西门子模块6AV2124-0GC01-0AX0

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PCL 人机界面 编程设备 通信联网

    在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。

一、PLC的发展历程

    在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。

　　个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

　　PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，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设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

　　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

　　PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

二、PLC的构成

　　从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

三、CPU的构成

　　CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

　　CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC的组成单元。

　　在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

四、I/O模块

　　PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

　　开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：

　　开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

　　模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

　　除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

　　按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

五、电源模块

　　PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

六、底板或机架

　　大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

七、PLC系统的其它设备

　　1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

　　2、人机界面：的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

　　3、输入输出设备：用于性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

八、PLC的通信联网

　　依靠*的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

　　PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

　　PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。

　　对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准

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PROFIBUS DP 接口:

　　带有 PROFIBUS DP 主/从接口的 CPU 314C-2 DP 可以用来建立高速、易用的分布式自动化系统。 对用户来说,分布式I/O单元可作为一个集中式单元来处理(相同的组态、编址和编程).

　　以太网接口；

　　CPU 314C-2 PN/DP 的第 2 个内置接口是一个基于以太网 TCP/IP 的 PROFINET 接口，带有双端*交换机。

　　它支持下列协议：S7通讯用于在SIMATIC控制器间进行数据交换；

　　用于通过 STEP 7 编程、调试和诊断的编程器/OP通讯

　　与HMI和SCADA连接的PG/OP通讯;

　　通过 PROFINET 进行的开放式 TCP/IP、UDP 和 ISO-on-TCP (RFC1006) 通讯

　　SIMATIC NET OPC-Server用于与其它控制器以及CPU自带的I/O设备进行通讯

　　内置输入/输出;

　　24路数字量输入(所有输入都可用作中断处理)和16路数字量输出，以及5个模拟量输入和2个模拟量输出，使得CPU 314C-2 DP是一款的控制器。

　　功能

　　口令保护;

　　用户程序使用密码保护，可防止非法访问。

　　块加密

　　相关功能 (FC) 和 功能块 (FB) 可以加密的方式存储于 CPU 以保护专门知识应用。

　　诊断缓冲;

　　500个故障和中断事件保存在该缓冲区中，供诊断使用。 其中，保留 100 个条目

　　免维护的数据后备;

　　如果发生断电，则可通过 CPU 将所有数据(最多达 64 KB)自动写入到 SIMATIC 微型存储卡（MMC 卡）上，且将在再次通电时保持不变。

采用 HARDNET-PB DP 访问过程数据

HARDNET-PB DP 兼容于采用 DP-Lib 接口创建的老应用程序。

DP-Base 和 HARDNET-PB DP 软件的并行运行是不允许的。

与 PC SIMATIC Microbox 连接的 PROFIBUS DP

编程器/OP通信软件

该软件保证 SIMATIC S5/S7（SIMATIC S5-95U 除外）控制器通过与 STEP5/STEP7 连接的 PROFIBUS 编程。安装 CP 5603（DP-Base）后可以进行基于 CP 5603 的编程器/OP 通讯。 无需另外的软件包。

开放式通讯（发送/接收，基于 FDL 接口）

安装好 CP 5603（DP-Base）之后就可以进行发送/接收（FDL 接口），可提供数据传输、诊断和管理服务。无需另外的软件包。

用于实现 S7 通信的软件（HARDNET-PB S7）

SIMATIC S7系统部件经过S7通讯相互进行通讯。 S7 编程接口使 PG/PC 应用程序得以存取 SIMATIC S7 系统的部件的入口。 存取SIMATIC S7数据既方便又灵活。

S7通讯提供下列服务：

管理服

• 连接管理

• 小型数据库

• 跟踪

数据传输服务

• 读/写变量

• 发送/接收（每个任务zui大64K字节）

用于 PROFIBUS-FMS 接口软件（FMS-5613）

通过 FMS 编程接口，具有 FMS 控制器的 PG/PC 机（例如 S5/S7）可以和其它制造商的现场设备交换数据。 采用FMS协议，保证开放式通讯。

FMS 接口提供下述服务：

• 管理服务

• CRL 管理服务

• FMS 连接管理服务

• 客户和服务器用的对象词典的管理服务

• 用于客户和服务器的变量服务（读、写、信息报告）

• 服务器的功能度

• VFD（虚拟现场设备）用于客户和服务器服务

• 总线存取信息服务（实时报表）

• 跟踪和小型数据库。通过 PROFIBUS 将 SIMATIC 连接至 S7 模块化嵌入式控制器

用户接口

OPC 接口

各自的软件包中包含 OPC 服务器，可以用作 PROFIBUS DP、开放式通讯、S7 通讯和 PROFIBUS FMS 协议的标准编程接口，从而将自动化技术应用程序连接到 OPC Windows 应用程序（Office、HMI 系统等）。

通过C语言库的编程接口

现有应用程序的编程接口以动态链接库（DLL）的形式提供。 您可在 SIMATIC NET CD 产品的 Readme 文件中找到已发布的编译器

至于 Borland 编程接口（例如 DELPHI）， 可用 AIXO 对方的方案。

关于其它操作系统的解决方案见开发工具包 HARDNET-PB DP。

组态

• 西门子CP通讯网卡采用 STEP7 或 NCMPC，可以对 S7 通信、开放通信和 DP-V0/DP-V1/DP-V2 协议进行组态。

• 该 PROFIBUS 软件包的供货范围包含一个组态工具。

故障诊断

用于模块自身和 PROFIBUS DP 网络方面的扩展诊断工具（用于安装，调试和运行）。 这些工具可用于有 CP5603 的 PROFIBUS 网络的快速、方便的调试