西门子触摸屏6AV2124-0UC02-0AX1型号介绍

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是的,单片机是计算机,而plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的装置。单片机用起来没plc简单,不方便现场改动,而plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

1．plc是建立在单片机之上的产品，单片机是一种可编程的集成芯片，换句话来说，plc就是由单片机加上外围电路做成的 ，单片机开发式底层开发，比较麻烦，程序编写用汇编或者c语言比如延时用单片机做程序，要从晶振来计算，而plc就不一样，个厂家都提供一个编程软件，可以用梯形图编程，延时只需在里送一个数字而已。

2．单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，plc是单片机应用系统的一个特例，单片机可以开发各种智能仪表，比如温控仪，电视遥控器，豆浆机控制器，微波炉，智能玩具。

3．不同厂家的plc有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，通用性，性 ，plc是为工业开发的一种计算机。

4.单片机开发，一个单片机十几块到几十块，上百不等，但开发起来，麻烦。plc 的价格几百，几千，几万，但是开发，。性高。

我认为他们各有千秋，各有所长，从技术角度来看，他们采用的是一样的逻辑机理.但总不能在很简单的控制中用plc吧？比如计数器。有的地方只用一个你不可能花plc的钱做一个计数器的功能。在小而简的地方我主张用单片机，而在小而繁的地方我主张用plc，因为这样才能发挥出他的特长，在某些方面取长补短能发挥他们的优势。总的来说，这两种产品我们国家都不拥有技术，所以，大多用的国外的产品，很多东西我们自己不能改变，只能跟着人家走所以才出了个单片机和plc哪个有前途的问题。科技在前进没有什么哪个有前途哪个没前途的说法。

分析被控对象就是要详细分析被控对象的工艺流程，了解其工作特性。此阶段一定要与用户进行深入的沟通，确析的而准确。在控制系统设计时，往往需要达到一些特定的指标和要求，即满足实际应用或是客户需求。在分析被控对象时，考虑这些指标和要求。在的分析之后，就需要按照一定的原则，准确地用工程化的方法描述被控对象，为控制系统设计打好基础。

1.系统规模

根据被控对象的工艺流程、复杂程度和客户的技术要求确定系统的规模，可以分为大、中、小三种规模。确保硬件资源有一定裕量而不浪费。

小规模控制系统适用于单机或小规模生产过程，以顺序控制为主，信号多为开关量，且i/o点数较少（128点），精度和响应时间要求不高。一般选用s7-200就可达到控制要求。

中等规模控制系统适用于复杂逻辑和闭环控制的生产过程，i/o点数较多（128点到512点之间），需要完成某些特殊功能，如pid控制等。一般选用s7-300等。

大规模控制系统适用于大规模过程控制、系统和工厂自动化网络控制，i/o点数较多（512点），被控对象的工艺过程较复杂，对于精度和响应时间要求较高。应选用具有智能控制、高速通信、数据库、函数运算等功能的，如s7-400等。

2.硬件配置

根据系统规模和客户的技术对控制系统i/o点数进行估算。分析被控对象工艺过程，统计系统i/o点数和i/o类型。按照设备和生产区域的不同进行划分，明确各个i/o点的位置和功能。再加上10%～20%的备用量列出详细的i/o点清单。

