西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8工作原理

西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8工作原理

①s7-300硬件的基本组成

simatic s7-300是模块化的中小型plc系统，各种模块之间都是立的，可通过u型总线把各部件紧密地固定在标准的导轨( rail)上进行组合。它主要由处理器cpu，信号模块sm，通信模块cp，功能模块fm，模块ps，接口模块im组成。如图1所示。

图1 s7-300plc的基本组成

②s7-300的数据管理

s7-300 cpu的存储区分为三个区：装载存储区、工作存储区和系统存储区。

a．装载存储区(load memory)：用于存放用户程序（不含符号表和注释）和附加的系统数据（组态信息、连接及模块参数等），包括cpu内部的ram和外部的mmc卡。

b．工作存储区(work memory)：用来存储实际执行的用户程序。plc在运行时，自动将装载存储区的可执行程序复制到工作存储区，cpu扫描工作存储区的程序和数据，在执行存储区复位操作时，工作存储区的程序和数据被。

c．系统存储区：是系统内部数据存储区的集合，包括影像寄存器、i/o存储区、定时器、计数器、状态寄存器等。

对于cpu存储区的三个区域中，工作存储区的数据是由装载存储区复制过来的，系统存储区的属性，对于用户编程较重要，不是本文讨论范围，只有装载存储区里的用户程序是我们关心的。

1.s7-300硬件结构

s7-300或者s7-400的plc是模块式的plc，各种模块式相互立的，分别安装在机架上。硬件结构如图：

di：数字量输入模块，do：数字量输出模块，ai：模拟量输入模块，ao：模拟量输出模块

2.s7-cpu模块

s7-cpu模块可分为紧凑型、标准型、革新型、户外型、故障型、特种型cpu。

cpu312c表示是紧凑型cpu；

cpu313c-2dp表示集成了profibus-dp协议的紧凑型cpu；

cpu314-2ptp表示集成了点到点协议的紧凑型cpu；

cpu313表示标准型cpu；

cpu312ifm表示户外型cpu；

cpu317-2dp表示集成了profibus-dp协议的特种型cpu；

3.cpu的运行模式

1）run-p：可编程运行模块，在此模式下，可以让用户调试运行程序。

2）run：运行模式，在此模式下，仅能运行程序，不能修改程序。

3）stop：停机模式，在此模式下，cpu不执行用户程序，但是装有step7的计算机可以读出或者修改用户程序。

4）mres：存储器复位模式。当开关在此位置释放时会自动返回到stop位置，该位置不可保存。

4.s7-300plc功能

1）高速的指令处理。

2）（）。

3）诊断功能。

4）口令保护。

5.s7-300模块（多机架图）

mpi是多点接口(multi point interface)的简称，是西门子公司开发的用于plc之间通讯的保密的协议。mpi通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通讯方式。mpi通信可使用plc s7-200/300/400、操作面板tp/op及上位机mpi/profibus通信卡，如cp5512/cp5611/cp5613等进行数据交换。mpi网络的通信速率为19.2kbps~12mbps，多可以连接32个节点，大通讯距离为50m，但是可以通过中继器来扩展长度。

6.s7-300数字量模块地址的确定

1）数字i/o模块每个槽占4b（等于32个i/o点），如槽1的地址为0.0~3.7；数字量模块中的输入点和输出点的由字节部分和位部分组成，如i0.0，可以参考下图理解：

2）模拟i/o模块每个槽占16b（等于8个模拟量通道），每个模拟量输入通道、输出通道的总是一个字地址，如槽1-模拟量1的地址为00~01，槽1-模拟量2的地址为：02~03，槽1-模拟量8的地址为：14~15。

