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西门子plc200CN数字量模块西门子plc200CN数字量模块

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*节 PLC概念
1、PLC的基本概念
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC 
2、PLC的基本结构 
PLC实质是一种于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：
a. 处理单元(CPU)
处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
b、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
C、电源 
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
3、PLC的工作原理
一. 扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
(一) 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
(二) 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
(三) 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
比较下二个程序的异同：
程序1：
程序2：
这两段程序执行的结果*一样，但在PLC中执行的过程却不一样。
※ 程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新；
※ 程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。
这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
二. PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗力，提高其可*性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。
为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式(扫描技术)。
以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。
所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其短的I/O响应时间与长的I/O响应时间如图所示： 
第(n-1)个
扫描周期
短I/O响应时间：
长I/O响应时间
SIEMENS PLC在中国的产品，根据规模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-300 和S7-400三种，下面就简单介绍一下该三种产品的一些特性。
S7-200
针对低性能要求的摸块化小控制系统，它多可有7个模块的扩展能力，在模块中集成背板总线，它的网络联接有RS-485通讯接口和Profibus两种，可通过编程器PG访问所有模块，带有电源、CPU和I/O的一体化单元设备。
其中的扩展模块（EM）有以下几种：数字量输入模块（DI）——24VDC 和 120/230VAC；数字量输出（DO）——24VDC 和 继电器；模拟量输入模块（AI）——电压、电流、电阻和热电偶；模拟量输出模块——电压和电流。  还有一个比较特殊的模块-通讯处理器（CP）——该块的功能是可以把S7-200作为主站连接到AS-接口（传感器和执行器接口），通过AS-接口的从站可以控制多达248个设备，这样就可以显著的扩展S7-200的输入和输出点数。
 

• 诊断中继器具有对线缆进行诊断的功能，这样就可以尽早的检测和定位电缆上的故障点。
  为了能够在网络上定位故障点，诊断中继器必须知道所连接的 PROFIBUS 子网的网络拓扑结构。使用“预备电缆诊断”功能，诊断中继器能够确定出到所有的节点的距离。

  在 STEP 7 的硬件配置中或者网络视图中，通过菜单命令 "PLC > PROFIBUS > Prepare Line Diagnostics" 来触发“预备电缆诊断”功能。

  也可以在 CPU 的用户程序中，使用系统功能块 SFC103 "DP_TOPOL" 来触发拓扑结构的识别。当调用系统功能块 SFC103 "DP_TOPOL" 时，DP 主站系统上的诊断中继器被寻址。

  注意
  在一个 DP 主站系统上只能同一时刻只能运行一个拓扑结构识别。

  --在同一时刻，只能针对一个DP主站系统进行拓扑检测。

  确定出拓扑结构是当错误发生时能够详细的显示故障位置的先决条件。当每次设置或者更改 DP 主系统的物理结构时，都要通过 SFC103 "DP_TOPOL" 运行拓扑结构的检测。

