西门子KP700人机界面

S7-1200 PLC的新数据类型使应用更加灵活。例如用于日期和时间时，S7-200 PLC需要读取相应的V区数据，S7-300 PLC通过调用SFC读取日期时间数据，而S7-1200 PLC可以通过符号名访问DTL结构的所有组成部分。

在计数器指令方面，S7-200 PLC、S7-300 PLC和S7-1200 PLC也有不同。S7-200 PLC的计数器当计数值大于或等于设定值时，计数器状态位置位；S7-300 PLC的计数器当计数值大于0时，计数器输出置位；而S7-1200 PLC的计数器当计数值大于或等于设定值时，输出置位。S7-200 PLC计数器的计数范围是0~32767，S7-300 PLC的S5计数器的计数范围是0~999，S7-1200 PLC的计数范围可以调整。

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在定时器指令方面，S7-200 PLC和S7-1200 PLC也有差异。S7-200 PLC的定时器当计时值大于或等于设定值时，定时器状态位置位；S7-300 PLC的定时器当计时值大于设定值时，定时器输出置位；而S7-1200 PLC的定时器当计时值大于或等于设定值时，输出置位；而且S7-1200 PLC的定时时间可以像S7-300 PLC的一样直接输入，不需要像S7-200 PLC那样使用定时时基1/10/100ms进行换算。

在工艺功能方面，S7-200 PLC一般是通过向导来实现的，而S7-1200 PLC则是通过调用相应的块来实现的。

S7-1200的CPU有一个内部电源，为CPU、信号模块、信号扩展板及通信模块提供电源，并且也可以为用户提供24V电源。

CPU为信号模块、信号扩展板及通信模块提供5V直流电源，不同的CPU能够提供的功率是不同的。在硬件选型时，需要计算所有扩展模块的功率总和，检查该数值是否在CPU提供功率范围之内，如果超出则必须更换容量更大的CPU或减少扩展模块数量。

S7-1200的CPU也可以为信号模块的24V输入点、继电器输出模块或其他设备提供电源（称作传感器电源），如果实际负载超过了此电源的能力，则需要增加一个外部24V电源，此电源不可与CPU提供的24V电源并联。建议将所有24V电源的负端连接到一起。

传感器24V电源与外部24V电源应当供给不同的设备，否则将会产生冲突。

如果S7-1200 PLC系统的一些24V电源输入端互联，此时可用一个公共电路连接多个M端子。例如当设计CPU为24V电源供给、信号模块继电器为24V电源供给及非隔离模拟量输入为24V电源供给的“非隔离”电路时，所有非隔离的M端子必须连接到同一个外部参考点上。

下面通过例子说明电源的计算方法。

某工程项目经统计I/O点数为20个DI，DC 24V输入，10个DO中继电器输出8个，2个DC输出，1路模拟量输入，1路模拟量输出，选用S7-1200 PLC，CPU选型如下。

由于数字量I/O点数较多，且为继电器输出，选用CPU 1214C AC/DC/继电器，订货号为6ES7 214-1BE30-0XB0。由于需要2个DC输出，选用扩展的信号模块SM 1223 8×DC 24V输入/8×DC 24V输出，订货号为6ES7 222-1BF30-0XB0，1路模拟量输入为CPU自带，1路模拟量输出可以选用信号板SB 1232的1路模拟量输出，订货号为6ES7 232-4HA30-0XB0。

可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是以微处理器为基础的通用工业控制装置，它综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术，具有功能强大、使用方便、可靠性高、通用且使用灵活和易于扩充等优点，特别适于在恶劣的工业环境中使用，是为了顺应现代制造业生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品要求而出现的，在交通、冶金、化工、制造、建筑、造纸以及食品等行业得到了广泛应用。

1.1 PLC概述

1.1.1 PLC的产生和定义1.PLC的产生

为了尽可能地减少重新设计和安装的工作量，降低成本，缩短周期，美国通用汽车公司在1968年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器-接触器控制系统。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了台PLC（Programmable Logic Controller），即可编程序逻辑控制器，型号为PDP-14，用它取代传统的继电器-接触器控制系统，应用在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上，取得了巨大成功，很快在其他工业领域推广应用。