在如今工业生产中，只要涉及控制的地方，都离不开，plc柜的布置与设计，是制作plc柜的基础与关键。

1、柜型的选择

适用于装plc的柜型，通常选用固定柜，且门板为整门的柜型，如kb柜、九折柜和十六折柜等，不宜选ggd柜、固定分割柜、抽屉柜。因为plc柜内元件基本上为整板安装，如果采用了柜门分割的柜型，不便于安装和调试。对于ggd柜如果选用时，需做一下非标设计，将仪表门、前门和下通风门合并成一个整门，且柜体框架上取消前后横梁，以便于安装和维护。

2、柜体通风系统设计

柜体通风方案，采用前门下进风上出风的形式，后门不加进出风孔。进、出风口分别装1个通风过滤器来防尘，外形尺寸320mm×320mm，进出风面积约008平米。由于plc柜内的元件发出的热量较少，采用自然对流的方式即可，如果要加快风速，可在门板上半部的出口过滤器上，加装1个轴流风机，向外排风，柜体的盖没有通风孔，装无孔盖。

3、行线槽规格的选择

行线槽的规格有很多，常用的行线槽宽度为25mm、40mm、60mm、80mm、100mm，高度为40mm、60mm、80mm、100mm，颜色灰色。

选择行线槽的原则通常是根据经过此线槽的线的体积之和（含绝缘层）为线槽容量的80%左右，来选择线槽的规格，余下的空间便于线的散热。计算时可以用截面的关系，即线的截面之和（含绝缘层）为线槽截面的80%左右。

通常大于6平方的线缆，不宜用行线槽来管理线束，但有时为了柜内布置整齐美观，对于特殊的线缆，如网线、的预制电缆等，也放进了行线槽，在装配设计时要特殊考虑，根据线径以及弯曲半径来选择线槽，将电缆整齐的放进线槽内。如图1所示。

4、元器件布置的原则

柜内元器件布置，一般是从上到下，从左向右。便于操作与维护，经常操作或维护的元器件应安装在较容易触及到的位置，从高度上讲，尽量安装在离地面400mm至1800mm的高度范围内。如果元器件较多，可考虑将不常操作的元器件（如直流）安装在柜体高度2000mm左右的位置上，底部元件安装位置不能离地面200mm，否则现场无法接线。布置时避免线在线槽内反复绕，注意节约成本。

4.1稳压电源布置

稳压电源不需要经常维护，且是发热器件，布置在柜内上部，便于散热。接线少，线槽选用40mm宽即可，线槽深度要整柜考虑，与走线量大的线槽统一（线槽深度选择下同）。稳压电源边缘与线槽之间的净距是30mm左右。

4.2plc及各单元布置

与cpu单元相邻的单元，是特殊单元和输入单元等干扰产生少的单元。外部电路的电磁及类，其线圈及接点即干扰发生源，因此应与plc分开配置。（大致在100mm以上）

此外模块是plc系统的主要部件，需经常进行调试维护，应安装在方便操作的位置。安装模块时自左向右排布，便于扩展。信号线较多，通常选用80mm宽的线槽，机架上端与线槽的净距在30mm左右，机架下端与线槽的净距在80mm左右。

4.3的布置

安装高度以方便操作为宜，周围不要有妨碍操作的器件。通常选用60mm宽的线槽，断路器的上下边缘与线槽的净距在40mm左右。安装时自左侧开始排布，便于扩展。

4.4继电器、端子排的布置

继电器和端子排一般布置在柜前下部或柜后，端子排采用纵向排列，内部线和外部线的线槽要尽量分开，如图2所示。考虑到接线习惯（左手持线，右手拿工具），一般端子左侧的线槽留给客户，便于外部线接入，右侧的线槽用于内部线管理。如果空间紧张，也可以两列端子共用一个内部槽或共用一个外部槽，尽量不要内外部共用一个线槽（有串线情况除外），否则不便管理。线槽的宽度根据继电器和端子的数量合理选择，对于外部线，由于现场的进线一般含有备用

