PLC 硬件系統設計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等）、工藝流程和產品改型較頻繁、需要進行數據處理和信息管理（有數據運算、模擬量的控制、 PID 調節等）、系統要求有較高的可靠性和穩定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數多的機型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統的 I/O 總點數，再按實際所需總點數的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC 每個輸出點的驅動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統中，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點＋輸出總點數乘 5 字 / 點來估算；計數器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統，PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統、特別是閉環系統就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監控和運行工作狀態。編程狀態時， CPU 只為編程器服務，而不對現場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能實現在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據需要決定。

（ 6 ）據是否聯網通信選型

若 PLC 控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結構形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。

概述

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西門子S7-200SMARTSMAR04

S7-200 CPU22X 系列的每種主機所提供的本機I/O點的I/O地址是固定的，進行擴展時，可以在CPU右邊連接多個擴展模塊。如圖所示，每個擴展模塊的組態地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。輸入與輸出模塊的地址不會沖突，模擬量控制模塊地址也不會影響數字量。

    編址方法是同樣類型輸入或輸出點的模塊在鏈中按所處的位置而遞增，這種遞增是按字節進行的，如果CPU或模塊在為物理I/0點分配地址時未用完一個字節，那些未用的位也不能分配給I/O鏈中的后續模塊。

    例如，某一控制系統選用CPU224，系統所需的輸入／輸出點數為：數字量輸入24點、數字量輸出20點、模擬量輸入6點和模擬量輸出2點。

本系統可有多種不同模塊的選取組合，并且各模塊在I/O鏈中的位置排列方式也可能有多種，圖2所示為其中的一種模塊連接形式。表1所示為其對應的各模塊的編址情況。

    表1  各模塊的編址

● 同類型輸入或輸出的模塊按順序進行編制。 
● 數字量模塊總是保留以8位（1個字節）遞增的過程映象寄存器空間。如果模塊沒有給保留字節中每一位提供相應的物理點，那些未用位不能分配給I/O鏈中的后續模塊。對于輸入模塊，這些保留字節中未使用的位會在每個輸入刷新周期中被清零。
● 模擬量I/O點總是以兩點遞增的方式來分配空間。如果模塊沒有給每個點分配相應的物理點，則這些I/O點會消失并且不能夠分配給I/O鏈中的后續模塊。

增加：

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• S7-200 SMART CPU與S7-200 SMART進行UDP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-1200 進行TCP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-1200 進行ISO on TCP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-1200 進行UDP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-300 PN口進行TCP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-300 PN口進行ISO on TCP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-300PN口 進行UDP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-300 CP卡進行TCP通信
• S7-200 SMART CPU與S7-300 CP卡進行ISO on TCP通信
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• 通過指令獲取和設置S7-200 SMART IP地址
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