3.软件配置

根据控制系统设计要求选择适合的软件，包括系统平台软件、编程软件。

上位机软件的选择。需考虑监控的点数限制；是否有报警显示、趋势分析、报表打印以及历史记录功能。

4.控制功能

要正确的进行控制系统的规模选择，要了解各家控制器的特性，比如性能参数、应用场合、行业解决方案，以及性和通用性等。如何选择一个控制系统，一般遵循以下几点：

控制系统是否需要冗余、i/o信号模块是否需要冗余、通讯是否需要冗余。

控制点数有多少，包括数字量输入和输出点数、模拟量输入和输出点数。

被控对象工艺是否复杂，是否需要实现特殊功能，比如防喘控制等。

系统正常运行时，控制器的负载率是否有足够的工作裕量；i/o信号点是否需要一定的余量。

针对数字信号，是否需要隔离；考虑输入信号的电压和电流等级；输出信号是否需要固态继电器输出。

针对模拟量信号，是否需要隔离栅；信号的类型，电压型还是电流型；电压和电流的测量范围。不一样的信号类型，需要选择不一样的i/o信号模块。

用于温度测量的信号模块，考虑是热电阻还是热电偶。

信号模块是否需要在线带电插拔换。如果需要，还需考虑附加特殊的背板插槽。

当系统和外部出现故障时，比如信号短路或锻炉，这时信号模块是否需要将输入输出信号自动切换到预先设置的值。如有要求，需考虑选用故障型的控制器和信号模块。

当需要和三方设备通讯时，需考虑通讯距离的长短，以及相应的通讯接口协议等，选用不同的通讯模块。

针对系统中的重要连锁信号，是否需要特殊的soe模块，来记录信号变化的时间先后顺序。

熟悉被控对象是设计控制系统的基础。只有深入了解被控对象以及被控过程，才能够提出合理科学的控制方案。

1）分析被控对象。详细分析被控对象的工艺流程，了解其工作特性。此阶段一定要与用户进行深入的沟通，确析得而准确。

2）画出工艺流程图。经过步，应对被控对象的整个工艺流程有了深入的了解，为了直观、简洁的表示，画出工艺流程图，为后面的系统设计做准备。

3）分析并明确控制任务。根据已经做好的工艺流程图，工程师可以把用户提出的控制要求转换为术语，对其逐一进行分解，并从控制的角度将其中的要求转化为多个控制回路。对于过程控制系统可用p&id图来表示其中的控制关系

2、系统概述：

该系统由四台大泵(22kw)与一台小泵(5.5kw)组成;plc部分由西门子可编程控制器s7-200系列的cpu226，文本显示器td200组成;变频器采用三菱fr-a540系列，功率22kw。

用户所需的生活用水压力、消防用水压力、运行方式等参数在td200文本显示器上设定，压力把用户管网压力转换为0-10v标准信号送进 plc模拟量模块em235，plc通过采样程序及pid闭环程序与用户设定压力构成闭环，运算后转换为plc模拟量输出信号送给变频器，调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。

该系统有各个泵的运行时间累计功能，通过plc的数据区保持可以断电记忆。每次起动时先起动1#小泵，当用水量过一台泵的供水能力时，plc 通过程序实现泵的延时上行切换，切换原则为当前未运行的大泵累计运行时间少的先投入;当压力过时，plc通过程序实现泵的延时下行切换，切换原则为当前正在运行的大泵运行时间多的先撤出。直到满足设定压力为止。追求的终目标为压力恒定。

当供水负载变化时，变频器的输出电压与频率变化自动调节泵的电机转速，实现恒压供水。

系统还可通过plc的实时时钟自动定时供水，用户在td200上设定每天多6段(段数也可设定)定时供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

系统可动态显示各种参数，如设定压力，运行压力，水位高度，运行方式，实时时间，日历，各个泵的运行时间累计(到秒)，运行状态，故障信息等等。为了不使系统中td200画面显得死板，在plc程序中控制td200中的画面定时切换，动态显示;

系统还有故障自诊断功能，各泵发生过载、缺相、短路、传感器断线、传感器短路、水位下限、水压高、水压低、变频器故障等，都会有声光报警，td200上同时显示故障类型，通知设备维修人员处理，并可记忆故障发生时间及班次，以便追查原因及相关责任。

3、工作原理：

3.1 自动手动方式

(1)手动运行时，可按下按钮起动停止水泵在工频状态下运行，脱离开plc及变频器的控制，该功能主要用在检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。

(2)自动运行时，全部泵的运行依程序自动工作。

上行过程：当在自动运行方式时，按下td200上的起动软健，系统先起动1#小泵，plc程序控制模拟量模块em235给定变频器一固定频率输出，此时若用 pid运算输出直接控制变频器则(设定压力大，运行压力为零，所以运算输出大)变频器依设定的上升时间运行，升速太快，系统冲击很大。等泵运行一会儿，管网压力积累后，再用pid运算输出控制变频器。具体时间和频率与管网系统有关，在现场调试时这两个参数在td200上设定调整。管网越大，时间越长。

