西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8详细资料

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长期以来，PLC始终活跃于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因在于，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化应用的需求。

    随着PC及因特网时代的到来，工业PC或PC-based控制器由于可以完全融入到网络时代的信息系统中，具有网络系统的基本特性，即具有高性能、低价格、系统开放、丰富的人才基础等优势，因此PC-based控制器一经出现就具有很强的生命力，发展极为迅猛。有观点说，PC-BASED控制器将取代传统PLC，当然首先必须解决可靠性及编程问题。近几年来，这些问题已基本得到解决，PC-based控制器从外观到可靠性也都开始可以与PLC相近。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用，为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。

    那么，PC-based一定会取代PLC吗？二者应用于包装生产线时，它们各自发挥着何种不同的作用？让我们听听来自三位专家的看法。

    贝加莱工业自动化公司行业销售经理  董继鑫

    在自动控制领域，PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术，两者的技术起源和发展有较大的差异。

    PLC（Programmable Logic Controller）产生于上世纪70年代初。早的PLC是以替换继电器系统的角色出现，其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现，就以其高可靠性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力，成为自动控制领域的“明星”。

    PC-based是一种基于PC技术的控制系统。早的PC-based控制系统是以工控机为核心，通过扩展带PCI接口的专用板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。

    从以上的阐述可知，PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强；具有很高的可靠性，其平均无故障率时间间隔（MTBF）可达50万、甚至100万个小时；具有简单直观的编程模式（如梯形图）；具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力；具有开放标准的系统平台和PCI接口；精美且低成本的显示技术；丰富的组网能力。但系统的可靠性略差，如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外，PC-based虽然具有很强的CPU，但其多任务操作系统是非实时的，所以程序的循环周期反而没有高性能的PLC快。

    这些差异决定了PLC和PC-based两者在包装机械上发挥不同的作用。PLC通常处于设备底层，为设备提供可靠的、实时的控制，包括IO和Motion方面的控制。而PC-based通常处于设备的操作层，用于数据的采集、存储和人机界面显示等。就目前国内的包装机械的发展水平来说，与国际领导厂商相比还存在较大差距，拥有高度自动化和大型化的成套包装机械设计、生产能力的厂商不多。控制简单、自动化程度较低的单机设备占主流，所以基本都采用PLC作为控制器。

    随着中国包装技术的飞速发展，未来包装设备的控制器应该能够融合PLC和PC-base两者的技术优势。事实上现代控制技术发展的确呈现出这种趋势，如贝加莱公司的B&R 2005系列PCC控制器就是这种发展趋势的杰出代表。这种融合了PLC和PC-based的控制器，其技术优势是非常明显的，势必成为未来包装机械自动化的主流控制器。

    北京和利时系统工程股份有限公司事业部总经理 徐昌荣

    尽管PLC和PC-based均可用于包装设备自动化，但二者的侧重点有所不同。PLC更适合于设备控制，而PC-based更多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言，PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、可靠性高等优点，但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然，随着计算机技术和控制技术的不断发展，PLC和PC-based都在吸收对方的优点，以适应更多的应用现场。就我所了解的情况而言，PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。

    凭借十几年工业控制产品的开发经验和雄厚的技术积累，和利时公司研制出新一代小型一体化PLC产品HOLLiAS-LEC G3。该产品已在各类包装设备中成功应用，应用案例包括DXD自动包装机、挂面包装机等。应用G3 PLC控制的DXD全自动包装机集送料、制袋、填充、封切等包装工序于一体，具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能，计量jingque，符合行业标准，具有性能稳定、操作方便、运行效率高等优点。

    随着包装设备自动化需求的不断增多，越来越多的包装设备厂商考虑在其设备中配备先进的自动化产品，以提高产品的技术含量，提升市场竞争力。个人认为，在通用设备中，用户更倾向于采用PLC加HMI的方式对包装设备进行控制。在部分具有特殊需求的设备中，一部分用户也可能会采用PC-based作为自动化解决方案，或者用PLC加PC-based的解决方案。就产品的可靠性、稳定性、灵活性、性价比等方面考虑，PLC在包装设备自动化领域比PC-based具有更广阔的应用前景。

