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潯之漫智控技術（上海）有限公司 上海詩慕自動化設備有限公司
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西門子（SIMATIC）PLC的6代西門子（SIMATIC）PLC的6代

1、西門子公司的產(chǎn)品早是1975年投放市場的SIMATIC S3，它實際上是帶有簡單操作接口的二進制控制器。

2、1979年，S3系統(tǒng)被SIMATIC S5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器。

3、20世紀80年代初，S5系統(tǒng)進一步升級——U系列PLC，較常用機型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U。

4、1994年4月，S7系列誕生，它具有更化、更高性能等級、安裝空間更小、更良好的WINDOWS用戶界面等優(yōu)勢，其機型為：S7-200、300、400。

5、1996年，在過程控制領域，西門子公司又提出PCS7（過程控制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢的WINCC（與WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場總線）、COROS（監(jiān)控系統(tǒng)）、SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡）及控調(diào)技術融為一體。

6、西門子公司提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動化系統(tǒng)，將PLC技術溶于全部自動化領域。

由初發(fā)展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市場，停止生產(chǎn)，而S7系列PLC發(fā)展成為了西門子自動化系統(tǒng)的控制核心，而TDC系統(tǒng)沿用SIMADYN D技術內(nèi)核，是對S7系列產(chǎn)品的進一步升級，它是西門子自動化系統(tǒng)的可編程控制器。

西門子PLC系列分類：

可編程控制器是由現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要而產(chǎn)生的，可編程序控制器的分

類也必然要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。

一般來說可以從三個角度對可編程序控制器進行分類。其一是從可編程序控制器的控制規(guī)模大小去分類，其二是從可編程序控制器的性能高低去分類，其三是從可編程序控制器的結構特點去分類。

控制規(guī)模

可以分為大型機、中型機和小型機。

小型機：小型機的控制點一般在256點之內(nèi)，適合于單機控制或小型系統(tǒng)的控制。

西門子小型機有S7-200：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點；模擬量35路 。

中型機:中型機的控制點一般不大于2048點,可用于對設備進行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控制器進行監(jiān)控，它適合中型或大型控制系統(tǒng)。

西門子中型機有S7-300：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量1024點；模擬量128路 ；網(wǎng)絡PROFIBUS；工業(yè)以太網(wǎng)；MPI。

大型機：大型機的控制點一般大于2048點,不僅能完成較復雜的算術運

算還能進行復雜的矩陣運算。它不僅可用于對設備進行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控制器進行監(jiān)控。

西門子大型機有S7-400 ：處理速度0.3ms / 1k字；

存貯器512k ；I/O點12672；

控制性能

可以分為高檔機、中檔機和低檔機。

低檔機

這類可編程序控制器，具有基本的控制功能和一般的運算能力。工作速度比較低，能帶的輸入和輸出模塊的數(shù)量比較少。

比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-200就屬于這一類。

中檔機

這類可編程序控制器，具有較強的控制功能和較強的運算能力。它不僅能完成一般的邏輯運算，也能完成比較復雜的三角函數(shù)、指數(shù)和PID運算。工作速度比較快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量也比較多，輸入和輸出模塊的種類也比較多。

比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300就屬于這一類。

高檔機

這類可編程序控制器，具有強大的控制功能和強大的運算能力。它不僅能完成邏輯運算、三角函數(shù)運算、指數(shù)運算和PID運算，還能進行復雜的矩陣運算。工作速度很快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量很多，輸入和輸出模塊的種類也很全面。這類可編程序控制器可以完成規(guī)模很大的控制任務。在聯(lián)網(wǎng)中一般做主站使用。

比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-400就屬于這一類。

1 熱電偶測量結構示意圖

注意：如上圖所示，熱電偶是有正負極性的，所以需要確保這些導線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差
為了保證熱電偶可靠、地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；
③ 補償導線與熱電偶端的連接要方便可靠；
④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離；
⑤ 熱電偶對于外界的比較，因此安裝還需要考慮屏蔽的問題。

嵌入式PLC技術在國內(nèi)的發(fā)展

嵌入式PLC的發(fā)展也呈現(xiàn)多元化，國內(nèi)外均有良好表現(xiàn)：德國赫優(yōu)訊推出的將現(xiàn)場總線技術和PLC技特色;國內(nèi)幾年前就有華中科技大學在EASYCORE1.00核心芯片組中加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件，作為硬件平臺，開發(fā)了多模人通道的嵌入式PLC;還有一種發(fā)展路徑是以開發(fā)PLC與人機界面相結合的硬件/軟件一體化為目標的平臺，充分利用了CASE工具，結合各類嵌入式芯片的開發(fā)平臺和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫，專為機電設備開發(fā)客制化、具有ODM性質(zhì)的PLC。

