可编程控制器原理与应用第7章课件

1、 了解西门子、欧姆龙、GE公司、施耐德等其他品牌的PLC的分类及特点。 教学目的和要求 西门子S7-200系列 、S7-300系列 和S7-400系列PLC的分类及特点； 欧姆龙可编程控制器的分类及特点； 施耐德可编程控制器 的分类及特点； GE Fanuc三种PLC的相关特性。教学内容摘要 西门子、欧姆龙、GE公司、施耐德等其他品牌的PLC的特点及应用范围。 教学重点、难点教学方法和使用教具讲授、现场教学、课件6学时教学时数7.1 西门子系列PLC 西门子公司的PLC在中国的产品，根据规模和性能的大小，主要分为S7-200系列 、S7-300系列 和S7-400系列PLC。下面分别作以介绍：

2、 7.1.1 S7-200 系列PLC S7-200系列小型PLC是一种叠装式结构的小型PLC。它具有指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展以及性能价格比高的特点，可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7-200系列PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。S7-200系列PLC由个人计算机（或编程器）、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆等组成，如图7-1所示。 图7-1 S7-200系列PLC系统的组成 S7-200系列PLC主机的型号规格种类较多，可以适应不同需求的控制场合。扩展模块EM可以分为数字量输入模块DI、数

3、字量输出DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO。 还有一个比较特殊的模块通信处理器CP。 7.1.2 S7-300 系列PLC S7-300 系列PLC是针对中小系统，采用模块化结构设计。它的模块可以扩展多达32个，且可以灵活组合。背板总线也在模块内集成，S7-300系列PLC的网络连接已比较成熟和流行，有MPI（多点接口）、Profibus和工业以太网，使通信和编程变的简单和多选性，并可以借助于HWConfig工具可以进行组态和设置参数。 如图7-2所示为 S7-300系列PLC系统的基本组成。它包括一个负载电源模块1，一个 S7-300 CPU模块2，一个信号模块3和一台PC机或编程

4、器PG。 图7-2 S7-300系列PLC系统的基本组成7.1.3 S7-400系列 PLC S7-400系列PLC是西门子S7系列中的中高档机型，与S7-300系列PLC相比，在规模和性能上更强大。它的启动类型有冷启动CRST和热启动WRST。它还有一个外部的电池电源接口，当在线更换电池时可以向RAM提供后备电源。S7-400系列 PLC的外形如图7-3所示。图7-3 S7-400系列PLC的外形7.2 S7-200系列PLC的编程系统7.2.1 编程语言 S7-200系列PLC有两种指令集：IEC 11313指令集和SIMATIC 指令集。 （1）IEC 11313指令集。IEC 1131

5、3指令集是国际电工委员会IEC制定的PLC国际标准11313 Programming Language 中推荐的标准语言。指令集支持系统完全数据类型检查。使用IEC 11313指令集，只能用梯形图LAD和功能块图FBD编程语言编程。通常IEC 11313指令集的指令执行时间较长。 （2）SIMATIC 指令集。SIMATIC 指令集是西门子公司为S7-200系列PLC设计的编程语言。SIMATIC指令集中，大多数指令也符合IEC 11313标准。SIMATIC 指令集不支持系统完全数据类型检查。使用SIMATIC 指令集，可以使用梯形图LAD、功能块图FBD和语句表STL编程语言编程。本节主要

6、介绍SIMATIC 指令集。 梯形图LAD和功能块图FBD是一种图形语言。语句表STL是一种类似于汇编语言的文本型语言。通常梯形图LAD、功能块图FBD、语句表STL三者可以实现有条件的转换。但是，语句表STL可以编写梯形图LAD或功能块图FBD无法实现的程序。 7.2.2 基本数据类型、长度及数值范围 S7-200系列PLC的指令参数所用的基本数据类型有1位布尔型BOOL、8位字节型BYTE、16位无符号整数WORD、16位有符号整数INT、32位无符号双字整数DWORD、32位有符号双字整数DINT和32位实数型REAL。不同的数据类型具有不同的数据长度和数值范围，见表7-3。表7-3 S