    西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团OEM 管理部灌装与包装行业业务发展经理 张春林

    PLC又叫做可编程控制器。从传统意义上讲，它主要应用在逻辑控制，顺序控制及时序控制等相对比较简单的工业控制场合。它具有体积小，编程简单实用，安装方便灵活等优点。缺点是处理速度慢、扩展不够灵活，各个厂商的编程语言不同等。

    随着PC-BASED的工业计算机（简称工业PC，与普通的计算机相比，它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点）的发展，以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC，可完全融入到网络时代的信息系统中，具有高性能、低价格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势。

    对于一般的包装设备，如袋成型/填充/封口机、饮料灌装机等等，主要用到的是逻辑，顺序及时序等控制。西门子公司的S7-200和S7-300系列PLC广泛地应用于这一类包装机。

    如某个场合不仅要有逻辑、顺序及时序等控制，还要有强大的计算、数据处理和过程控制，PLC则很难胜任。如一条可生产上百种产品的食品加工和包装生产线，需要大量的配方存贮与调用。普通的PLC受内存的影响，很难完成此任务。在类似这种场合，SIEMENS基于PC的工业自动化控制系统WinAC是非常合适的产品。通过适当的二次开发，还可实现设备运行状态动态显示；电气参数、工艺参数、实时显示；实时曲线显示、历史曲线显示、大型动态标准数据库，提供年报表、月报表、日报表和随机打印报表的功能。

    当前基于PLC的控制系统仍占主导地位，这和包装机械的整体水平有关。目前国内包装机械的状况是单机的自动化应用多，整条包装线联网的少，全厂或全公司联网控制的更少。随着经济的发展，MES和ERP的普及，PC-BASED控制系统会越来越多地被采用。

    PLC目前较多地应用于工业控制，因为它有较高的稳定性和可靠性。兼有PLC和PC的优势，在网络化和信息时代，它更符合时代的潮流。这样看来，在工业控制和信息管理要求日益提高的情况下，PLC确实将逐渐失去部分市场；但我们还应看到，PLC生产商早已经开始利用IT业的一些新的软硬件成果不断完善和扩充PLC的功能。PLC上现场总线、通讯和网络接口的出现，使得一个个PLC不再是孤立的。PLC将继续向开放式控制系统方向发展，使现代意义上的PLC具有新的内涵。实际应用中常常是PLC和IPC结合在一起，PLC在下位，IPC在上位。从技术上看，PLC在逐渐采用一些IT技术，IPC也在向PLC的某些特性靠拢。PLC和PC-BASED控制系统将呈现融合和竞争并存的状况

随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。

    1 机型的选择

    PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择可靠、维护使用方便以及性能价格比的优化机型。

    在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则好选用模块式结构的PLC。

    对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。

    而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或机。其中机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，表1列出了PLC的几种功能选择。

表1 PLC的功能及应用场合
 

    对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。

    2 输入/输出的选择

    PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。

    通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

    2.1 确定I/O点数

    根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。

    表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。

表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数
 

    2.2 开关量输入／输出

    通过标准的输入／输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开／关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入／输出信号为24～240V，直流输入／输出信号为5～240V。

    尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。

    在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。

    2.3 模拟量输入／输出

    模拟量输入／输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为－10～＋10V、0～＋10V、4～20mA或10～50mA。

    一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。

2.4 特殊功能输人／输出

    在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定如定位、快速输入、频率等　。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从耗时的任务处理中解脱出来。

    2.5 智能式输入／输出

    当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入／输出模块。一般智能式输入／输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。

    智能式输入／输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作编码输人）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII／BASIC处理器、RS—232C／422接口模块等。表3归纳了选择I/O模块的一般规则。

表3 选择 PLC 的 I/O 接口模块的一般规则
 

    3 PLC存储器类型及容量选择

    PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的大存储能力低于6kB，中型机的大存储能力可达64kB，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

    PLC的存储器容量选择和计算的种方法是：根据编程使用的节点数jingque计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，获取存储容量的佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。

