上海西门子S7-1200中国授权供货商

从初的C3、S3、S5到S7系列，西门子公司的每一代产品都带来了新的功能，逐渐成为应用非常广泛的可编程逻辑控制器。西门子公司早期发布的产品S3、S5系列PLC已经退出市场，现阶段，市场上较为常用的西门子PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。其中传统意义上的PLC产品——S7系列PLC则成为了西门子公司核心的可编程逻辑控制器。

其中S7-200系列属于整体式小型PLC，用于替代继电器的简单场合，也可以用于复杂的自动控制系统。S7-300系列是模块化的中小型PLC，多可扩展32个模块，适用于中等性能的控制要求。S7-400是具有中高性能的PLC，采用模块化无风扇设计，可以扩展200多个模块，适用于对可靠性要求极高的大型复杂控制系统。S7-300/400可以组成MPI（多点接口）、PROFIBUS网络和工业以太网等。

总体而言，西门子PLC具有很强的操作性，不仅编程简单，而且可以直接显示输入程序，能方便地调试程序；同时维修方便、快捷，模块化强，采用了一系列可靠性设计的方法，如断电保护、故障诊断、信息恢复等；一般不容易发生操作错误。若出现故障，可使用PLC自诊断功能通过软硬件寻找故障位，因此对的维修人员技能要求降低。

1.3 PLC系统硬件结构

PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接

中央处理单元（CPU）是PLC控制的核心，每台PLC至少有一个CPU。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的数据、控制及状态总线构成，此外还包括外围芯片、总线接口以及有关电路。CPU确定了控制的规模、工作速度、内存容量等。

CPU按照系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面。

（1）接收从编程器输入的用户程序和数据。

（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

（3）通过输入接口接收现场的状态和数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。

（4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释执行。

（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。2. 存储器单元

存储器一般有两种：可读可写的随机存储器RAM和只读存储器ROM、PROM、EPROM、EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般为ROM，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或控制功能设计的控制程序，早期一般采用RAM，但需要后备电池，以便在掉电后保存程序。现在多采用电可擦除的可编程只读存储器EEPROM或闪存Flash Memory，免去了后备电池的麻烦。工作寄存器中的数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据，存放在RAM中，以适应随机存储的要求。

输入/输出单元通常也称为I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。

输入单元的作用是将不同的电压、电流形式的信号转变为微处理器可以接受的信号。输入单元对输入信号进行滤波、隔离和电平转换等，把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到PLC内部。

输出单元的作用是将微处理器处理的逻辑信号转变为被控制设备所需的电压、电流信号。输出单元具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用以及功率放大的作用。

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。后根据系统分析的结果，具体地确定PLC的机型和系统的具体配置。

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，设计人员在设计PLC控制系统时，应综合考虑各方面因素，并遵循以下基本原则。1. 大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2. 保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便

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一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应发展的需要

由于技术的不断发展，对控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进的需要。5. 技术先进

设计人员在进行硬件设计时，应优先选用技术先进、应用成熟广泛的产品组成控制系统，保证系统在一定时间内具有先进性，不致被市场淘汰。此原则应与经济实用原则共同考虑，使控制系统具有较高的性价比。

2.3 PLC控制相关知识点

一个PLC控制系统的完整设计流程图，其中前期工作包括分析被控对象，提出并论证系统方案以及系统总体设计。被控对象的分析和描述是为了确认被控对象和明确控制任务，熟悉被控对象是设计控制系统的基础。系统方案论证和系统总体设计则是为了确定一个可行的控制系统总体构架，其中的每个细节都必须经过反复斟酌，尽量减少工程实施过程中可能遇到的阻碍。中期的工作则是进行硬件设计和软件设计，包括硬件、软件涉及的选型和编程调试。后期则是需要将软硬件组合成完整的控制系统进行调试，排除出现的故障，完成定型的PLC控制系统

1. CPU一般知识

PLC产品种类繁多，其规格和性能各不相同。其中PLC的中央处理单元（CPU）主要有接收并存储用户程序和数据，诊断电源、内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，接收现场输入设备的状态和数据并存入寄存器中，读取用户程序，按指令产生控制信号，完成规定的逻辑或算术运算；以及更新有关状态和内容，再实现输出控制、制表、打印或数据通信等功能。

CPU一般包括：后备电池、DC 24V连接器、模式选择开关、状态及故障指示器、RS-485编程接口、MPI。

CPU的选择是合理配置系统资源的关键，选择时必须考虑控制系统对CPU的要求，包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力、是否有PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等。一般情况下，可以根据设计需求的合理结构类型、合理的安装方式、设计功能要求、响应速度要求以及系统的可靠性来选择PLC的CPU。好在西门子公司的技术支持下进行，以获得合理的、佳的选择方案。

其中，PLC的输入输出信号可以是模拟量也可以是开关量。

由于CPU内部工作电压一般为5V，而PLC外部输入/输出信号电压一般比较高，如DC 24V或AC 220V。为保障PLC正常工作，输入/输出单元还具有电平转换的作用。4. 电源单元

PLC电源单元是指外部输入的交流电处理后转换成满足CPU、存储器、输入/输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。有些电源也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流24V电源。PLC的电源一般采用直流开关稳压电源，稳定性好，抗干扰能力强。电源单元的输入与输出之间有可靠的隔离，以确保外界的扰动不会影响到PLC的正常工作。