当 1#小泵到达50hz后，系统压力仍偏低，则延时一段时间后，系统靠plc程序把1#泵切换到工频运行，同时由plc输出一个开关量给变频器的mrs端子，变频器瞬间禁止输出，此时plc把运行时间少的泵变频接通后，撤掉禁止输出，相应的泵变频起动运行;延时切断1#小泵，系统中相应的一台大泵变频运行，压力自动调节，若系统压力平衡，则频率稳定在一个相对的范围，若频率到达50hz后压力仍然偏低，则再投入一台大泵，比较剩下的泵的累计运行时间，时间少的投入，以此类推。注意，上行中，只要有一台大泵运行，则1#小泵要断开，大泵与小泵同时运行时，小泵的效率很低。

下行过程：当系统压力偏高，变频器运行在18hz左右(18hz以下泵的效率很低，经验值)时，plc程序判断运行在工频状态的泵累计运行时间 (若只有一台泵不作判断)，运行时间多的泵延时撤出，在撤出的瞬间，plc控制变频器运行频率在50hz，要不系统冲击过大，有水垂现象，延时一会儿后，再把 pid运算输出投入即可;以此类推。注意：下行过程中，到后一台大泵运行时，频率在18hz左右，系统压力仍然偏高时，则把1#小泵切换到变频运行。这种情况在夜间可能发生，当供水管网很大时，也许没有这个可能性。

三、注意事项：

1、该系统中有泵的工频变频上行切换，为了系统的快速响应，切换时间越短越好，切换时时间差很小，所以各个泵的变频接触器与工频接触器用可逆接触器，线路与plc程序中也要有互锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器造成危害。

2、变频器上行下行切换时间设定，如果设定值过大，则系统不能对管网的用水量做出反应;如果设定值过小，则可能引起系统频繁的投入泵，撤出泵的动作;为此，plc程序中增加判断设定压力与运行压力在临界切换状态时，只要不过允许的误差范围内，不做泵的切换。

3、变频器在上行切换时，要有瞬间禁止输出功能，变频器没有此功能可用自由停车功能;所以选择变频器时要注意这点。

归纳起来，主要有以下特点：

1．性高

plc用软件代替控制系统中大量的和，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了触点接触不良的可能性。另外，plc自身具有较强的自诊断能力，能及时出错信息，或停止运行等待修复。

plc主要模块都使用大规模或大规模。对cpu部件所需的+5v，采用多级滤波，并用集成稳压器进行调节。

plc对工作环境的要求低，在环境温度-20℃～65℃、相对湿度为35%～85%情况下，plc都可正常工作。

2．抗干扰能力强

i/o设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑止高频干扰，削弱各模块之间的干扰影响。在系统的输入/输出回路中，采用光电隔离等措施可有效防止回路间的信号干扰。

在plc中常采用“”来监视用户程序运行时间，以避免plc在执行程序过程中进入死循环或“跑飞”（plc执行非预定的程序）。只要循环时，就会报警或作相应处理。

plc软件定期检测外界环境，当plc检测到偶发性故障时，立即把当时状态存入存储器，禁止对存储器进行操作，以防止存储信息丢失。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。对程序及动态数据进行电池备份，停电后，利用备份电池供电，使有关状态及信息不会丢失。

3．编程简单、系统设计修改调试方便

现在使用多的plc编程语言是梯形图。它符合大多数工厂企业技术人员的读图习惯，语言形象直观，易学易用。plc采用软件方法取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线大大简化。用户程序可以在实验室模拟调试，减少了现场调试的工作量。若生产设备新或生产工艺流程改变，用户可通过修改其用户程序，从而可方便快速地适应工艺条件的变化。

