西門子CPU控制單元6ES7214-2BD23-0XB8

 PLC的功能特點

2.2.1 

PLC的功能

隨著自動化技術(shù)、計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC的功能日益增多。它不僅能實現(xiàn)單機控制，而且能實現(xiàn)多機群控制；不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還能實現(xiàn)過程控制、運動控制和數(shù)據(jù)處理等，其主要功能如下：

1、開關(guān)量邏輯控制

這是PLC的基本的功能。PLC具有強大的邏輯運算能力，它提供了與、或、非等各種邏輯指令，可實現(xiàn)繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)等各種連接的開關(guān)控制，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。使用PLC提供的定時、計數(shù)指令，可實現(xiàn)定時、計數(shù)功能，其定時值和計數(shù)值既可由用戶在編程時設(shè)定，也可用數(shù)字撥碼開關(guān)來設(shè)定，其值可進行在線修改，操作十分靈活方便。

2、模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。PLC提供了各種智能模塊，如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻用模擬量輸入模塊、熱電阻用模擬量輸出模塊等，通過使用這些模塊，把現(xiàn)場輸入的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送CPU處理；而CPU處理的數(shù)字結(jié)果，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對連續(xù)量的控制。

3、閉環(huán)過程控制

使用PLC不僅可以對模擬量進行開環(huán)控制，而且還可以進行閉環(huán)控制。配置PID控制單元或模塊，對控制過程中某一變量（如速度、溫度、電流、電壓等）進行PID控制。

4、定時、定位、計數(shù)控制

PLC具有定時控制的功能，它為用戶提供了若干個定時器，定時器的時間可以由用戶在編寫程序時設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實現(xiàn)定時或延時控制。定位控制是PLC*的控制功能之一。PLC提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊，以實現(xiàn)各種需求的定位控制。PLC具有計數(shù)控制的功能，它為用戶提供了若干個計數(shù)器或高速計數(shù)模塊。計數(shù)器的計數(shù)值可以由用戶在編寫程序時設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實現(xiàn)計數(shù)控制。



5、順序（步進）控制

在工業(yè)控制中，選用PLC實現(xiàn)順序控制，可以采用IEC規(guī)定的用于順序控制的標準化語言——順序功能圖進行設(shè)計，可以用移位寄存器和順序控制指令編寫程序。

6、網(wǎng)絡(luò)通信

現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對遠程I/O進行控制，又能實現(xiàn)PLC與計算機之間的通信，從而構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。PLC通過RS232接口可與各種RS232設(shè)備進行通信。PLC還可與其它智能控制設(shè)備（如變頻器、數(shù)控裝置）實現(xiàn)通信。PLC與變頻器組成聯(lián)合控制系統(tǒng)，可提高交流電動機的自動化控制水平。

7、數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票韀2]。

2.2.2 

PLC的特點

1、通用性強、靈活性好、功能齊全

PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的，具有面向工業(yè)控制的鮮明特點。通過選配相應(yīng)的控制模塊便可適用于各種不同的工業(yè)控制系統(tǒng)。同時，由于PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，當生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時，不必改變PLC的硬件，只需改變程序，改變控制邏輯，其連線少，體積小，加之PLC中每只軟繼電器的觸點數(shù)理論上無限制，因此，靈活性和擴展性都很好。

2、可靠性高、抗干擾能力強

為了確保PLC在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能可靠的工作。在設(shè)計中強化了PLC的抗干擾能力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動、振動、電磁干擾等的干擾。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接由交流市電供電，直接取自電控箱電源。即使在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作。PLC在設(shè)計、生產(chǎn)過程中除了對元器件嚴格篩選外，硬件和軟件還采用屏蔽、濾波。光電隔離和故障診斷、自動恢復(fù)等措施，有的PLC還采用了冗余技術(shù)等，進一步增強了PLC的可靠性。

3、編程簡單、使用方便

PLC在基本控制方面采用梯形圖語言進行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡單、直觀性強，廣大電氣人員容易接受。用梯形圖編程出錯率比匯編語言低得多。梯形圖、流程圖、語句表之間可以有條件的相互轉(zhuǎn)換，使用極其方便。

4、模塊化結(jié)構(gòu)、安裝簡單、調(diào)試方便

PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，由機架和電纜將各模塊連接起來，由于配置靈活，使擴展、維護更加方便。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號的設(shè)備（如按鈕、開關(guān)等）與PLC的輸入端子相連，將接受控制的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與輸出端子相連即可。調(diào)試工作大部分是室內(nèi)調(diào)試，用模擬開關(guān)模擬輸入信號，其輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)可以觀察PLC上相應(yīng)的發(fā)光二極管，可以根據(jù)它進行測試、排錯和修改[2]。