而在我國嵌入式PLC的發(fā)展空間，首先在于它十分有利于發(fā)揮我國自動化行業(yè)發(fā)展的兩大特點：有相當雄厚的為機電設備配套的市場基礎，并擁有足夠的、性價比優(yōu)的設計開發(fā)隊伍。我們*可以以低的成本、較高的質(zhì)量，并按客制化的要求設計、生產(chǎn)為機電設備配套的嵌入式PLC，來代替通用PLC。

同時，嵌入式PLC的硬件、軟件、人機界面、通信等各方面的功能設計靈活，易于剪裁，更貼近各種檔次的機電設備的要求。嵌入式PLC*基于嵌入式系統(tǒng)的技術基礎，拿來就可用。SOC芯片、嵌入式操作系統(tǒng)與符合工EC61131-3編程語言標準的編程環(huán)境等優(yōu)勢，使得其在市場上很容易找到。

國家*政府網(wǎng)12月4日訊11月21日，山東省森防站在棗莊市舉辦了基于PLC的林業(yè)有害生物立體防控技術培訓班。有關專家和9個項目縣（市、區(qū)）*局長、林場場長及項目負責人參加培訓。

PLC是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的簡稱，是一種具有微處理機的數(shù)字電子設備，用于自動化控制的數(shù)字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載內(nèi)存內(nèi)儲存與執(zhí)行。基于PLC的立體防控技術，將對林業(yè)有害生物進行適時、系統(tǒng)和科學監(jiān)測，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)科學化、快速化處理，提高信息的時效性和準確性，進一步推進主動御災、科學防災，降低防治成本，維護生態(tài)安全。此次推廣9處項目區(qū)將在一年內(nèi)完成項目任務。

圖 1 可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟

（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

a ．被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。

（ 2 ）確定 I/O 設備

根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

（ 3 ）選擇合適的 PLC 類型

根據(jù)已確定的用戶 I/O 設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

（ 4 ）分配 I/O 點

分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。

（ 5 ）設計應用系統(tǒng)梯形圖程序

根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。

（ 6 ）將程序輸入 PLC

當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進行軟件測試

程序輸入 PLC 后，應*行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎，縮短整體調(diào)試的周期。

（ 8 ）應用系統(tǒng)整體調(diào)試

在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。

（ 9 ）編制技術文件

系統(tǒng)技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。

 山東省森防站部署PLC推廣項目實施工作，強調(diào)合理使用項目資金，建立好項目檔案。山東農(nóng)業(yè)大學教授詳細講解了基于PLC技術的林業(yè)有害生物監(jiān)測預報系統(tǒng)的思路、組建及應用技術。商河縣*示范了基于移動互聯(lián)網(wǎng)的林業(yè)有害生物智能化服務平臺建設與構想。山東祥辰公司介紹了立體防治有關設備應用技術。
業(yè)有控技術的基礎知識，為全面完成項目任務、提升林業(yè)有害生物防治工作智能化水平打好基礎。（森防總站）

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可編程自動化控制器（PAC）與PLC的區(qū)別和聯(lián)系

可編程自動化控制器（PAC）作為新一代的工業(yè)控制器，代表著可編程自動化控制發(fā)展的未來。在可以預見的幾年內(nèi)，對標準性、開放性、可互操作性、可移植性的要求將是用戶至為關心的自動化產(chǎn)品的重要特征，作為融匯了PC和PLC優(yōu)點的PAC系統(tǒng)必將逐步取代PLC系統(tǒng)成為控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，在工業(yè)自動化控制中的應用將會越來越廣泛。

PLC的性能倚賴于的硬件，PLC的應用程序是依靠的硬件芯片來實現(xiàn)的，對于PLC的功能的改進，如增加運動控制、過程控制或通訊功能，都需要使用不同的硬件。即使對于同一PLC廠家，這種的硬件很難移植到不同性能的PLC中。而且傳統(tǒng)的PLC廠家的硬件結構體系都是專有的設計，甚至于處理器芯片都是的，這樣就導致了隨著PLC功能需求的不斷提高，PLC的硬件體系變得越來越復雜。而且，由于硬件的非通用性會導致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到很大的限制。另外，PLC 的操作系統(tǒng)通常都是各PLC廠家的操作系統(tǒng)，與目前流行的實時操作系統(tǒng)不兼容。由于是的操作系統(tǒng)，其實時可靠性與功能都無法與通用的實時操作系統(tǒng)相比，這就導致了PLC的整體性能的性和封閉性。

