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西门子6SE64002FS026BB0

西门子PLC的发展史 SIMATIC商标

 S7-200是西德西门子公司的产品之一，其注册商标为SIMATIC。

1．西门子公司的产品**早是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器；

2．1979年，S3系统被SIMATIC S5所取代，该系统广泛地使用了微处理器；

3．20世纪80年代初，S5系统进一步升级——U系列PLC，较常用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U

4．1994年4月，S7系列诞生，它具有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，其机型为：S7-200、300、400

5．1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网络）及控调技术溶为一体

6．现在，西门子公司又提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。

S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

1．基本单元

S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表4-11：

表4-11  S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元

型 号	输入点	输出点	可带扩展模块数
S7-200CPU221	6	4	—
S7-200CPU222	8	6	2个扩展模块 78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224	14	10	7个扩展模块 168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226	24	16	2个扩展模块 248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226XM	24	16	2个扩展模块 248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点

2．扩展单元

S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。

表4-12  S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数

类 型	型 号	输入点	输出点
数字量扩展模块	EM221	8	无
	EM222	无	8
	EM223	4/8/16	4/8/16
模拟量扩展模块	EM231	3	无
	EM232	无	2
	EM235	3	1

3．编程器

PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。

简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。

4．程序存储卡

为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0xA0和6ES 7291-8GD00-0xA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。

5．写入器

写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。

6．文本显示器

文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，**多可显示80条信息，每条信息**多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。

FX2N系列PLC硬件组成

  FX_2N系列PLC硬件组成与其他类型PLC基本相同，主体由三部分组成，主要包括中央处理器CPU、存储系统和输入、输出接口。PLC的基本结构如图1-1所示。系统电源有些在CPU模块内，也有单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。

外部的开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信息和数据；经PLC内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC的各部分协调一致地实现对现场设备的控制。

（1）中央处理器CPU

CPU的主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其它功能，控制整个系统协调一致地工作。常用的CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。

（2）存储器模块

随机存取存储器RAM用于存储PLC内部的输入、输出信息，并存储内部继电器（软继电器）、移位寄存器、数据寄存器、定时器／计数器以及累加器等的工作状态，还可存储用户正在调试和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等。

只读存储器ROM用于存储系统程序。可擦除可编程序的只读存储器EPROM主要用来存放PLC的操作系统和监控程序，如果用户程序已完全调试好，也可将程序固化在EPROM中。

（3）输入输出模块

可编程序控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，与DCS相似，它与工业生产过程的联系也是通过输入输出接口模块(I/O)实现的。I/O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。

PLC连接的过程变量按信号类型划分可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。

（4）编程器

编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机对话的界面。随着PLC的功能不断增强，编程语言多样化，编程已经可以在计算机上完成。

S7-200PLC的外形结构

1．状态指示灯（LED）显示CPU所处的工作状态。

SF——System Fault（系统错误）

RUN——运行

STOP——停止

2．存储卡接口可以插入存储卡

3．通信接口可以连接RS-485总线的通信电缆

_ EMBED PBrush  ___

4．顶部端子盖下边为输出端子和PLC供电电源端子。输出端子的运行状态可以由顶部端子盖下方一排指示灯显示，ON状态对应指示灯亮。

_ EMBED PBrush  ___

5．底部端子盖下边为输入端子和传感器电源端子。输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方一排指示灯显示，ON状态对应指示灯亮。

6．前盖下面有运行、停止开关和接口模块插座。将开关拨向停止位置时，PLC处于停止状态，此时可以对其编写程序。将开关拨向运行位置时，PLC处于运行状态，此时不能对其编写程序。将开关拨向监控（Term）状态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。接口插座用于连接扩展模块，实现I/O扩展。

PLC目前的发展现状以及未来的发展趋势

1）、PLC的发展现状

    目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由**初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

    现在，**上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，**的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额。

    经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。

 

    2）、PLC的发展趋势

 

    随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。

    （1）、在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。

 

    （2）、向通信网络化发展

 

    PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。

 

    （3）、向模块化、智能化发展

 

    为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。

 

    （4）、编程语言和编程工具的多样化和标准化

 

    多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。

集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用 的，所以叫做运算放大器。它有十多个引脚，一般都用有 3 个端子的三角形符号表示，如图 10 。它有两个输入端、 1 个输出端，上面那个输入端叫做反相输入端，用“ — ”作标记；下面的叫同相输入端，用“＋”作标记。

集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算，也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有：

    （ 1 ）带调零的同相输出放大电路

    图 11 是带调零端的同相输出运放电路。引脚 1 、 11 、 12 是调零端，调整 RP 可使输出端（ 8 ）在静态时输出电压为零。 9 、 6 两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端（ 5 ），因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端（ 4 ）。同相输入接法的电压放大倍数总是大于 1 的。

（ 2 ）反相输出运放电路

    也可以使输入信号从反相输入端接入，如图 12 。如对电路要求不高，可以不用调零，这时可以把 3 个调零端短路。

  输入信号从耦合电容 C1 经 R1 接入反相输入端，而同相输入端通过电阻 R3 接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。

