西门子6AV2124-2DC01-0AX0型号介绍

型 号

输入点

输出点

可带扩展模块数

S7-200CPU221

6

4

—

S7-200CPU222

8

6

2个扩展模块

78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点

S7-200CPU224

14

10

7个扩展模块

168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点

S7-200CPU226

24

16

2个扩展模块

248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点

S7-200CPU226XM

24

16

2个扩展模块

248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点

类 型

型 号

输入点

输出点

数字量扩展模块

EM221

8

无

EM222

无

8

EM223

4/8/16

4/8/16

模拟量扩展模块

EM231

3

无

EM232

无

2

EM235

3

1

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%-20%的可扩展余量后，作为输人输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输人输出点数进行圆整。

2 、存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，另外再按此数的25%考虑余量。

3 、控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

3.1 运算功能
简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能;普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能;较复杂运算功能有代数运算、数据传送等;大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。

3.2 控制功能
控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用的智能输人输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。

3.3 通信功能
大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如TCP/IP),需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。

PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(RS-232C/422A/423/485), RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等;大中型PLC通信总线(含接口设备和电缆)应1:1冗余配置，通信总线应符合标准，通信距离应满足装置实际要求。

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PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1 Mbps，通信负荷不大于60 0 o o PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式:1) PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络;2)1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络;3) PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网;4)PLC网络(各厂商的PLC通信网络)

为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。

3.4 编程功能
PLC的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应用要求合理选用。离线编程方式:PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

在线编程方式:CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

5种标准化编程语言:顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD)三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(IEC61131-3 )，同时，还应支持多种语言编程形式，如C, Basi。等，以满足特殊控制场合的控制要求。

3.5 诊断功能
PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输人输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

3.6 处理速度
PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。

处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0. 2-0.4 /As，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期(处理器扫描周期)应满足:小型PLC的扫描时间不大于0. 5 ms/K;大中型PLC的扫描时间不大于0. 2 ms/K.

4 、机型的选择

4. 1 PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类;按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等
。从应用角度出发，通常可按控制功能或输人输出点数选型。

整体型PLC的1/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统;模块型PLC提供多种1/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的1/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

4.2 输入输出模块的选择

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输人输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输人模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点;可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。

可根据应用要求，合理选用智能型输人输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。

考虑是否需要扩展机架或远程1/O机架等。

4.3 电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220 V AC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。

如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输人和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二管或熔丝管隔离。

4.4 存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个1/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量大，档次高的存储器。

4.5 冗余功能的选择

4.5.1 控制单元的冗余
1)重要的过程单元:CPU(包括存储器)及电源均应1，1冗余。2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。

4.5.2 1/O接口单元的冗余
1)控制回路的多点1/O卡应冗余配置。2)重要检测点的多点1/O卡可冗余配置。3)根据需要对重要的1/O信号，可选用2重化或3重化的1/O接口单元。

4.6 经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，终选出较满意的产品。

输人输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，图1表示了总点数与价格的关系。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

3。2有多功能实时控制的功能
*过程控制进行优化的控制

由于能源或材料的成本很高的，对过程控制来说，工程师往往要对PID控制算法要进行优化，以地减少浪费。这些算法常常采用如模糊逻辑或神经网络等控制设计技术，从而可以大限度地降低过程控制的稳定时间。传统的PLC所能实现的PID控制算法并没有为特定的过程控制进行优化，若采用的控制算法不仅需要强大的浮点处理器，而且还要占用大量的内存，但若使用PAC平台则可以满足过程控制进行优化的要求。

*监控的实时分析
对机器运行进行监控的系统中，需要实时采集来自模拟或数字I/O通道的数据，从而能有效地检测故障状态。则可能需要进行实时的阶次跟踪和振动分析等复杂工作才能有效地检测机器的状况。然而对于这些应用，则可以使用PAC的平台来进行实时地分析工作。

*控制系统与数据库和网络连接
利用来自厂房内的实时数据，操作人员可以在控制室内根据所得的信息决策。然而，要使控制
系统具有输出现场数据的功能是很困难的。企业系统一般采用标准的ODBC，ADO和XML以获得来自自动化系统的数据。PLC只能通过标准的OPC进行通信，这意味着需要增加一台PC来采用OPC数据并使用如ODBC(开放数据厍互连)、ADO(数据自动化设计)和XML(可扩充描述语言)这样的标准把数据传送给企业。为了能有效地把现场数据传送到ERP系统中，控制系统能直接和外部数据库通信，据此，可以使用PAC来完成这些工作。

*网络传送数据对数据加密
在把控制系统与数据库和网络连接时，是需要考虑问题的。出于的利益，许多厂商选择不把自动化系统和企业数据库相连，但是对于大多数厂商而言，连接所带来的好处要远大于方面的顾虑。尽管可以对PLC加锁来防止他人入侵工厂的网络，但是由于PLC通过以太网发送非加密包，所以它并不适合用于防止入侵。PAC在通过网络传送数据时，可以对数据加密。尽管目前这还不是需要考虑的因素，但是在将来它将是厂房内分布式系统采用PAC的主要原因。

*多种速度与多个循环的确定性应用
PLC只能以固定的速度运行，而且它并不是为能以不同循环速率立进行处理所设计的。但如今，复杂的控制系统中常需要多种速率的确定性应用，它需要有多个循环，每个循环以不同的速率运行。这就要求能进行并行处理，而只有在PAC上运行的操作系统才具有这样的特性。
3。3灵活坚固的结构
*适合于工厂环境
选择PLC的一个常见原因是它能在工厂的环境下正常工作。然而，绝大部分PLC是安装在向列箱内。然而在这样的环境里，PXI平台附加的冷却装置，坚固的外表面和增强的抗冲击和振动指标都使系统具有和PLC相同的性。