7、7-200系列PLC的数据长度与数值范围7.2.3 用户程序的基本结构 一个程序块由可执行代码和注释组成。可执行代码由主程序、若干子程序和中断服务程序组成。可执行代码被编译并下载到S7-200系列PLC中，而程序注释不会被下载。如图7-5所示为一个程序的基本组件，该程序包括一个子程序和一个中断服务程序。子程序使用一个定时中断，每100 ms读一次模拟量的输入值。图7-5 一个程序的基本组件 用户程序可分为三个程序分区：主程序、子程序（可选）和中断服务程序（可选）。 （1）主程序。主程序是用户程序的主体，CPU在每个扫描周期都要执行一次主程序指令。 （2）子程序。子程序是应用程序中的可选组件。只

8、有被主程序、中断服务程序或者其它子程序调用时，子程序才会执行。调用子程序具有减小程序的长度，缩短程序扫描周期和程序代码可传递等优点。 （3）中断服务程序。中断服务程序也是应用程序中的可选组件。当特定的中断事件发生时，中断服务程序执行。中断服务程序不会被主程序调用。只有当中断服务程序与一个中断事件相关联，且在该中断事件发生时，S7-200系列PLC才会执行中断服务程序。7.3 欧姆龙系列PLC 欧姆龙公司是日本生产PLC主要厂家之一，其PLC产品广泛应用于机械、冶金、食品、包装工业等。欧姆龙公司的PLC产品具有以下特点： （1）指令系统功能强大，处理复杂控制的功能强。 （2）梯形图和语句表并重，

9、编程简单，易掌握。 （3）特殊功能模块和智能模块品种多，使用方便。 （4）网络配置简单、实用、价格低。 （5）具有明显的价格优势及良好的售后服务系统。 7.3.1 超小型PLC 超小型PLC也可称为紧凑型PLC，它们均为整体式结构，体积小，价格便宜。早期欧姆龙公司生产的超小型PLC主要是C系列P型机，I/O点数分别对应为20点、28点、40点和60点。这四种P型机可带有对应的扩展单元，最多I/O点数可扩展到120点。近期广泛使用的超小型PLC主要是CPM1A系列PLC，具有I/O总点数分别为10点、20点、30点和40点四种的CPU，可带的扩展单元可达到20点，最多可扩展到100点。CPM1A

10、系列PLC的外形如图7-6所示。图7-6 COM1A系列PLC的外形7.3.2 小型PLC 欧姆龙公司生产的小型PLC主要为CQM1系列。该系列PLC为模块式结构，因此，也可称为模块式PLC。这种PLC最多可插11个模块，I/O点数可达192点，内置标准串行通信RS232接口，可方便地与上位计算机及其他PLC连接。此外，该系列PLC还具有不同功能的6种型号的CPU模块可供选择，有各种I/O模块可按控制需要自由组合。 CQM1H系列PLC是欧姆龙公司新近推出的小型PLC，是CQM1系列的升级产品。该系列PLC也为模块式结构，最多可插11个模块，I/O点数可达512点，有4种型号的CPU模块。其性

11、能比CQM1系列PLC更强，而且其I/O模块均与CQM1系列PLC的I/O模块兼容，在实际中的应用范围比CQM1系列PLC更广。CQM1H系列PLC的外形如图7-7所示。图7-7 CQM1H系列PLC的外形7.3.3 中型PLC 欧姆龙中型PLC常用的是C200H（C200HX、C200HG和C200HE）系列，为模块式结构，也可称为机架式PLC，如图7-8所示。该系列PLC有11种型号的CPU模块、配置齐全的I/O模块、高功能模块及品种齐全的通信模块，可扩展23个机架，机架有各种尺寸，从3槽到10槽宽度，每个机架最多可插10个模块。根据CPU的类型，最多有3个扩展机架可以连接到CPU机架上，

12、最大可以扩展到40个I/O单元，可使用远程I/O单元。每个系统的扩展电缆长度最长可到12 m。其I/O点数可达6401184点。该系列PLC指令系统丰富，具有较强的通信和网络功能。图7-8 C200H系列PLC的外形7.3.4 大型PLC 欧姆龙公司新近推出的大型PLC主要为CV/CVM1系列，为模块式结构，I/O点数可达2 048点，使用远程I/O单元时可达5 120点。该系列PLC功能齐全、容量大、速度快，可采用结构化编程，易读、易调试，而且有各种网络协议，具有更强大的通信功能，可实现高速通信，能灵活地适应那些多品种、不同产量的柔性制造系统。7.4 施耐德可编程控制器 施耐德电气是法国的工