表4 控制目的估算存储器容量的方法
 

    4 软件选择

    在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件任务的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。

    5 支撑技术条件的考虑

    选用PLC时，有无支撑技术条件同样是重要的选择依据。支撑技术条件包括下列内容：

    (1) 编程手段

• 便携式简易编程器主要用于小型PLC，其控制规模小，程序简单，可用简易编程器；

• CRT编程器适用于大中型PLC，除可用于编制和输入程序外，还可编辑和打印程序文本；

• 由于IBM-PC已得到普及推广，IBM-PC及其兼容机编程软件包是PLC很好的编程工具。目前，PLC厂商都在致力于开发适用自己机型的IBM-PC及其兼容机编程软件包，并获得了成功。

    (2) 进行程序文本处理

• 简单程序文本处理以及图、参量状态和位置的处理，包括打印梯形逻辑；

• 程序标注，包括触点和线圈的赋值名、网络注释等，这对用户或软件工程师阅读和调试程序非常有用；

• 图形和文本的处理。

    (3) 程序储存方式

    对于技术资料档案和备用资料来说，程序的储存方法有磁带、软磁盘或EEPROM存储程序盒等方式，具体选用哪种储存方式，取决于所选机型的技术条件。

    (4) 通信软件包

    对于网络控制结构或需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用PLC的主要依据。通信软件包往往和通信硬件一起使用，如调制解调器等。

    6 PLC的环境适应性

    由于PLC通常直接用于工业控制，生产厂都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。

    一般PLC及其外部电路（包括I/O模块、辅助电源等）都能在表5所列的环境条件下可靠工作。

表5 PLC的工作环境
 

    7 结束语

    随着科技的不断进步，PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的控制系统。

一、引言：

    在许多电子设备、数控设备及各种自动化专机设备的控制系统，随着控制精度、速度的要求越来越高，控制的动作越来越多，控制系统就必然用到伺服控制系统。又由于PLC本身数据处理、脉冲输出频率、脉冲输出通道数的限制，许多系统就必须选择基于PC的运动控制卡。但是运动控制卡本身集成的IO不多，特别是系统比较复杂时，必须采用扩展IO的方式满足要求。现就对国产海为（Haiwell） PLC在这一方面的系统应用作一介绍。

二、解决方案：

如上图所示，系统主要有可编程控制器、运动控制器、计算机等组成。

工作原理：利用Haiwell PLC的易用的通信功能：标准配置2个通信口，1个RS232通信口，1个RS485通信口。用Haiwell PLC的RS232口与运动控制器的RS232口通信，Haiwell PLC作为通信主站，运动控制器作为通信从站，便捷经济的实现运动控制器的IO扩展。

系统优点：

    1、利用Haiwell PLC的ModBus专用指令MODR、MODW实现与运动控制器的运行控制与状态读取。所有Haiwell PLC的通信功能均可用一条指令实现，无需对特殊位、特殊寄存器编程，也无需管理多条通信指令的通信时序，同一个条件下可同时写多条通信指令。

    2、Haiwell PLC标准配置1个RS232口和1个RS485口，且任何一个通信口均可作为主站也可作为从站。任何一个通信口均可作为编程端口，也可作为与第3方设备通信的端口。在本应用中，用RS232口与运动控制器通信。

    3、利用通信实现运动控制器的IO扩展功能，节省了购买昂贵的运动控制器扩展IO模块的费用，大大方便系统的接线与安装，更重要的是大大节约系统成本，提高设备的竞争力。

主要硬件配置：

    1、可编程控制器：HW-S32ZS220R           1台

    2、运动控制器：Trio运动控制器                  1台

    3、计算机                                                1台

三、程序设计亮点：

    1、利用MODR、MODW与运动控制器通信，可一次性读取或写入多达32个数据，程序设计编写简单方便；

    2、多条通信指令间无需管理通信时序，通信快速、效率高。

四、总结：

    利用海为可编程控制器（Haiwell PLC）便利的通信功能，轻易、经济的实现运动控制器IO点数的扩展，可广泛应用于各种运动控制系统场合，大大节约系统成本，提高设备竞争力。