S7-1200 PLC紧凑型控制器定位在原有的SIMATIC S7-200 PLC和S7-300 PLC产品之间。它与S7-200 PLC和S7-300 PLC的区别和差异主要体现在硬件、通信、工程、存储器、功能块、计数器、定时器及工艺功能等方面。
在硬件扩展方面,S7-200 PLC多支持7个扩展模块,S7-300 PLC主机架多支持8个扩展模块,且扩展模块全部在CPU的右侧(若水平放置),而S7-1200 PLC支持扩展多8个信号模块和多3个通信模块,在CPU本机输入/输出点及其信号面板方面,以CPU 224XP、CPU 313C和CPU 1214C为例来说明,S7-1200 PLC支持通过信号面板来根据需要增加I/O点,而S7-200 PLC和S7-300 PLC则是固定的。
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在硬件组态方面,S7-200 PLC的地址自动分配,不能改变;而S7-1200 PLC和S7-300 PLC的地址可以由用户手动重新分配。
在通信方面,S7-200 PLC、S7-300 PLC和S7-1200 PLC都支持通过RS232和RS485实现点对点通信,支持ASCII、USS和Modbus等通信协议。S7-200 PLC需要RS232转换器实现RS232的串口通信,S7-300 PLC需要选用带PtP接口的CPU或者CP模块实现RS232的串口通信,而S7-1200 PLC通过RS232通信模块即可实现。S7-1200 PLC本机集成了PROFINET以太网接口,支持与编程设备、HMI和其他CPU的通信。
S7-1200 PLC的编程软件STEP 7 Basic提供了一个易用、集成的工程框架,可以用于S7-1200 PLC、精简HMI面板和伺服系统的组态。
在存储器方面,S7-200 PLC的程序存储器和数据存储器的大小是固定不变的,而S7-1200 PLC和S7-300 PLC的则是浮动的。
在装载存储区方面,S7-1200的CPU符号表和注释可以在线获得,即S7-1200的CPU符号表和注释可以保存在CPU中,而S7-200和S7-300的CPU皆不支持此功能。
S7-1200 PLC中利用“符号化存取”,可以优化分配数据块所占的存储区;而在S7-300 PLC中,由于是混合声明数据块中的数据类型,这使得存储区的分配使用非常杂乱
在保持存储区方面,S7-200 PLC仅有数据区可以设置为保持性的,S7-300 PLC是以字节为单位进行保持性设置的,而S7-1200 PLC多可以设置2048B的保持区,可以对数据块中的离散变量设置保持性。
在存储卡大小上,S7-1200 PLC的存储卡大可到24MB。对于S7-200 PLC和S7-1200 PLC,存储卡都是可选的,可以存放的内容是相同的。而S7-300 PLC的存储卡是必需的,且S7-300 PLC的存储卡无法存放配方和数据记录等。此外,S7-1200 PLC的存储卡还将用来实现存储区扩展、程序分配及固件升级等功能。
在块的类型方面,S7-200 PLC有主程序、子程序、中断子程序及数据区V区等,而S7-1200 PLC和S7-300 PLC类似,有OB、FB、FC及数据块DB等。
在程序结构方面,S7-200 PLC调用子程序,大嵌套深度为8,所有程序块共用一个通用数据块;而S7-1200 PLC像S7-300 PLC一样具有FC、FB和OB等,高度模块化,且可以重复利用,大嵌套深度为16。S7-200 PLC中将事件分配给中断,中断事件触发相应的子程序;而S7-1200 PLC和S7-300 PLC类似,都是通过组织块分配事件。
S7-1200 PLC的新数据类型使应用更加灵活。例如用于日期和时间时,S7-200 PLC需要读取相应的V区数据,S7-300 PLC通过调用SFC读取日期时间数据,而S7-1200 PLC可以通过符号名访问DTL结构的所有组成部分。
在计数器指令方面,S7-200 PLC、S7-300 PLC和S7-1200 PLC也有不同。S7-200 PLC的计数器当计数值大于或等于设定值时,计数器状态位置位;S7-300 PLC的计数器当计数值大于0时,计数器输出置位;而S7-1200 PLC的计数器当计数值大于或等于设定值时,输出置位。S7-200 PLC计数器的计数范围是0~32767,S7-300 PLC的S5计数器的计数范围是0~999,S7-1200 PLC的计数范围可以调整。
在定时器指令方面,S7-200 PLC和S7-1200 PLC也有差异。S7-200 PLC的定时器当计时值大于或等于设定值时,定时器状态位置位;S7-300 PLC的定时器当计时值大于设定值时,定时器输出置位;而S7-1200 PLC的定时器当计时值大于或等于设定值时,输出置位;而且S7-1200 PLC的定时时间可以像S7-300 PLC的一样直接输入,不需要像S7-200 PLC那样使用定时时基1/10/100ms进行换算。
在工艺功能方面,S7-200 PLC一般是通过向导来实现的,而S7-1200 PLC则是通过调用相应的块来实现的。
S7-1200的CPU有一个内部电源,为CPU、信号模块、信号扩展板及通信模块提供电源,并且也可以为用户提供24V电源。
CPU为信号模块、信号扩展板及通信模块提供5V直流电源,不同的CPU能够提供的功率是不同的。在硬件选型时,需要计算所有扩展模块的功率总和,检查该数值是否在CPU提供功率范围之内,如果超出则必须更换容量更大的CPU或减少扩展模块数量。
S7-1200的CPU也可以为信号模块的24V输入点、继电器输出模块或其他设备提供电源(称作传感器电源),如果实际负载超过了此电源的能力,则需要增加一个外部24V电源,此电源不可与CPU提供的24V电源并联。建议将所有24V电源的负端连接到一起。
传感器24V电源与外部24V电源应当供给不同的设备,否则将会产生冲突。
如果S7-1200 PLC系统的一些24V电源输入端互联,此时可用一个公共电路连接多个M端子。例如当设计CPU为24V电源供给、信号模块继电器为24V电源供给及非隔离模拟量输入为24V电源供给的“非隔离”电路时,所有非隔离的M端子必须连接到同一个外部参考点上。
下面通过例子说明电源的计算方法。
某工程项目经统计I/O点数为20个DI,DC 24V输入,10个DO中继电器输出8个,2个DC输出,1路模拟量输入,1路模拟量输出,选用S7-1200 PLC,CPU选型如下。
