西门子CPU 6ES7 214-1HG40-0XB0

PLC系统设备选型 
PLC主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。 
目前市场上的PLC产品众多，国外有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。 
2.1 确定PLC 控制系统的规模 
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。 
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。 
中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。 
大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。 
2.2 确定PLC I/O 点的类型 
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。 
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。 
电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。 
2.3 确定PLC编程工具 
（1） 一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。 
（2） 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。 
（3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率zui高的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编程。 
3 PLC控制系统的设计 
PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。 
3.1 PLC控制系统的硬件设计 
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。 
（1） PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。 
PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。 
（2） PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。 
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。 
当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。 
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。 
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。 
（3） PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式: 
隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。 
屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。 
布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。 
西门子模块6ES71386AA000BA0 S7-200的接口模块主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块和通信模块。下面分别介绍这些模块。 （一）数字量I/O模块 数字量I/O模块是为了解决本机集成的数字量输入/输出点不能满足需要而使用的扩展模块。S7-200PLC目前总共可以提供3大类，共9种数字量I/O模块。 1．EM221数字量输入扩展模块 8DI，DC24V（直流输入） 2．EM222数字量输出扩展模块 8DO，DC24V（直流输出） 8DO，Relay（DC24V/ AC24~230V）（继电器输出） 3．EM223数字量混合模块 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）模拟量I/O模块 模拟量I/O模块提供了模拟量输入和模拟量输出的扩展功能。S7-200的模拟量扩展模块具有较大的适应性、可以直接与传感器相连，并有很大的灵活性，且安装方便。 1．EM231模拟量输入模块 4AI（电压或电流）输入信号的范围由SW1、SW2和SW3设定。 2．EM232模拟量输出模块 2AO（电压或电流） 3．EM235模拟量混合模块 4AI（电压或电流），量程由SW1~SW6设定 1AO（电压或电流） （三）通信模块 S7-200系列PLC除了CPU226本机集成了两个通信口以外，其他均在其内部集成了一个通信口，通信口采用了RS-485总线。此外，各PLC还可以接入通信模块，以扩大其接口的数量和联网能力。 1．EM277模块 EM277模块是PROFIBUS-DP从站模块，同时也支持MPI从站通讯； 2．EM241：调制解调器（Modem）通讯模块 3．CP243-1：工业以太网通讯模块； 4．CP243-1 IT：工业以太网通讯模块，同时提供Web/E-mail等IT应用； 5．CP243-2：AS-Ⅰ主站模块，可连接**多62个AS-Ⅰ从站。 S7-200PLC的配置就是由S7-200CPU和这些扩展模块构成的。 一般的逻辑控制系统用软继电器、定时器和计数器及基本指令就可以实现。利用功能指令可以开发出更复杂的控制系统，以致构成网络控制系统。这些功能指令实际上是厂商为满足各种客户的特殊需要而开发的通用子程序。功能指令的丰富程度及其合用的方便程度是衡量PLC性能的一个重要指标

一系列具有不同功率范围的CPU，以及具有很多用户友好功能的一系列扩展模块，可以使用户根据不

同的应用情况选择相应的模块。 如果控制任务需要扩展，可以随时使用附加模块对控制系统进行扩展。

SIMATIC S7-300 是一个通用的控制器。

高等级的电磁兼容性以及高等级的抗震性，使得它具有*的工业控制能力。

模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求

各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务

简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活

方便用户和简易的无风扇设计

当控制任务增加时，可自由扩展

大量的集成功能使它功能非常强劲

大量功能特性为用户针对 S7-300 进行的编程、调试和维护提供支持。

**的指令处理：

指令处理时间为 0.01μs，可在低端和中端性能范围中*开辟新的应用。

浮点算术运算：

使用浮点运算可以有效地执行更为复杂的运算功能。

用户友好的参数设置:

只需一个带有统一用户界面的软件工具便可参数化所有模块。
 

操作和监控 (HMI)：

用户友好的人机界面 (HMI) 服务已集成在 S7-300 的操作系统中。这些功能不再需要耗时的编程：

SIMATIC HMI 系统需要来自 SIMATIC S7-300 的过程数据 - S7-300 按照请求的更新周期传输过程数据。

SIMATIC S7-300 操作系统可自主执行传输。所有这些都是使用同一的符号和数据库完成的。

S7-300F 满足下列安全要求：

要求等级 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801

安全要求等级 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508

类别 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，标准模块还可用在 S7-300F 及故障安全模块中。因此它可以创建一个全集成的控制系统，在非安全相关和安全相关任务共存的工厂中使用。使用相同的标准工具对整个工厂进行组态和编程。

Design

S7-300

一般步骤

S7-300自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以独立地组合使用。

一个系统包含下列组件：

CPU：

不同的 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。

用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块 (SM)。

用于连接总线和点对点连接的通信处理器 (CP)。

用于高速计数、定位（开环/闭环）及 PID 控制的功能模块（FM）。

根据要求，也可使用下列模块：

用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 V AC 电源的负载电源模块(PS)。

接口模块 (IM)，用于多层配置时连接中央控制器 (CC) 和扩展装置 (EU)。

通过分布式中央控制器 (CC) 和 3 个扩展装置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多达 32 个模块。所有模块均在外壳中运行，并且无需风扇。

SIPLUS 模块可用于扩展的环境条件：

适用于 -25 至 +60℃ 的温度范围及高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为 IP20 机柜内使用时，可直接在汽车或室外建筑使用。不需要空气调节的机柜和 IP65 外壳。

设计

简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护：

安装模块：

只需简单地将模块挂在安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。

集成的背板总线： 

背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。

模块采用机械编码，更换极为容易：

更换模块时，必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构，可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。

现场证明可靠的连接：

对于信号模块，可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。

TOP 连接：

为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。

规定的安装深度：

所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。

无插槽规则:

信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。

扩展

若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则可对 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）进行扩展：

中央控制器和3个扩展机架**多可连接32个模块：

总共可将 3 个扩展装置（EU）连接到中央控制器（CC）。每个 CC/EU 可以连接八个模块。

通过接口模板连接：

每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在中央控制器上它总是被插在 CPU 旁边的插槽中，并自动处理与扩展装置的通信。

通过 IM 365 扩展：

1 个扩展装置**远扩展距离为 1 米；电源电压也通过扩展装置提供。

通过 IM 360/361 扩展：

3 个扩展装置， CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的**远距离为 10m。

单独安装：

对于单独的 CC/EU，也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离：长达 10m。

灵活的安装选项：

CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以**限度满足空间要求。

通信

S7-300 具有不同的通信接口：

连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。

用于点到点连接的通信处理器

多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中；

是一种经济有效的方案，可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。

PROFIBUS DP进行过程通信

SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

    电气设备是采取保护接地还是保护接零，主要取决于配电系统的中性点是否接地、电网的性质、电气设备的额定电压等级（对地电压）及房屋特征等因素。

    (1)在中性点直接接地的低压配电系统中，如果是由独立变电所供给单一用户用电的电网（如大多数工厂企业单位），应采用保护接零方式，同时要进行重复接地；如果是由同一台变压器供给许多用户用电的电网（如城市公用电网、住宅用电），则应采用统一的保护方式，即要么全部采用保护接零，要么全部采用保护接地，但采用保护接零方式更安全、更经济。因此，城市一般均采用保护接零，同时在进户处作重复接地（采用等电位联结时可不作重复接地）。

    (2)农村一般也采用中性点直接接地的低压配电系统，但因农村电网分散、不便管理，为了防止保护接零与保护接地混用而引起触电事故，一般统一规定采用保护接地方式，而不采用保护接零。但在经济比较发达的农村，在用电规范、管理严格的情况下，也宜采用保护接零方式。

    (3)在中性点不接地的低压配电系统中（如矿山电网），应采用保护接地方式，禁止采用保护接零方式。这是为了满足矿道内生产安全的需要。

    (4)高压电气设备一般采用保护接地方式。