西门子S7-400全国授权供货商

1.1 S7-1200 PLC的硬件组成

1.1.1 概述1.PLC定义

PLC（即Programmable Logic Controller的简称），又称可编程逻辑控制器，是以微处理器、嵌入式芯片为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展而来的一种新型工业控制装置，是工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。

国际电工委员会（IEC）于1982年11月和1985年1月颁布了PLC标准的稿和第二稿，对PLC作了如下的定义：“PLC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、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应以易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。”

在西门子工厂自动化系统中，核心的就是PLC，它通过在现场层、控制层和管理层分别部署PLC的硬件产品和对应软件，实现了管理、控制一体化。西门子目前主流的PLC产品为S7系列PLC，包括S7-200SMART、S7-1200 PLC、S7-300 PLC、S7-400 PLC、S7-1500 PLC等，具有外观轻巧、速度敏捷、标准化程度高等特点，同时借助的网络通信能力和标准，可以构成复杂多变的控制系统。

本书主要介绍了S7-1200/1500系列PLC，共用博途软件平台。从图1-1可以知道，与S7-1200 PLC相比，S7-1500 PLC的应用更具复杂性且系统性能更高，从这个角度上看，S7-1500 PLC是控制器，S7-1200 PLC则是基本控制器。

西门子S7-1200 PLC模块包括CPU、电源、输入信号处理回路、输出信号处理回路、存储区、RJ45端口和扩展模块接口。

根据PLC的定义，S7-1200 PLC的本质为一台计算机，负责系统程序的调度、管理、运行和自诊断，承担将用户程序做出编译解释处理以及调度用户目标程序运行的任务。与之前西门子S7-200系列PLC模块大的区别在于它标准配置了以太网接口RJ45，并可以采用一根标准网线与安装有博途软件的PC进行编程组态和工程应用。

1.1.2 S7-1200 PLC系统的基本构成

图1-3所示为S7-1200 PLC系统，它包括CPU模块、SM（信号模块）、CM（通信模块）、电源模块和其他附件。1.CPU模块

目前，西门子公司提供CPU1211 C、CPU1212 C、CPU1214 C、CPU1215 C、CPU1217 C等多种类型的CPU模块。表1-1所示为CPU模块的技术指标，包括型号、物理尺寸、用户存储器、本地集成I/O、信号模块扩展、高速计数器、脉冲输出、PROFINET接口等。如CPU1214 C有75 KB工作存储器、4 MB装载存储器、10 KB保持型存储器、8192个字节位存储器，并可以扩展8个模块，配置3个左侧信号模块扩展，具有4路100kHz脉冲输出和1个PROFINET接口等。

扩展模块概述

S7-1200 PLC的扩展模块设计方便并易于安装，无论安装在面板上还是标准DIN导轨上，其紧凑型设计都有利于有效利用空间。使用模块上的DIN导轨卡夹将设备固定到导轨上，这些卡夹还能掰到一个伸出位置，以提供将设备直接安装到面板上的螺钉安装位置

S7-1200 PLC有3种类型的模块：

1）信号板（SB）。仅为CPU提供几个附加的I/O点，SB安装在CPU的前端（见图1-5b）。

2）信号模块（SM）。提供附加的数字或模拟I/O点，这些模块连接在CPU右侧。

3）通信模块（CM）。为CPU提供附加的通信端口（RS232或RS485），这些模块连接在CPU左侧。

规划安装时，还需要注意以下指导原则：

1）将设备与热辐射、高压和电噪声隔离开；

2）留出足够的空隙，以便冷却和接线；

3）必须在设备的上方和下方留出25mm的发热区，以便空气自由流通。3.信号模块（SM）

信号模块用于扩展PLC的输入和输出点数，可以使CPU增加附加功能，信号模块连接在CPU模块右侧。4.信号板（SB）

信号板（Signal Board）为S7-1200 PLC所特有的，通过信号板（SB）给CPU模块增加I/O。每一个CPU模块都可以添加一个具有数字量或模拟量I/O的SB，SB连接在CPU的前端

.通信模块（CM）

通信模块安装在CPU模块的左侧，用于RS232、RS485、MODBUS通信。图1-8所示为CM连接示意。6.内存模块

内存模块主要存储用户程序，有的还为系统提供辅助的工作内存，在结构上内存模块都是附加于CPU模块之中，其功能如下：

1）作为CPU的装载存储区，用户项目文件可以仅存储在卡中，CPU中没有项目文件，离开存储卡无法运行。

2）在有编程器的情况下，作为向多个S7-1200 PLC传送项目文件的介质。

3）忘记密码时，清除CPU内部的项目文件和密码。

4）24M卡可以用于更新S7-1200 CPU的固件版本。

要插入存储卡，需打开CPU顶盖，然后将存储卡插入到插槽中。推弹式连接器可以轻松地插入和取出。存储卡要求正确安装。7.相关模块的订货号

西门子产品采购时采用非型号参数订购（即专有订货号订购），产品订货号都是唯一的，该订货号可通过选型样本或选型软件查询获得。

PLC作为一种集成度高、功能性强的电器产品，从制造初期到如今被广泛地应用在电气控制系统中。本章以简单的文字概述了PLC的基础知识。1.1 PLC的基础概述1.1.1 PLC概述