由于数字量I/O点数较多,且为继电器输出,选用CPU 1214C AC/DC/继电器,订货号为6ES7 214-1BE30-0XB0。由于需要2个DC输出,选用扩展的信号模块SM 1223 8×DC 24V输入/8×DC 24V输出,订货号为6ES7 222-1BF30-0XB0,1路模拟量输入为CPU自带,1路模拟量输出可以选用信号板SB 1232的1路模拟量输出,订货号为6ES7 232-4HA30-0XB0。
可编程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是以微处理器为基础的通用工业控制装置,它综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术,具有功能强大、使用方便、可靠性高、通用且使用灵活和易于扩充等优点,特别适于在恶劣的工业环境中使用,是为了顺应现代制造业生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品要求而出现的,在交通、冶金、化工、制造、建筑、造纸以及食品等行业得到了广泛应用。
1.1 PLC概述
1.1.1 PLC的产生和定义1.PLC的产生
为了尽可能地减少重新设计和安装的工作量,降低成本,缩短周期,美国通用汽车公司在1968年公开招标,要求用新的控制装置取代继电器-接触器控制系统。1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了台PLC(Programmable Logic Controller),即可编程序逻辑控制器,型号为PDP-14,用它取代传统的继电器-接触器控制系统,应用在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上,取得了巨大成功,很快在其他工业领域推广应用。
随着计算机技术、自动控制技术和通信技术的发展,PLC大致经历了4次更新换代,现在已经渗透到工业控制的各个领域。
1987年国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器定义如下:“可编程序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。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,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的外围设备,都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”
1.1.2 PLC的结构组成
PLC由中央处理单元(Central Process Unit,CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信单元、电源以及扩展单元有机组合而成。根据结构形式的不同,PLC可以分为整体式和模块式两类。
整体式PLC又称为单元式或箱体式,体积小、价格低且结构紧凑。一般小型PLC采用整体式,如西门子的S7-200系列PLC。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源模块装在一个箱体内构成主机。还提供许多I/O扩展模块供用户需要时选用,另外还配备多种专用的特殊功能模块,使PLC的功能得到扩展。
模块式PLC又称为组合式PLC,由机架和模块组成,配置灵活。中、大型PLC常采用模块式,如西门子的S7-300和S7-400系列PLC。模块式PLC将组成PLC的多个单元分别做成相应的模块,各模块可以灵活安插在机架上,通过总线相互联系,进行广泛地组合和扩展。1.CPU模块
CPU(Central Process Unit)模块是PLC的核心部分,主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。CPU模块在PLC系统中的作用类似于人的大脑,其主要任务是:接收输入的用户程序和数据,送入存储器存储;采集现场的输入信号,存入相应的数据区;监控和诊断电源、电路的工作状态和用户程序中的语法错误,执行用户程序,从存储器逐条读取用户指令并完成其功能;根据数据处理的结果刷新系统的输出。PLC采用的CPU芯片随机型不同而异,芯片的性能决定了PLC处理信号的能力和速度。
存储器主要用来存储程序和数据,分为系统程序存储器、用户程序存储器和系统RAM存储区。系统程序存储器用来存放系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块与系统调用程序,是由生产厂家编写并固化在ROM内的,用户不能直接更改;用户程序存储器用来存放用户根据控制任务编写的控制程序,可以是RAM、EPROM或E2PROM存储器,其内容可以由用户任意修改或删减;系统RAM存储区包括I/O映像区和系统软设备存储区,如逻辑线圈、定时器、计数器、数据寄存器和累加器等。2.电源模块
电源模块将输入的交流电转换为CPU、存储器和I/O模块等需要的DC 5 V工作电源,是整个PLC的能源供给中心,直接影响到PLC的功能和可靠性。电源模块还向外部提供DC 24 V稳压电源,向传感器和其他模块供电。3.信号模块
信号模块是PLC与工业现场连接的接口,包括输入(Input)模块和输出(Output)模块,简称为I/O模块。其中开关量输入、输出模块分别称为DI模块和DO模块,模拟量输入、输出模块分别称为AI模块和AO模块。输入模块用来接收和采集现场的输入信号,输出模块用来控制输出负载,同时它们还有电平转换和隔离作用,使不同的过程信号电平与PLC内部的信号电平相匹配。
开关量输入模块用来接收从按钮、数字开关、限位开关以及各种继电器等传送来的开关量输入信号,模拟量输入模块用来接收从电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的电压或电流模拟量信号。
开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、显示和报警装置等输出设备,模拟量输出模块用来控制变频器、电动调节阀等执行器。4.通信处理模块
通信处理模块用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信,可以将PLC接入PROFIBUS-DP、ASI和工业以太网,或用于点对点连接等。
.编程器及外围设备
编程设备可以是专用编程器,也可以是配有专用编程软件的通用计算机系统。使用编程器可以进行程序的编制、编辑、调试和监控。使用编程软件可以在计算机上直接生成和编辑用户程序,并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。