芯、屏蔽层等，线径较粗，外部走线槽要选的尽量大一

4.5交换机和光纤盒的布置

交换机和光纤盒一般布置在柜体下部，预留的走线空间，应充分考虑网线和光纤的打弯半径，尽量大些，方便现场网线和光纤的接入。

4.6柜内照明

柜内部装照明灯，由门控开关控制。单面布置的装1套，前后双面布置的装2套。开门时灯亮，关门时灯灭。

4.7接地系统

4.7.1接地母排

在plc系统内，所有装有plc设备的控制柜，均应设置pe保护接地母排和te防干扰接地母排。pe保护接地母排用于连接机架、电源等设备的pe接地点，与柜体直接连接。te防干扰接地母排与柜体绝缘安装，用于外部信号电缆的屏蔽接地。

4.7.2柜体接地

安装元器件的安装板等结构件与柜体框架要固定，所用连接件要垫上爪型弹垫，从安装板底部用黄绿导线引至pe排上。柜体旋转部件的接地，应使用铜编织带连接到柜体框架上。

4.7.3机架的接地

机架上有专门用于连接pe的接地螺栓，将机架连接到pe母排上。连接pe母排导线的小截面为2mm2。

5、柜内布置及结构设计

根据以上布置原则，结合原理图和分柜清单，绘制柜内布置图。无论是柜体、元器件还是线槽等辅料，都采用大外形尺寸，按照1∶1的比例进行绘制。布置图绘制完成后，根据元器件的位置及安装方式，进行安装板的结构设计，安装板的材质通常选用敷铝锌板，厚度在2.0mm～3.0mm。

mov、cmp指令，smov、cml、bmov、fmov、xch、bcd、bin和zcp指令系统称为传送比较指令，它们是应用指令中使用频繁的指令。它们的基本用途有以下几个方面。

(1)用来获得程序的初始工作数据。一个控制程序总是需要初始数据。这些数据可以从输入端口上连接的外部器件获得，然后通过传送指令读取这些器件上的数据并送到．内部单元；初始数据也可以用程序设置，即向内部单元传送立即数；另外，某些运算数据存储在机内的某个地方，等程序开始运行时通过初始化程序传送到工作单元。

(2)用来进行机内数据的存取管理。在数据运算过程中，机内的数据传送是不可缺少的。因为数据运算可能要涉及不同的工作单元，数据需在它们之间传送；同时，运算还可能会产生一些中间数据，这些数据也需要传送到适当的地方暂时存放；另外，有时机内的数据需要备份保存，这就要找地方把这些数据存储妥当。总之，对一个涉及数据运算的程序，数据管理是很重要的。

(3)用来运算处理并向输出端口传送。运算处理总是要通过输出实现对执行器的控制。对于与输出口连接的离散执行器件，可成组处理后看做是整体的数据单元，按各口的目标状态送入相应的数据，以实现对这些器件的控制。

(4)用来比较指令以建立控制点。控制现场常有将某个物理量的量值或变化区间作为控制点的情况。如温度某设定值打开电热器，通过或某值就报警等。作为一个控制“阀门”，比较指令常出现在工业控制程序中。

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的性，但如果输入给的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，plc输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

影响现场输入给plc信号出错的主要原因有：

1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给plc，造成控制出错；

2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，plc却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于plc扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制；

3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

影响执行机构出错的主要原因有：

1)控制负载的接触不能动作，plc发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；

2)控制起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；

3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按plc的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则plc应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。

选型要注意一；数字量型plc的输出类型分为：和晶体管，晶闸管三种类型。

1.继电器输出：

优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2a／点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决 定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至jl百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。

2.晶闸管输出：

带负载能力为0.2a/点，只能带交流负载，可适应动作，响应时间为1ms。

3.晶体管输出：

大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带 dc 5—30v的负载，大输出负载电流为0．5a/点，但每4点不得大于0.8a。

当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用plc输出驱动达林顿（5—10a），再驱动负载，可大大减小。