S7-200的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

S7-200 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。S7編程軟件組態(tài)主架導軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數(shù)字量輸入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等[3]。

2.3.2 S7-200 CPU模塊

CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心，負責系統(tǒng)的控制責任，存儲并執(zhí)行程序，實現(xiàn)通信功能，為U形總線提高5V電源。CPU有4種操作模式：STOP（停機），STARTUP（啟動），RUN（運行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。S7-300的CPU模塊大致可以分為以下幾類：

1、6種緊湊型CPU，帶有集成的功能和I/O：CPU 312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。

2、革新的標準型CPU：CPU 312、314和315-2DP。

3、5種標準的CPU：CPU 313、314、315、315-2DP和316-2DP。

4、戶外型CPU：CPU 312 IFM、314 IFM、314戶外型和315-2DP。

5、大容量高型CPU：317-2DP和CPU 318-2DP。

西門子CPU控制單元6ES7214-2BD23-0XB8

概述：

• 功能強大的 CPU
• 本機帶24個數(shù)字量和3個模擬量輸入/輸出
• 最多可帶7個擴展模塊

  CPU 224 XP 和 CPU 224 XPsi 裝配有:

  • 集成式 24 V 編碼器/負載電源:
    用于直接連接傳感器和編碼器。具有 280 mA 輸出電流，它也可用作負載電源。
  • CPU 224 XP:
    2 種型號；滿足不同的電源和控制電壓。
    CPU 224 Xpsi:
    1 種設(shè)備 (24V DC)，漏電流。
  • 內(nèi)置數(shù)字量輸入/輸出：
    14個輸入和 10 個輸出。
  • 內(nèi)置模擬量輸入/輸出:
    2個輸入和1個輸出。
  • 2 個通訊接口:
    可選
    • 作為 PPI接口，用于編程功能、HMI 功能（TD 200、OP），S7-200 內(nèi)部 CPU / CPU 通信（9.6/19.2/187.5 kbps），或作為 MPI從站，用于和 MPI 主站（S7-300 / -400、OP、TD、按鈕板）進行數(shù)據(jù)交換。
    • 用戶可編程接口（FreePort），帶中斷能力，用于和非西門子設(shè)備進行串行數(shù)據(jù)交換，例如在 ASCII 協(xié)議下、波特率為 1.2/2.4/4.8/9.6/19.2/38.4/57.6/115.2 Kbit/s時，可將 PC / PPI 電纜用作為 RS 232/ RS 485 適配器。
  • 擴展總線：
    連接擴展模塊 (只能使用 22x 系列的擴展模塊)。
  • 中斷輸入：
    對過程信號的上升沿或下降沿作出*速響應(yīng)
  • 高速計數(shù)器：
    6 個高速計數(shù)器(2x200 kHz，4x400 kHz), 可通過參數(shù)設(shè)置使能和復(fù)位輸入，具有2個單獨的輸入端，可同時用作增/減計數(shù)器；或者可以連接2個具有90度相差的增量編碼器(2x100 kHz, 2x20 kHz)。o.
  • 通過數(shù)字量和模擬量擴展模塊進行*擴展(擴展模塊，選件)。
  • 仿真器（可選）：
    用于集成輸入的仿真和用戶程序的檢驗。
  • 模擬電位計:
    2 個模擬電位計，可在日常工作中用作一個設(shè)定值計數(shù)器，例如設(shè)定時間。
  • 脈沖輸出：
    2 個高頻脈沖輸出（ 100 kHz）；用于定位任務(wù)及通過電源電路控制調(diào)頻電機和步進電機。
  • 實時時鐘：
    例如用于給報文加時間標記、紀錄機器運行時間或用于基于時間的過程控制。
  • EEPROM 子模塊(選件):
    用于保存完整的 STEP 7-Micro/WIN 用戶程序及其它文檔。
    用于支持數(shù)據(jù)記錄功能和配方管理。
    允許快速修改程序(即使沒有編程器)和其它程序歸檔。
  • 通過電池提供長時間后備：
    可將存儲時間提高到200天。無電池模塊時，用戶數(shù)據(jù)（如存儲器位狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊、定時器和計數(shù)器）通過內(nèi)部的超級電容進行保護,大約 5 天?？梢员４嬗脩舫绦?免維護)。電池模塊插入存儲器子模塊插槽中。