PAC的輕便控制引擎是非常杰出的。PAC設計了一個通用的、軟件形式的控制引擎用于應用程序的執(zhí)行，控制引擎在實時操作系統(tǒng)與應用程序之間，這個控制引擎與硬件平臺無關，可以在不同平臺的PAC系統(tǒng)間移植。因此對于用戶來說，同樣的應用程序不需根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和投資預算選擇不同性能的PAC平臺。這樣，根據(jù)用戶需要的迅速擴展和變化，用戶的系統(tǒng)和程序無需變化，即可無縫移植。PAC的操作系統(tǒng)采用通用的實時操作系統(tǒng)，如GE Fanuc的PACSystems系列產(chǎn)品即采用通用的、成熟的WindRiver公司的VxWorks實時操作系統(tǒng)，其可靠性已經(jīng)得到大量的應用的證實。PAC系統(tǒng)的硬件結構采用標準的，通用的嵌入式系統(tǒng)結構設計，這樣其處理器可以使的高性能CPU，如GE Fanuc的PACSystems 系列產(chǎn)品的CPU 即采用了Pentium300/700MHz 處理器，而且即將推出PentiumM 處理器的CPU。

例如，研華公司全新一代的PAC控制器APAX-5000 系列，集合了控制、信息處理、網(wǎng)絡通訊、影像及語音功能。此系列還具雙獨立式CPU控制架構，分別控制HMI/SCADA及I/O的不同任務，并提供熱備等多種應用架構，軟件部份提供支持國標IEC-61131-3的軟邏輯軟件以及可以進行高級編程的Windo境下的開發(fā)驅動軟件，APAX -5000 非常適用于嚴苛的批次生產(chǎn)應用領域，如：半導體制程設備、制藥、風力控制、鋼鐵、IC檢測機臺控制及食品飲料業(yè)。

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可編程控制器控制系統(tǒng)設計方法

一、問題提出

可編程控制器技術主要是應用于自動化控制工程中，如何綜合地運用前面學過知識點，根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。

二、可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本步驟

1 ．系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容

（ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(jù)；

（ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；

（ 3 ）選定 PLC 的型號；

（ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖；

（ 5 ）根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應的編程語言（常用梯形圖）進行程序設計；

（ 6 ）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；

（ 7 ）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；

（ 8 ）編寫設計說明書和使用說明書；

根據(jù)具體任務，上述內(nèi)容可適當調(diào)整。

2 ． 系統(tǒng)設計的基本步驟

可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟，如圖 1 所示。

1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別

表1 熱電偶與熱電阻的比較

2. 熱電偶的類型和可用模板

2.1熱電偶類型
根據(jù)使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，以分度號區(qū)分，分度號代表溫度范圍，且代表每種分度號的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓，熱電偶的分度號有主要有以下幾種。

 表2 分度號對照表

2.2可用的模板

表3 S7 300/400 支持熱電偶的模板及對應熱電偶類型

3. 熱電偶的補償接線

3.1 補償
熱電偶測量溫度時要求冷端的溫度保持不變，這樣產(chǎn)生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時冷端的溫度變化，將嚴重影響測量的準確性，所以需要對冷端溫度變化造成的影響采取一定補償?shù)拇胧?br />由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，成本可以用補償導線延伸冷端到溫度比較的控制室內(nèi)，但補償導線的材質(zhì)要和熱電偶的導線材質(zhì)相同。熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端到控制室的儀表端子上，它本身并不能冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正來補償冷端溫度變化造成的影響，補償見下表。

表4 各類補償

 中加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件，作為硬件平臺，開發(fā)了多模人通道的嵌入式PLC;還有一種發(fā)展路徑是以開發(fā)PLC與人機界面相結合的硬件/軟件一體化為目標的平臺，充分利用了CASE工具，結合各類嵌入式芯片的開發(fā)平臺和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫，專為機電設備開發(fā)客制化、具有ODM性質(zhì)的PLC。

而在我國嵌入式PLC的發(fā)展空間，首先在于它十運用前面學過知識點，根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。

二、可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本步驟

1 ．系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容

（ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(jù)；

（ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；

（ 3 ）選定 PLC 的型號；

（ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖；

（ 5 ）根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應的編程語言（常用梯形圖）進行程序設計；

（ 6 ）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；

（ 7 ）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；

（ 8 ）編寫設計說明書和使用說明書；

根據(jù)具體任務，上述內(nèi)容可適當調(diào)整。

2 ． 系統(tǒng)設計的基本步驟

可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟，如圖 1 所示。