*很强的扩展功能

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工程师很希望使用柔性的自动化系统来满足不断新的要求，所以他们需要控制系统具有模块化、灵活性和伸缩性。PLC系统由于受到了I／O的限制，只能在数字和运动方面具有伸缩性，而PAC不仅具有PLC的伸缩性，而且您还可以在系统上增加视觉，模块化仪器或高速模拟I／O。也可以通过以太网来使用多个PC并根据需要增加或减少PC的数目。

*新或换模块方便
对于现场工程师而言，大限度地减小故障时间是非常重要的。在对控制系统进行新或换I/O模块时，需要能地减少换或增加模块的工作量。PAC的模块化特性满足这方面的要求。

3.4控制器
*具备Pentium4处理器与G字节容量的RAM
由于采用了现有的硬件来构建基于PAC的系统，所以PAC控制器可使用Pentium4处理器并具备G字节容量的RAM，这样可满足对机器高速状态进行监控时需要高速的处理器和大容量内存的要求。

*信息存储功能
PAC则可以根据的时间、方式和数据格式来记录数据。如果无法保存和查看历史信息，那么信息还有什么用呢？而PLC传统上就缺乏数据记录的功能。

*数字I/O可以提供24V的电压，高达500mA的驱动电流和光学隔离
传统上，PLC平台的数字I/O只能为工业传感器和激励器提供标准的电压驱动电流。然而，新的如N1 651x系列模块的数字I/O则可以提供24V的电压，高达500mA的驱动电流和光学隔离，并且它还具有定时器，可编程电源启动状态，用于提高性和性的输入滤波器等特性，而成本只有每通道5美元。

*模拟输入速率可高达每秒200M
目前某些PLC也具有模拟I/O模块，但是它们的编程十分复杂而且不适合用于高分辨率和大数据量的应用。而PAC所提供的模拟输入速率可高达每秒200M并具有24位的分辨率，这主要由于PCI总线技术速度快的原因，故可采用基于PC平台来提供模拟I/O。

*高达8轴的运动方式
在各种平台中，特别是当您需要两轴运动方式时，软件起着主要的作用。在PXI平台上的运动控制器可以提供高达8轴的运动方式，而且可以使用NI运动助手对系统进行轻松地配置。

*视觉应用

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速率是在PLC平台上提供视觉功能的大障碍。目前，无论是要自动监测零件还是检验的包装，都可以在PXI平台上使用用于视觉应用的模拟、数字和FireWire摄像机。可以在控制程序中集成多种视觉算法，如模式匹配，光学字符识别，颜色匹配，规格和颜色检测。

*通过各种工业化的现场总线提供互联
和PLC类似，PAC可以通过各种工业化的现场总线提供互联，如FOUNDATION Fietdbus，DeviceNet，CAN，Modbus，Ethernet，Profibus，串口等。PAC不仅能作为分布式I／O模块的主控设备，而且也可以作为从属设备添加到已有系统中。
3。5软件
*实时操作系统

在PAC平台上可以使用如RTLinux，PharlapETS，QNX和VxWorks这些实时的操作系统(RTOS)。一般来讲，实时系统的编程很困难，但是使用如LabVIEW RT这样的软件可以变工程师开发实时系统的方式。现在工程师可以把bbbbbbs上开发的程序下载到实时运载平台上，如PXl控制器。

*HMI(人机接口)的图像显示
特别是在混杂和过程控制工业中，大多数控制系统需要一个能连接控制系统的人机界面。一个HMI(人机接口)由一个触摸屏组成，它可以包含一个嵌入式控制器也可以没有。由于基于PAC的系统考虑到了用于I/O的相同控制器的使用，所以也就不需要添加额外的嵌入式控制器来实现HMI的图像显示。

*容易的开发环境
虽然传统的梯形逻辑编程非常适合于数字I/O的编程，然而对于处理模拟I/O、运动或视觉这种编程方式则十分麻烦。PAC可以用通用的语言编写控制程序，为您提供了很大的灵活性，这些通用语言包括C，C++，VisuaI Basic，LabVIEW甚至是传统的梯形逻辑。
4、从上看出PAC与PLC功能之差异，其PAC可执行较多的任务:
*实时的振动分析、图像处理．运动控制和CAN；

*执行自动调节的PID控制，或可调增益的PID控制．模糊逻辑；

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*使用内置Web服务器、FTP服务器和e-mail功能进行通讯。

5、结束语
PAC是新一代PLC，其优势可概括PAC有五大特点：

*多种功能，在一个平台上至少有两个逻辑，运动，PID控制，驱动和处理功能；

*单一的多规程功能开发平台，采用通用的标记和单个数据库来访问所有的参数和功能；

*软件工具允许通过多台机器或处理单元处理流程来进行设计，可以结合IEC 61131—3，用户手册和数据管理；

*开放的模块化结构，反映了从工厂机器布置到加工车间中单元操作的工业应用；

*采用实际标准的网络接口、语言等，如TOP／IP，OPC，XML和SQL查询。

由于PAC能为您增加所需的PC功能以用于控制，实时分析或连接企业数据库，而且同时保持了PLC的性。如果您不只是需要集成数字I/O和运动控制，或者需要快的计算机处理能力的话，PAC可能是非常好的选择。为此，当今的工程师除了PLC控制外，其PAC不失为是一种选择，它正自动化领域。而PAC概念将在当今和未来的工厂自动化中发挥重要的作用。