13、业先锋之一，它以其驰名全球的三大主要品牌，为全世界的客户提供完善的解决方案，全系列的产品和元器件以及周到的服务。在PLC领域内，目前施耐德的PLC产品仅支持Quantum、Premium和M340三个中高端系列。下面简要介绍施耐德PLC常见的系列及其主要性能特点。 （1）NEZA系列 PLC（TSX08系列）。NEZA系列是一种丰富功能的小型PLC，性能价格比高，体积小，通用性强。新一代的手持式编程器中文掌上电脑PL707WinCE,支持中文界面，无论是编程、监控、调试还是现场操作，都十分方便。客户化功能块把您的算法直接放入功能块,以便把它作为一个标准指令来使用。I/O点数可从20点扩展到80

14、点。 （2）Premium系列PLC（TSX 57系列）。中型机架，CPU功能强，速度快，内存大。 丰富的联网通讯功能。紧凑灵活的开关量和多种模拟量模块。特种模块:高速计数模块，轴控制模块，步进控制模块，通信模块及称重模块。编程环境与Micro系列PLC相同。 （3）Quantum系列PLC（140系列）。组态方便，维护简单。 结构和模块的灵活选择。 通过在世界范围内的上万的装机量，已被无数种应用证明满足各种应用需求。性能出色的处理器,先进的IEC方式编程，支持各种网络。 （4）Micro系列PLC（TSX37系列）。紧凑型机架，体积小，功能强，配置灵活，价格低。适合中国市场特点强大的CPU功

15、能。速度快，内存大，集成LED显示窗，并可多任务运行。 紧凑的I/O模块结构，开关量I/O容量大（可达248点）。模拟量I/O点数多(可达41点)，功能强(有40KHz的高速计数模块和集成的10 KHz硬件计数和500 Hz软件计数等)。多种人机界面和丰富的联网功能，如: Modbus、Modbusplus（MB+）、TCP/IP、Ethernet、Unitelway、Fipway等提供梯级图，指令流，顺控功能图三种组态语言。提供8种CPU卡件，可灵活实现本地控制与远程监视的完美结合。提供开放的通讯连接，通讯适配器支持：Modbus Plus、Interbus、Profibus-DP、FIPI

16、O、ControlNet、DeviceNet、AS-I、TCP/IP以太网等。提供多种符合工业现场信号规格的I/O模块，包括：开关量I/O模块、模拟量I/O模块、混合I/O模块等。独到的TCP/IP以太网模块和先进的CPU技术提供高速的以太网I/O扫描器，确保工业实时性的要求，经济、可靠、灵活、方便地实现现场控制站的功能。灵活的分布式现场总线产品，可连接于任何Modicon。 （5）Modicon TSX Compact系列PLC。 Modicon TSX Compact系列PLC是一种结构小巧、功能强大的PLC，改进后其存储器、处理速度、I/O、环境指标、编程软件等方面性能进一步提高。从而使

17、其成为众多控制和RTU应用的更完善，更灵活的解决方案。7.5 GE系列PLC 本节介绍GE Fanuc三种PLC的相关特性，在实际控制中可根据需要进行选择。 7.5.1 90-30系列PLC 90-30系列PLC成本低，性能高，能方便地取代从简便的继电器到复杂的中型自动化应用系统的场合，该系列产品的外形如图7-9所示。90-30系列PLC的CPU具有强大的功能，如内装PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。另外90-30系列PLC有功能很强的特殊模块可供选择，包括轴定位模块、高速计数器模块、BASIC和C语言协处理器模块以及Genius通讯模块。 图7-9 90

18、-30系列PLC的外形7.5.2 90-70系列PLC 制造过程越复杂，对强大高级的控制器要求就更高。90-70系列PLC专门为迎接这些挑战而设计。它所具有的高性能控制器可以处理大量I/O设备的控制需求，其庞大的用户程序处理内存可以满足复杂生产的需要。 90-70系列CPU基于Intel的处理器，能够提高生产技术性能。该系列PLC的电源模块安装方便，并且通过电缆最多能为两个机架供电。机架适用于CPU、本地I/O和远程I/O。 90-70系列PLC可提供一系列能支持不同的电压范围和类型、最大允许电流、隔离与响应时间的模块，来满足用户应用的需要。比较典型的是高密度的64通道模拟量I/O模块，它提供了易于使用的模拟量I/O模块来用于实现过程控制，具体可控制流量、温度和压力等物理量。7.5.3 VersaMax系列 PLC PLC必须兼备强大的功能和可靠性，某些操作要求为控制器添加更灵活和