4．模块化结构、通用性强，维护简单、维修方便

plc产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择，用户自己再进行设计和制作硬件装置。

即使plc出现故障，维修也很方便。plc具有很多故障提示信号，本身还可作为故障情况记录，易于诊断。诊断出故障后可按模块查找，只需简单换模块即可。

plc是将微应用于工业设备的产品，其结构紧凑、体积小、能耗低，重量轻。plc与继电器控制电路相比，体积减小95%以上，功耗减少70%以上。

存储器按照存储方式可以分为随机存储器( ram)和只读存储器(rom)。plc内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。

(1)系统程序存储器用来存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数等。这是plc正常工作的基本保证。系统工作程序是由plc生产厂家编制、安装并固化的。

注意：系统程序存储器直接关系到plc的性能，不能由用户直接存取。出于这种性方面的考虑，plc的系统程序存储器都采用rom、eprom等用户不能进行修改的存储器。

(2)用户程序存储器是用来存放用户程序的。用户程序由用户编制，通过编程器输入。所谓“编程”就是编写plc用户程序。用户通过编制用户程序，控制生产过程。

通常plc产品资料中所指的存储器容量就是用户程序存储器。部分plc用户程序存储器盼存储容量是以“步”为单位进行计算。plc中的一步，指的是plc一条基本逻辑运算指令所占用的存储器容量。不同的plc，每步对应的实际存储器字节数是有所不同的。

用户程序一旦调试完成，除非设备的控制要求发生改变，才需要重新设计编写plc程序，否则使用者一般不需要改程序。

(3)内部数据存储器是用来存放plc程序执行的中间状态与信息的。plc程序的中间处理结果等信息均存储在存储器中。内部数据存储器的存储容量与plc规模和指令系统有关。plc的规模越大，指令系统越复杂，内部数据存储器的存储容量也就越大。

内部数据存储器的状态在plc程序执行过程中发生动态改变，所以采用动态ram进行存储，其内容在关机时自动。但由于设备连续工作或断电恢复的需要，部分内部数据存储器可以用电池保持。

简单讲，上电时，启动执行，然后进入plc扫描过程。从用户观点，plc扫描过程就是从输入模块读取状态信号放入过程映像区，然后开始调用循环。如果有事件产生中断，则调用相应的块（功能）进行处理。后把过程映像输出表送输出模块。plc可以被看作是在系统软件支持下的一种扫描设备，一直在循环扫描并执行系统软件设计好的。

plc整个扫描过程可以分为内部处理、通信服务、输入采样、用户程序执行、输出刷新5个阶段。

(1)内部处理阶段

内部处理阶段也称为系统自检阶段。内部处理过程是运行plc内部系统的管理程序，在这个阶段，plc完成硬件自检工作和将监控定时器复位等内部工作。如果通过自检，则执行后续功能，否则发出报警信号。该程序是生产厂家在plc出厂时就已经固化的，一般比较固定，与用户的控制程序无直接关联，其运行时间与用户程序运行时间相比要短的多。

(2)通信服务阶段

在通信服务阶段，处理链接服务功能。主要是plc建立、处理与远程i/o、上位计算机、其他联网plc、编程器以及各种智能装置的通信链接。当然，只有在系统中已配置了远程i/o和其他链接单元时，才进行此阶段工作。

(3)输入采样阶段

plc以扫描的方式工作，输入电路时刻监视着输入信号，按顺序将信号读入寄存输入状态的输入映像寄存器中存储，每一输入点都有一个对应的存储其信息的寄存器。输入寄存器与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序来实现。plc内存有专门开辟的存放输入信息的映像区。这个区的每一个对应位( bit)称为输入，或称软接点。这些位置为1，表示接点通，为0表示接点断。由于其状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。这个过程称为输入采样。该采样结果将在plc执行程序时被使用。

(4)用户程序执行阶段

plc的用户程序由若干条指令组成，plc从条指令开始，按顺序逐条对用户程序进行扫描。用户程序一般从输入映像寄存器、内部寄存器和输出映像寄存器中读取所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的写入输出映像寄存器中暂存。