随着计算机技术、自动控制技术和通信技术的发展，PLC大致经历了4次更新换代，现在已经渗透到工业控制的各个领域。

1987年国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

PLC控制系统的内部控制电路是由用户程序形成的，是按照程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出。PLC在执行用户程序时，根据程序从首地址开始自上而下、从左到右逐行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器中读出有关元件的状态，根据指令执行相应的逻辑运算，把运算的结果写入对应的元件映像寄存器中保存，同时把输出状态写入对应的输出映像寄存器中保存。

PLC的工作方式是从0000号存储地址存放的条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束；然后再从头开始，并周而复始地执行整个用户程序，直到停机或从运行（RUN）工作状态切换为停止（STOP）工作状态，这种执行程序的工作方式称为周期循环扫描工作方式。

PLC上电或从STOP状态切换到RUN状态后，在系统程序的监控下，周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程就是按顺序循环扫描的过程。

1）初始化。PLC上电后首先进行系统初始化，包括清除内部存储区、复位定时器等。

2）CPU自诊断。PLC在每个扫描周期都要进入自诊断阶段，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查，定期复位监控定时器等，确保系统的稳定。

3）通信信息处理。每个扫描周期中在对每个通信信息处理的阶段，PLC进行PLC之间、PLC与计算机之间的信息交换。

4）与外部设备交换信息。PLC与外部设备连接时，在每个扫描周期都要与外部设备交换信息。这些外部设备包括编程器、终端设备、彩色显示器和打印机等。

5）执行用户程序。PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要执行用户程序。在执行用户程序时，是以扫描的方式按顺序逐句处理的，扫描一条执行一条，并把运算处理结果存入输出映像寄存区对应的位中。

6）输入、输出信息处理。PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要进行输入、输出信息处理，以扫描的方式把外部输入信号的状态存入输入映像寄存区，将运算处理后的结果存入输出映像寄存区，直到传入外部被控设备。

1.1.4 PLC的编程语言

PLC是一种工业计算机，不同厂家不同型号的PLC都有自己的编程语言。目前，PLC常用的编程语言有以下几种：1.梯形图

梯形图编程语言简称梯形图，与继电器控制电路图很相似，是用程序来代替继电器硬件的逻辑连接，很容易被电气人员掌握，特别适合数字量逻辑控制系统。

梯形图由触点、线圈或指令框组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮、传感器和内部条件等输入信号；线圈代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的输出信号（如指示灯、交流接触器和电磁阀等）和内部的标志位等；指令框用来表示定时器、计数器和数学运算等功能指令。

梯形图左、右的竖直线称为左、右母线。梯形图从左母线开始，经过触点和线圈，终止于右母线。可以把左母线看作是提供能量的母线。实际上，梯形图是CPU效仿继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”通过一系列的逻辑控制元件，根据运算结果执行逻辑输出的模拟过程。

梯形图中，每个输出元素可以构成一个梯级，每个梯级由一个或多个支路组成，但右边的元件只能是输出元件，且只能有一个。每个梯形图由一个或多个梯级组成。

对于一个复杂的控制系统，尤其是顺序控制系统，由于内部的联锁、互动关系极其复杂，用梯形图或语句表编程时往往数百行。如果在梯形图上不加注释，则梯形图的可读性将会大大降低。

顺序功能图包含步、动作和转换3个要素。先把一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，即划分为以若干个顺序出现的步；步中包含控制输出的动作，根据一步到另一步的转换条件，再依照一定的顺序控制要求将其连接成整体的控制程序。5.结构文本

结构文本是一种基于“BASIC”或“C”等语音的文本，针对大型、的PLC具有很强的运算与数据处理功能。它是便于用户编程，增加程序的可移植性，用来描述功能、功能块和程序的编程语言。

1.1.5 PLC的应用和发展1.PLC的应用

近年来，随着PLC的成本下降和功能大大增强，能解决复杂的计算和通信问题，因而应用面也日益增大。目前，PLC已广泛应用于钢铁、采矿、石油、化工、电力、机械制造、汽车、造纸、环保以及娱乐等行业。PLC的应用领域包括以下几个方面。

（1）逻辑控制

逻辑控制是目前PLC应用广泛的领域，它取代了传统的继电器顺序控制，应用于单机控制、多机控控制和生产自动线控制。

（2）运动控制

PLC把描述目标位置的数据送给拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，模块移动一轴或多轴到目标位置。当每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

（3）过程控制

PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量。采用PID（Proportional-Integral-Derivative）模块使PLC实现闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。