20世纪60年代，美国的汽车制造工业迅速发展，行业竞争激烈，汽车更新换代加快，生产线相应地随之改变，为之服务的继电接触器控制系统需要重新设计和安装。为了适应生产工艺不断更新、减少重新设计控制系统的时间和费用的要求，1968年，美国通用汽车公司首先公开招标研制新的工业控制器，并提出“编程方便、可在现场修改和调试程序、维护方便、可靠性高、体积小、易于扩展”等几项指标。

1969年，美国数字设备公司（DEC）中标，并根据上述要求研制出世界上台可编程序逻辑控制器PDP-14，用在通用汽车公司的汽车自动装配线上，获得成功，从此PLC诞生了。

PLC是工业控制计算机的简称，它的全称是Programmable Logic Controller（可编程序逻辑控制器）。如果说融入我们日常生活的计算机是通用级电脑的话，那么PLC则是级的，是业界备受推崇的工业控制器。1.1.2 PLC的特点

PLC自诞生以来，种类越来越多，但它们有一些共同的特点，可以从以下几方面体现：1.编程简单直观

采用直接面向对象的编程语言，易于理解和掌握。2.控制系统简单通用

用户只需确定PLC的硬件配置和I/O外部接线即可，同时其模块化的结构具备通用性。3.抗干扰能力强、可靠性高

专为工业控制而设计，内部采用了隔离、滤波等抗干扰措施，能适应工业现场的恶劣环境。4.易于操作与维护

PLC软件具备监控功能，能诊断故障，也便于排除故障，在损坏时，只需更换插入式模块，既方便又减少影响工作的时间。5.设计、施工、调试周期短

PLC本身软硬件资源丰富，设计和施工可同时进行，大大缩短了工程周期。1.1.3 PLC的组成

任何能够自动工作的设备均需要具备3方面的功能，它们是能够提供足够的动力；能够完成预定工作目标；能够自动完成全部工作过程。例如，数控机床结构可分为工作部分、驱动部分和控制部分，其中，工作部分由床身、主轴箱、进给机构、换刀机构等组成，完成对零件的切削加工；驱动部分由电动机、液压系统组成，为加工过程提供动力；控制部分由PLC、数控单元等电气系统组成，控制设备自动完成零件的全部加工过程。

对一般设备来说主要由如下三大组成部分。

1）固定支撑机构及功能执行机构（工作部分）。

2）工作部件的驱动装置。

3）控制驱动装置实现功能执行机构工作要求的控制系统。

设备控制系统的构成有多种形式，图1-1中所列主要是与可编程序控制器应用有关的典型形式。1.设备电气控制系统

一般设备的电气控制系统组成如图1-2所示，其中3个基本功能部分如下。

1）输入设备：接收各种现场控制指令和信号的装置。

2）输出设备：设备上各种被控制的电器和设备。

3）控制部分：处理输入指令和信号，并且按照工作要求输出用于驱动设备的各种控制信号。2.PLC控制系统

使用PLC与各种具有特定控制功能的电器元件组合连接在一起，实现预定控制功能的电气系统称之为PLC控制系统，其特点如下。

1）控制系统中，输入、控制和输出部分自成体系，PLC通过连接端口与输入、输出部分的电器元件连接来构成电气控制系统，PLC完成控制部分的功能。

2）PLC通过输入端口读入由输入元件提供的现场指令和控制信号；通过输出端口输出控制信号，控制输出元件工作，并通过运行PLC用户程序实现需要的控制逻辑。

浔之漫智控技术（上海）有限公司（s）

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采用PLC构建的电气控制系统中，PLC与输入/输出电器元件连接关系简图。PLC从结构上来说，它实际上是一台工业用计算机。PLC可以实现电气控制系统中开关量的控制功能，同时还具有类似计算机的各种功能，因此在应用程序的编制中，对电路开关量控制的程序设计采用类似继电器系统的设计方法，在其他控制要求中，应用了计算机程序设计方法。PLC具有类似计算机的各种功能，其中应用了计算机的程序设计的方法，PLC的编程语言有多种，如梯形图、功能图、语句表等。1.梯形图

梯形图是常用的一种程序设计语言，也称为LAD。梯形图来源于继电器控制电路图，CPU通过梯形图对来自电源的电流进行仿真，根据一系列的输入条件，由程序运行结果决定逻辑输出的允许条件。逻辑被分成小的部分，称为“网络”或“段”。

梯形图是由符号组成的图形化编程语言。梯形图与电路图十分相似，所不同的是在显示方式上梯形图分支的排列为上下横排，而电路图是左右竖排。