  CPU 224 XP

  種類	電源電壓	輸入電壓	輸出電壓	輸出電流
  直流輸出	24 V DC	24 V DC	24 V DC	0.75 A, 晶體管
  繼電器輸出	85 至 264 VAC	24 V DC	24 V DC, 24 至 230 V AC	2 A,繼電器

   

  CPU 224 XPsi

  種類	電源電壓	輸入電壓	輸出電壓	輸出電流
  直流輸出，漏電流	24 V DC	24 V DC	24 V DC, 漏電流	0.75 A, 晶體管

   
  • 廣泛的指令集:
    有大量的
    • 基本操作,如二進制邏輯運算、結(jié)果賦值、存儲、計數(shù)、產(chǎn)生時間、裝載、傳輸、比較、移位、循環(huán)移位、產(chǎn)生補碼、調(diào)用子程序（帶局部變量）
    • 集成通訊指令（如 S7-200 通訊（讀網(wǎng)絡(luò)（NETR），寫網(wǎng)絡(luò)（NETW）或自由口（發(fā)送XMT，接收RCV）
    • 用戶友好的功能,如脈沖持續(xù)時間調(diào)制、脈沖序列功能、算功能、浮點算法、PID 閉環(huán)控制、跳轉(zhuǎn)功能、循環(huán)功能和代碼轉(zhuǎn)換都使編程任務(wù)得以簡化。
  • 計數(shù):
    用戶友好的計數(shù)功能配以集成的計數(shù)器和高速計數(shù)器指令給用戶開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域
  • 中斷處理:
    • 邊沿觸發(fā)中斷（由過程信號的上升沿或下降沿觸發(fā)）允許對過程中斷作出極快的響應(yīng)。
    • 時間控制型中斷可以以 1 ms 為增量設(shè)置范圍從 1 ms 至 255 ms。
    • 當達到設(shè)定值或計數(shù)器方向改變時，可觸發(fā)計數(shù)器中斷。
    • 通訊中斷使得能迅速方便地與周圍的設(shè)備如打印機或條碼閱讀器交換信息
  • 輸入/輸出的直接詢問和驅(qū)動:
    也可以對輸入和輸出進行掃描以及獨立于循環(huán)周期而直接進行設(shè)置?？刂破髂苎杆俚貙^程事件作出響應(yīng)（例如，當發(fā)生中斷時，直接復(fù)位輸出）。
  • 口令保護:
    3 級口令保護的概念有效地保證了用戶專有技術(shù)的安全。對于訪問用戶程序，有以下幾種保護方案:
    • *訪問:程序可以隨便改動。
    • 只讀：未經(jīng)授權(quán)不能修改程序?？梢赃M行測試、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和拷貝程序。
    • *保護：未經(jīng)授權(quán)不能修改、讀出和復(fù)制程序?？蛇M行參數(shù)設(shè)置。
  • 測試和診斷功能：
    用戶友好的功能支持測試和診斷：使用可定義的循環(huán)次數(shù)執(zhí)行和分析整個程序。最多大 124 個循環(huán)內(nèi)的內(nèi)部參數(shù)，如位存儲器、定時器或計數(shù)器同時記錄下來。
  • 測試和診斷運行過程中對輸入和輸出進行“強制”：
    可不在循環(huán)周期內(nèi)獨立設(shè)置輸入和輸出，例如可以檢測用戶程序。
  • 在線運行編輯：
    在運行模式下，可以編輯程序，并通過點擊鼠標將修改的程序裝入CPU中，而不需要中斷當前程序的執(zhí)行。
  • 提供諸如其它SIN、COS、TAN、LN、EXP算術(shù)模塊
  • 數(shù)據(jù)紀錄：
    時間控制或事件控制的數(shù)據(jù)記錄保存在EEPROM存儲子模板中，例如性能數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、故障報文，可選擇地加入時間標簽?？梢允褂?STEP 7-Micro/WIN 中的 S7 Explorer 隨時傳送紀錄文件。
  • 配方管理:
    在 STEP 7-Micro/WIN 項目中定義并下載配方。為了更好地使用存儲器，配方存儲在 EEPROM 存儲器子模塊中?？梢栽诰€修改和更新配方。
  編程

  STEP 7-Micro/WIN32 V4 可以對所有 S7-200 CPU 進行編程.

• 

•