果使用帶過載脫扣器的斷路器（例如，SIRIUS 3RV20 電機起動保護器），建議激活 SIRIUS 3RW軟起動器的電機保護功能以保護電機，并將軟起動器設(shè)置到電機的額定工作電流Ie。建議對斷路器進行設(shè)置，使其提供線路保護但通常又不會在發(fā)生電機過載時在軟起動器之前脫扣。

PLC是專為工業(yè)自動控制而開發(fā)的裝置，通常PLC采用面向控制過程，面向問題的“自然語言"編程。不同廠家的產(chǎn)品采用的編程語言不同，這些編程語言有梯形圖、語句表、控制系統(tǒng)流程圖等。為了增強PLC的各種運算功能，有的PLC還配有BASIC語言，并正在探索用其他語言來編程。

日本的FANUC公司、立石公司、三菱公司、富士公司等所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，都采用梯形圖編程。在用編程器向PLC輸入程序時，一般簡易編程器都采用編碼表輸入，大型編程器也可用梯形圖直接輸入。在眾多的PLC產(chǎn)品中，由于制造廠家不同，其指令系統(tǒng)的表示方法和語句表中的助記符也不盡相同，但原理是相同的。在本書中我們以FANUC-PMC-L為例，對適用于數(shù)控機床控制的PLC指令作一介紹。在FANUC系列的PLC中，規(guī)格型號不同時，只是功能指令的數(shù)目有所不同，如北京機床研究所與FANUC公司合作開發(fā)的FANUC-BESKPLC-B功能指令23條，除此以外，指令系統(tǒng)是一樣的。

在FANUC-PMC-L中有兩種指令：基本指令和功能指令。當(dāng)設(shè)計順序程序時，使用多的是基本指令，基本指令共12條。功能指令便于機床特殊運行控制的編程，功能指令有35條。

在基本指令和功能指令執(zhí)行中，用一個堆棧寄存器暫存邏輯操作的中間結(jié)果，堆棧寄存器有9位（如圖1所示），按*后出、后進先出的原理工作。當(dāng)前操作結(jié)果壓入時，堆棧各原狀態(tài)全部左移一位；相反地取出操作結(jié)果時堆棧全部右移一位，后壓入的信號首先恢復(fù)讀出。

先梳理幾個概念：

將編譯好的程序從電腦傳輸?shù)絧lc，這一過程一般叫做“**"，即download；

將程序從PLC傳輸?shù)诫娔X，這一過程一般叫做“上載"，即upload；

不同廠家的PLC，下載、上傳程序在細節(jié)上略有不同，但原理上大同小異，這里以西門子S7-300系列PLC為例，加以說明。
一、搭建編譯環(huán)境
S7-300系列PLC的工程項目的建立、硬件組態(tài)、編程、下載和上裝以及程序狀態(tài)診斷和監(jiān)控都由西門子的配套軟件SIMATICManager來管理和維護，如下圖所示。

SIMATIC Manager是一個綜合管理軟件，若只需要編寫、維護PLC程序，只需下載、安裝STEP7即可。
二、選擇PLC與電腦（工程師站）之間的通信方式
PLC和工程師站之間一般可以采用MPI、Profibus DP以及以太網(wǎng)進行通信。

所有的S7-300/400系列CPU都有一個支持MPI通信協(xié)議的接口

部分S7-300/400系列CPU提供支持ProfibusDP協(xié)議的接口，如果CPU沒有該接口，可在硬件組態(tài)上配置一塊Profibus DP網(wǎng)卡，比如CP342-5

部分S7-300/400系列CPU提供支持TCP/IP協(xié)議的接口，如果CPU沒有該接口，可在硬件組態(tài)上配置一塊以太網(wǎng)模塊，比如CP343-1

如果選擇MPI或ProfibusDP的方式進行通訊，工程師站必須安裝一塊CP5611或CP5613網(wǎng)卡，或者買一個USB適配器，通過USB接口進行通信

如果選擇以太網(wǎng)方式進行通訊，只需要工程師站端配置了以太網(wǎng)卡即可。

下面以MPI通訊方式為例，來說明如何進行通信配置。

假定PLC與工程師站之間的物理連接已經(jīng)完成，即二者之間通過DP電纜連接起來。

在“SIMATICManager"中，通過菜單命令：“選項->設(shè)置PG/PC接口"，進行網(wǎng)絡(luò)端口設(shè)置，如下圖所示。這一步，也可以在“控制面板"中的“設(shè)置PG/PC接口"中設(shè)定。工程師站需要和PLC通訊，因此應(yīng)用訪問點要選擇“STEP7"，接口根據(jù)實際情況選擇（這里我們用到時PLCSIM，因此選擇PLCSIM(MPI)。）

經(jīng)過上述設(shè)置后，就可以進行下載和上傳操作了。