    （ 3 ）同相输出高输入阻抗运放电路

    图 13 中没有接入 R1 ，相当于 R1 阻值无穷大，这时电路的电压放大倍数等于 1 ，输入阻抗可达几百千欧。

 放大电路读图要点和举例

    放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到一张放大电路图时，首先要把它逐级分解开，然后一级一级分析弄懂它的原理，**后再全面综合。读图时要 注意： ① 在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放大器中使用的辅助元器件很多，如偏置电路中的温度补偿元件，稳压稳流元器件，防止自激振荡的防振元件、去 耦元件，保护电路中的保护元件等。 ② 在分析中**主要和困难的是反馈的分析，要能找出反馈通路，判断反馈的极性和类型，特别是多级放大器，往往以后级将负反馈加到前级，因此更要细致分析。 ③ 一般低频放大器常用 RC 耦合方式；高频放大器则常常是和 LC 调谐电路有关的，或是用单调谐或是用双调谐电路，而且电路里使用的电容器容量一般也比较小。 ④ 注意晶体管和电源的极性，放大器中常常使用双电源，这是放大电路的特殊性。

    例 1 助听器电路

    图 14 是一个助听器电路，实际上是一个 4 级低频放大器。 VT1 、 VT2 之间和 VT3 、 VT4 之间采用直接耦合方式，VT2 和 VT3 之间则用 RC 耦合。为了改善音质， VT1 和 VT3 的本级有并联电压负反馈（ R2 和 R7 ）。由于使用高阻抗的耳机，所以可以把耳机直接接在 VT4 的集电极回路内。 R6 、 C2 是去耦电路， C6 是电源滤波电容。

例 2 收音机低放电路

    图 15 是普及型收音机的低放电路。电路共 3 级，第 1 级（ VT1 ）前置电压放大，第 2 级（ VT2 ）是推动级，第 3 级（ VT3 、 VT4 ）是推挽功放。 VT1 和 VT2 之间采用直接耦合， VT2 和 VT3 、 VT4 之间用输入变压器（ T1 ）耦合并完成倒相，**后用输出变压器（ T2 ）输出，使用低阻扬声器。此外， VT1 本级有并联电压负反馈（ R1 ）， T2 次级经 R3 送回到 VT2 有串联电压负反馈。电路中 C2 的作用是增强高音区的负反馈，减弱高音以增强低音。 R4 、 C4 为去耦电路， C3 为电源的滤波电容。整个电路简单明了

振荡电路的用途和振荡条件

    不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说，能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。

    一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振 荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率 f 0 能通过，使振荡器产生单一频率的输出。

    振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 u f 和输入电压 U i 要相等，这是振幅平衡条件。二是 u f 和 u i 必须相位相同，这是相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位 平衡条件是否成立。

    振荡器按振荡频率的高低可分成超低频（ 20 赫以下）、低频（ 20 赫～ 200 千赫）、高频（ 200 千赫～ 30 兆赫）和超高频（ 10 兆赫～ 350 兆赫）等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。

    正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC 振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度，只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中，大量使用着各种 L C 振荡器和 RG 振荡器。

    LC 振荡器

     LC 振荡器的选频网络是 LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高，常见电路有 3 种。

    （ 1 ）变压器反馈 LC 振荡电路

PLC空操作指令及其典型应用说明

NOP指令：空操作指令。

END指令：程序结束指令。

指令说明

1．在将程序全部清除时，全部指令成为空操作。若在普通指令与指令之间加入空操作（NOP）指令，则可编程控制器可继续工作，而与此无关。若在程序执行过程中加入空操作指令，则在修改或追加程序时，可以减少步序号的变化，但是程序步须留有空余。

2．若将已写入的指令换成NOP指令，则电路会发生变化，务必请注意。

3．可编程控制器反复进行输入处理，程序执行输出处理，若在程序的**后写入END指令，则END以后的其余程序步不再执行，而直接进行输出处理。在程序中没有END指令时，可处理到**终的程序步。

4．在调试期间，在各程序段插入END指令，可依次检测各程序逻辑段的动作。在这种场合，在确认前面电路块动作正确无误后，依次删去END指令。

NOP指令的应用：

①指定某些步序内容为空，留空待用。

②短路某些接点或电路

③切断某些电路

④变换先前的电路

MC /MCR指令：主控/主控复位指令。

MPS/MRD/MPP指令：进栈/读栈/出栈指令。

指令说明：

1．MC主控是公共串联触点的连接。

2．MCR主控复位是公共串联接点的清除。

3．在可编程控制器中有11个存储器，它们用来存储运算的中间结果，被称为栈存储器。使用1次MPS指令又将此时刻的运算结果送入栈存储器的第1段。再使用MPS指令，将此时刻的运算结果送入栈存储器的每1段，而将原先存入的数据依次移到栈存储器的下一个段。

4．使用MPP指令，各数据按顺序向上移动，将**上段的数据读出，同时该数据就从栈存储器中消失。

5．MRD是读出**上段所存储的**数据的专用指令，栈存储器内的数据不发生移动。

举例

（1）主控指令应用

梯形图：如图1

程序清单

LD  X000

SET  Y000

LD  X006

MC  N0

SP    M100

LD   X004

OUT  Y001

LD   Y000

OUT  T1 K8000

LD   X007

MC   N3

SP  M200

LD    Y000

SET   Y002

MCR  N3

MCR  N0

LD   X005

OUT  Y003

END

 

（2）栈指令应用

梯形图：如图2

程序清单：

LD    X000

MPS

AND    X004

OUT   Y000

MRD

AND   X005

OUT     Y001

MRD

OUT Y002

MPP

AND X004

MPS

AND X005

OUT Y003

MPP

AND X006

OUT Y004

LD  X005

OR  X007

ANB

OUT    Y005

END