继电器 优点：交流及直流负载都可以驱动；负载额定电流大；

缺点：动作频率不能太高，同时继电器是有寿命的，一般100万次；

晶体管 优点：动作频率可以达到几百khz，无触点，因此不存在机械寿命的说法；

缺点：只能接直流负载（一般dc30v以下），电流比较小；

双向可控硅（晶闸管输出）：只能接交流的负载，动作频率比较高，寿命长，但负载的额定电流也比较小

晶体管主要用于定位控制，要用晶体的输出来发出脉冲。而继电器是不能用发出脉冲的，也就不能定位控制了。如果用继电器去控位伺服或是步进的话就还要加定位模块，经济上不划算。而用一个晶体管输出的就可以控制伺服等。就这么回事。 依据生产工艺要求，各种指示灯、/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果plc 系统输出频率为每分钟6 次以下，应继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

1.负载电压、电流类型不同

负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。

电流：晶体管电流0.2a-0.3a，继电器2a。

电压：晶体管可接直流24v（一般大在直流30v左右，继电器可以接直流24v或交流220v。

2.负载能力不同

晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。

3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力

一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额多。

4.晶体管响应速度快于继电器

继电器输出型原理是cpu驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。

晶体管输出型原理是cpu通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频的输出：如温度pid控制， 主要用在控制，也有伺服控制，还有电磁阀控制（阀动作频）。

5. 在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制

继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。

6. 晶体管输出的价格稍贵一点.

plc选型注意二：cpu和plc的容量在选型的时候需要注意。

这个和你的程序，如果你的程序不是很复杂，只是开关量输入和输出，对plc的cpu的要求不是很高，一般的小型plc就可以满足，在选型的时候不用考虑太多，如果你的程序里涉及到了模拟量的输入和输出，还可能用的pid等运算，这个时候建议你选择plc的容量和cup的运算速度。

这个和你的控制方式，如果你只是一般的过程控制，不涉及到运动控制，不用考虑plc的运算速度，如果你的控制方式有运动控制，这个时候你需要考虑plc的cpu的运算速度！

我们不要总是埋头工作，偶尔也要抬头看看世界。

不是一个软件类的他是一门技术，一门学科。 你之类就学好了那是不可能的。 做个简单的比方：农民锄地，看到农民一步一步的锄地，学了几下，就认为会了，其实锄地还需要认识杂草和庄稼的区别，需要认识庄稼留几颗比较合适。

初学者必看步骤

部分：小型cp系列1、i/o接线

（1）、plc输入接线包括按钮输入接线、npn型接近或光电开关接线、pnp型接近或光电开关接线。

（2）、plc输出接线包括输出型接线、晶体管npn型输出接线、晶体管pnp型输出接线。同时按负载的不同类型进行接线，如：灯、继电器、伺服等。主要掌握plc的几种不同输出类型的差别，接线上的注意点。（接线的基本技巧是电流导通法和电压的适应负载）

（3）、实际动手把按钮和继电器接入plc。实现单按钮启停。

2、简单编程

（1）、熟悉软件的基本操作包括：omron软件刻录、安装，打开编程软件，新建工程，保存工程，打开工程，与plc在线，模拟，监视i/o地址，新建，新建段，新建i/o表，设置plc参数等。

（2）、了解小型plc的i/o分配和扩展包括：cp1e/cp1l/cp1h三个系列本体的i/o分配和三个系列扩展模块的i/o分配。弄懂外部输入输出，plc内存分配（各部分内存区的作用和不同点）。

（3）、熟悉基本指令包括：tim/set/rset/keep/cnt/mov/movl/xfer等指令。

（4）、学会plc的简单操作（如上下载程序）包括：懂得拨码开关的作用和设置，usb上下载程序，串口上下载程序等。

（5）、plc硬件的熟悉、选型。包括：熟悉小型plc的各个系列、各个型号的特点和区别。他们包含的功能、扩展等。

3、掌握小型plc的一些基本功能

（1）、脉冲控制功能（掌握）包括：弄懂脉冲控制原理，cw/ccw与脉冲加方向控制的区别，连续模式与立模式的区别，原点搜索的作用，相对与的差别。学会点动、停止、相对位置正反转、原点搜索（熟悉掌握原点搜索的几种不同方式的区别和设置）、位置正反转、自动往复走等功能。通过以上功能掌握sped/ini/plus/pls2/acc等指令的使用。

