西门子S7-200扩展模块EM235CN
浔之漫智控技术（上海）有限公司
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随着工业自动控制的快速发展，用户对工业自动化控制系统的可靠性、复杂性、功能性、友好性、数据处理的快速性以及维护的方便性提出了更高的要求。各类控制系统之间数据交换的实时性和开放性要求越来越高，西门子自动化与驱动集团于1996年提出了“全集成自动化”（Totally Integrated Automation,TIA）的概念，每个生产过程不再是独立的局部过程，而成为整个工厂生产过程中一个不可分割的部分。
全集成自动化就是用单一系统或单一自动化平台完成原来由多系统组成才能完成的所有功能，即共同的软件环境、共同的数据管理、共同的通信，是集统一性与开放性于一体的自动化技术。它具有可扩展硬件平台，能够扩展现有的系统或集成将来的自动化解决方案；可采用功能强大的软件提高项目执行的效率，减少工程组态成本，具有方便调试与维护等优点
1）自动控制系统的分类
一般在工业自动化领域，控制系统可以分为逻辑控制、过程控制、运动控制等。逻辑控制是根据条件逻辑关系决定措施的控制，常用逻辑关系包括“与”“或”“非”三种逻辑；过程控制指对生产设备中的物质和能量相互作用与转换过程进行控制，表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位等；运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。PLC 可用于对这三类系统中的任何一类系统进行控制。
2）自动控制系统的性能要求
自动控制系统的性能要求可以概括为：稳定性、快速性和准确性。控制系统受到干扰时，被控制量就会偏离给定值，经过一定的过渡过程，被控制量又恢复到原来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控制量在变化过程中的过渡过程称为动态过程，被控制量处于平衡状态时称为静态或稳态。除了稳态误差应满足要求外，自动控制系统还应满足动态过程的性能要求。自动控制系统的动态过程不仅要稳定，并且希望过渡过程时间（又称调整时间）越短越好，振荡幅度越小越好，衰减得越快越好。
PLC 的分类可以按输入/输出（I/O）点数、结构形式和生产厂家来分类。按 I/O 点数可分为小型机、中型机和大型机，由于点数划分没有严格的界限，但通常在256点以下的称为小型机，如 S7-1200系列 PLC。本书以 S7-1200系列 PLC 为主进行介绍，叙述中常以S7-1200表示该系列PLC。
按结构形式分为整体式和模块式。整体式是将电源、CPU、存储器、I/O 单元等各个功能部件集成在一个机壳内，构成一个整体，组成 PLC 的基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展接口，通过扩展电缆与扩展单元相连，如 S7-1200、S7-200 Smart 以及S7-200系列PLC都属于整体式。模块式PLC的电源模块、CPU模块、I/O模块等在结构上是独立的，可根据具体生产要求，选择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统，如S7-300、S7-400以及S7-1500系列PLC都属于模块式。
按生产厂家分，国外有德国的西门子（SIEMENS）、瑞士的 ABB、美国的 GE、法国的施耐德（SCHNEIDER）以及日本的欧姆龙（OMRON）、三菱等。国内的 PLC 厂家有信捷、汇川、和利时等。
3.PLC基本模块的硬件组成
可编程控制器的种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。其基本模块由 CPU（中央处理器）、存储器单元以及输入单元/输出单元三部分组成，如图1-3所示。
图1-3 可编程控制器的组成
（1）CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作，中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、I/O接口电路连接。
（2）存储单元包含一种只读类型的存储器，如 EPROM和EEPROM，以及另一种是可读/写的随机存储器RAM。
（3）输入/输出单元指控制输入点与输出点的信号，一般输入/输出点越多，价格越贵。
随着 PLC 的性能价格比的不断提高，过去许多采用专用计算机或继电器控制的场合，都可使用PLC来代替，其应用范围不断扩大，PLC的应用领域主要有以下几个方面。
1）开关量逻辑控制
开关量逻辑控制是 PLC *基本、*广泛的应用。PLC 具有“与”“或”“非”等逻辑指令，可以实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制，实现单机或自动化生产线控制。
2）运动控制
运动控制主要指对工作对象的位置、速度及加速度的控制。通过配用 PLC 生产厂家提供的单轴或多轴位置控制模块、高速计数模块等来控制步进和伺服电动机，从而使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线或圆周运动。
3）过程控制
过程控制通过配用 A/D、D/A 转换模块及智能 PID 模块实现 PLC 对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环 PID 调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。
4）数据处理
现代的 PLC 具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。
5）通信联网
PLC的通信包括PLC之间的通信、PLC主机与远程I/O之间的通信、PLC和其他智能设备的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以实现工厂自动化通信网络系统。
S7-1200 PLC的CPU模块型号
S7-1200 PLC 控制器是西门子系列 PLC 的新产品，因其设计紧凑、组态灵活、扩展方便、功能强大，以其极高的性价比在国内外得到了广泛的应用。
S7-1200 PLC目前有四种CPU型号，分别为CPU 1211C、CPU 1212C、CPU 1214C、CPU 1215C。四种型号的CPU模块均内置两路板载模拟量输入通道和两路脉冲发生器，其中CPU 1215C具有两路板载模拟量输出通道。不同型号的CPU模块分别内置6～14个板载输入点和4～10个板载输出点，以及*多6个高速计数器，并可附加各种信号模块（SM）和信号板（SB）以扩展CPU模块的I/O控制能力。
对于继电器输出的 CPU，无法输出脉冲信号，此类 CPU 在需要脉冲列输出功能的场合时，必须安装具有数字输出的信号板。CPU 1211C 模块没有扩展信号模块的能力，CPU 1212C模块*多可连接两个信号模块，CPU 1214C模块*多可连接8个信号模块。任何一种 CPU 模块前面都可以增加一块信号板，以扩展 CPU 本体的 I/O 数量。
S7-1200系列PLC每一类型的CPU有三种不同版本，由于其接线方法基本相似，下面以CPU 1214C为例，PLC的工作电源有交流220 V和直流24 V两种工作方式，三种版本的PLC都可提供24 V DC传感器电源输出，要获得更好的抗噪声效果，即使未使用传感器电源，也可将公共端 M 连接到机壳接地。对于漏型输入，将电源负极“-”连接到M；对于源型输入，将电源正极“+”连接到M。
漏型和源型一般针对的是晶体管电路而言的。从字面上的意思就可以理解，漏型（Sink）指的是信号漏掉即信号的流出，而源型（Source）刚好相反，指的是信号的流入。既然是根据信号的流入或者流出来判断，那么就需要一个参考点，判断电流是从这个参考点流入还是流出，不同的PLC对于使用的这个参考点是不一样的。