  改变物理结构包括以下几方面：

• 改变了电缆长度
• 增加或者移出了具有中继器功能的节点
• 更改了节点的地址

• 西门子原装DP接头     西门子DP接头 用于不同应用区域的不同类型（例如，地下电缆、拖曳电缆、危险区域（Zone 1 和 Zone 2）） 双层屏蔽，抗干扰性能好 阻燃总线连接电缆（不含卤素）。 由于电缆上印有以米表示的长度标记，因此易于确定长度 UL 认证 由于特殊的总线电缆，有很广的应用范围。 由于使用了双层屏蔽电缆和集成式接地技术，网络具有抗干扰功能。 采用 FastConnect （快速连接） 电缆，连接器连接简单又快速，从而节省了时间。 产品中不含硅硐，因此特别适用于汽车工业 （如上釉流水线）。 除了 FastConnect 系统之外还有适用于电气 PROFIBUS 网络的其它组件： ■ DP/DP 耦合器 ■ 中继器 ■ 总线连接插头 6AG1500-0EA02-2AA0 SIPLUS NET PB ConNECTOR FOR -25 ... +60 DGR C AND MED baseD ON 6GK1500-0EA02 ? 6AG1972-0BA12-2XA0 SIPLUS DP PB ConNECTOR W R - 90 DEGREES CABLE OUTLET -25 ... +70 DEGREES C WITH ConFORMAL COATING baseD ON 6ES7972-0BA12-0A0 ? 6AG1972-0BB12-2XA0 SIPLUS DP PB-ConNECTOR M R - M PG - 90 DGR CABLE OUTLET -25 ... +70 DEGREES C WITH ConFORMAL COATING baseD ON 6ES7972-0BB12-0A0 6ES7972-0BA12-0A0 SIMATIC DP，总线连接器，用于PROFIBUS，高达12 MBIT/S，90度出线电缆（W X H X D）：15，8 X 54 X 34 MM，端接电阻，带隔离 ? 6ES7972-0BA30-0A0 BUSANSCHLUSS-SIMATIC DP，总线连接器，用于PROFIBUS，带斜出线电缆，绝缘刺破连接装置（W X H X D）15 X 58 X 34 MM，高达1.5 MBIT/S，无 LAN端接电阻 6ES7972-0BA42-0A0 SIMATIC DP，总线连接器，用于 PROFIBUS UP，传输速率达 12 Mbit/s，带弯式电缆引出口，15.8 X 54 X 39.5 mm（宽 x 高 x 深），端接电阻器，带隔离功能，无编程器插口 6ES7972-0BA52-0A0 SIMATIC DP, 连接 PROFIBUS（高达 12Mbit/s）的总线连接器，90 度电缆出线，15.8 X 59 X 35.6 mm(W X H X D),IPCD TECHOLOGY 快速连接，无 PG 插 ? 6ES7972-0BA60-0A0 SIMATIC DP，总线连接器，用于PROFIBUS，高达12 MBIT/S，35度出线电缆（WX H X D）：16 X 72.7 X 34 MM，IPCD 快速连接技术， 6ES7972-0BA70-0A0 SIMATIC DP, BUS ConNECTOR FOR PROFIBUS UP TO 12 MBIT/S 90 DEGREE ANGLE CABLE OUTLET, 15.8 X 72.2 X 36.4 MM (WXHXD), IPCD TECHOLOGY FAST CONNECT, WITHOUT PG SOCKET 6ES7972-0BB12-0A0 SIMATIC DP，总线连接器，用于PROFIBUS，高达12 MBIT/S，90度出线电缆（W X H X D）：15.8 X 54 X 34 MM，端接电阻，带隔离 6GK1500-0FC10 PB FC RS 485 PLUG 180, PB-PLUG WITH FASTConNECT ConNECTOR AND AXIAL CABLE- OUTLET F. INDUSTRY PC, SIMATIC OP, OLM, TRANSMISSION RATE: 12 MBIT/S, TERMINATING RESISTOR WITH SERAR. FUNCTION, PLASTIC HOUSING 6GK1500-0EA02 SIMATIC NET，PB 总线连接器，带有用于工业 PC，SIMATIC OP，OLM 的轴线电缆引出端；传输速率 12Mbit/s;带隔离功能的终端电阻 金属外壳 6ES7972-0BB70-0A0 SIMATIC DP,BUS ConNECTOR FOR PROFIBUS UP TO 12 MBIT/S 90 DEGREE ANGLE CABLE OUTLET, 15,8 X 72,2 X 36,4 MM (WXHXD), IPCD TECHOLOGY FAST CONNECT, WITH PG SOCKET 6ES7972-0BB60-0A0 SIMATIC DP，总线连接器，用于PROFIBUS，高达12 MBIT/S，35度出线电缆（WX H X D）：16 X 72.7 X 34 MM，IPCD 快速连接技术， 西门子网络连接器有编程口 6ES7972-0BB52-0A0 SIMATIC DP, 连接 PROFIBUS（高达 12Mbit/s）的总线连接器，90 度电缆出线，15.8 X 59 X 35.6 mm(W X H X D),IPCD TECHOLOGY 快速连接，带 PG 插座 6ES7972-0BB42-0A0 SIMATIC DP, BUS ConNECTOR FOR PROFIBUS UP TO 12 MBIT/S WITH TILTED CABLE OUTLET, 15,8 X 54 X 39,5 MM (WXHXD), TERMINAT. RESIST. WITH ISOLAT. FUNCTION, WITH PG SOCKET 除了电信号网络 （RS485） 之外还有 用于 PROFIBUS PA 的电信号网络 6XV1830-0EH10【技术指标】 1、实心裸铜线导体，2芯并合成对，芯线红绿二色。 2、铝箔、裸金属丝编织双层屏蔽，PVC外护套，阻燃,外观紫色。 3、符合VDE 0472标准；B类试验（IEC332.1）。 4、带米标识，分100米、200米、300米包装，500米、1000米木轮包装。 5、工作参数：单线传输大规格：1000m，加中继器可延长至10000m 西门子PROFIBUS-DP总线电缆6XV1830-0EH10其它介绍： 1．借助于其双屏蔽层，尤其适用于安装在易受电磁干扰的工业环境中 2．通过总线终端的接地触点的外包层，可实现接地的连续性 3．按米销售 4．当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境（如汽车制造业）下运行应使用带屛蔽的电缆，屏蔽可提高电磁兼容性（EMC）。 5．如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导性。另外建议数据线必须与高压线隔离。 6．超过500Kbit/s的数据传输速率时应避免使用短截线段，应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头连接，而且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中断其它站的数据通信。