（2）、串口通信功能（掌握）包括：串口通信原理、接线、端口定义。plc与连接、plc与plc连接、plc与连接、plc与温控器/等连接、plc与三方设备连接。根据以上的几种连接，掌握nt-bbbb/pc-bbbb/host-bbbb/toolbus/串口网关/rs-232c(无协议）等通信方式。学会与不同设备通信时连接线的制作。

（3）、以太网通信功能（掌握）包括：以太网通信原理，ip地址的作用和设置，了解tcp和udp方式的差别，了解路由表的作用，学会制作路由表。掌握cp1w-cif41、cj1w-eip21、cj1w-ent21等以太网模块的使用，了解omron fins指令的通信和cj1w-eip21数据共享功能。

（4）、高数计数功能包括：接线，旋转编码器的原理及使用，plc的高数计数设置，高数计数的几种不同方式的原理及使用，高数计数中断功能，比较表登录比较等。

（5）、模拟量功能包括：了解数模转换和模数转换，平均值功能，峰值功能和谷值功能等。知道电流与电压的差异，懂得如何接线等。

（6）、中断功能包括：中断原理及作用。区分定时中断、外部i/o中断、高数计数中断、输入中断。

二部分：中型cj系列

1、了解cpu及各种模块硬件构成

（1）、cpu模块包括：cj1m/cj1g/cj1h以及cj2m/cj2h这几个系列cpu的功能，硬件结构，特点等。

（2）、了解其它各种模块的作用包括：i/o输入输出单元（cj1w-id211/261和cj1w-od211/261)、以太网模块（cj1w-etn21/cj1w-eip21)、位置控制单元（cj1w-nc113/213/413/133/233/433)、模拟量输入单元（cj1w-ad041/081)、模拟量输出单元（cj1w-da041/081)等。

2、控制功能（1）、伺服控制主要掌握cj1w-nc413的功能。包括：控制原理、接线、直接操作、存储器操作、学会cx-bbbbbbbb软件的使用。

（2）、网络控制主要掌握以太网控制和devicenet控制功能。以太网包括：cj1w-etn21与cj1w-eip21的差异、以太网通信原理、以太网通信特点、了解omron fins通信功能（掌握send/recv/cmnd等指令的使用）、了解cj1w-eip21的数据共享功能（掌握network configurater软件的的使用）。devicenet包括：cj1w-drm21模块的使用及接线、omron devicenet从站的数据共享配置、其它厂家devicenet从站的数据共享配置。

（3）、串口通信主要掌握cj1w-scu21/31/41模块的使用。了解协议宏功能以及cx-protocol软件的使用。

（4）、模拟量控制主要掌握cj1w-ad041/081和cj1w-da041/081模块的使用。

3、编程

（1）、了解cj系列的i/o及内存分配

（2）、学会创建i/o表

（3）、掌握梯形图编程、功能块的使用、sfc顺序功能图编程、st语言编程。

三部分：实验

（1）、触摸屏连接plc实验；

（2）、高数计数和中断功能实验；

（3）、模拟量控制变频器程序的编写与测试；

（4）、rs485通信方式控制变频器的程序编写与测试；

（5）、devicenet通信的实验；

（6）、小型plc与cj内置脉冲控制的动手实验；

（7）、nc单元的脉冲控制功能的动手实验；

（8）、pc-bbbb通信实验；

（9）、串口无协议通信txd、rxd指令程序的编写与测试；

（10）、以太网通信send/recv/cmnd指令程序的编写与测试；

（11）、温控器与plc通信实验。