(5)输出刷新阶段

在执行完所有用户程序后，plc将输出映像寄存器中的内容送到输出寄存器中，并通过输出电路产生相应的输出，再去驱动用户设备。

为了便于理解plc程序的执行过程，通常也可近似的认为plc的扫描工作过程为3个基本阶段：输入采样、用户程序执行、输出刷新。plc在运行模式时，扫描工作是不断重复的，也就是说，以上3个阶段是不断重复的，其输入和输出存储器不断被刷新。由于这个过程是停止地循环反复，所以，输出总是反映输入变化的。只是响应时间，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制就不会及时，也就失去控制意义。为此，plc的工作速度要。速度快、执行指令时间短，是plc实现控制的基础。事实上，plc的速度是很快的，执行一条指令，长则几微秒、几十微秒，短则零点几或零点零几微秒，而且这个速度还在不断提高。

同一个系统在各次扫描周期中，随着条件的不同，执行程序的时间会有变化，因为程序执行过程中，变量状态的不同，部分程序段可能不执行。

程序循环扫描一次的时间，不仅与每条指令执行的时间有关，而且与程序中所用的指令类型、指令条数有关。

可编程控制器是一种工业控制计算机，它的工作原理是与计算机工作原理基本一致，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。

是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在plc运行时，cpu从条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回条指令开始新的一轮扫描。plc的工作过程包括内部处理、通信处理、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段，如图所示。全过程扫描一次所用的时间称为扫描周期或工作周期。

图plc的工作过程

在内部处理阶段，plccpu模块内部各硬件是否正常。

在通信处理阶段，cpu自动检测各通信接口的状态，处理通信请求。

plc有两种工作状态，即停止(stop)状态和运行(run)状态。当plc处于停止(stop)状态时，只完成内部处理和通信处理工作。当plc处于运行(run)状态时，还要完成其他三个阶段。

cpu在处理程序时，输入信号不是直接从输入点读取的，运算结果也并不直接送到实际输出点。在plc的存储器中，设置了两个映像寄存器：输入映像寄存器和输出映像寄存器，用于存放输入信号和输出信号的状态。输入映像寄存器和输出寄存器统称i/o映像寄存器。

plc的程序执行过程一般分为输入处理、程序执行和输出处理三个阶段。

(1)输入处理阶段

在输入处理阶段，plc以扫描方式依次地读人所有输入状态和数据，并将它们存入输入映像寄存器中。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，由于输入映像寄存器与外界隔离，即使输入状态和数据发生变化，输入映像寄存器的状态和数据也不会改变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。因此不会造成运算结果的混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

(2)程序执行阶段

在用户程序执行阶段，根据plc梯形图程序扫描原则，plc按先左后右，先上后下的顺序逐句扫描。然后根据逻辑运算的，刷新输出映像寄存器的状态，输出映像寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。在用户程序执行过程中，只有输入点在输入映像寄存器内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在输出映像寄存器的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生变化。因扫描是从上到下顺序进行，所以程序执行结果会对后面的程序起作用，影响后面程序的执行结果；而后面扫描的结果却不能影响的扫描结果，只能到下一个扫描周期才能对上面的程序起作用。

(3)输出处理阶段

当所有指令执行完毕后，plc就进入输出刷新阶段。输出映像寄存器的状态被送至输出锁存器中，并通过一定的方式（、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

(4) plc循环扫描工作的特点

在一个扫描周期内，输入状态在输入采样阶段进行．输出状态在输入刷新阶段才被送出，这种方式称为集中采样、集中输出。

①定时集中采样。plc对输入端子的扫描只是在输入处理阶段进行，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态端进行新的扫描。这种定时集中采样的工作方式，保证了cpu执行程序时和输入端子隔离断开，输入端的变化不会影响cpu的工作，提高了plc的抗干扰能力。

②集中输出。plc在一个工作周期内，其输出暂存器中的数据跟随输出指令执行的而变化，而输出锁存器中的数据一直保持不变，直到输出阶段才对输出锁存器的数据刷新。这种集中输出的工作方式使plc在执行程序时，输出锁存器一直与输出端子处于隔离断开状态，从而也保证了plc的抗干扰能力，提高了plc的性。

一般小型plc采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但从根本上提高了系统的抗干扰能力．系统的性强。对大中型plc，由于i/o点数多，控制功能强，采用可变的扫描顺序，可以采用分时分批地进行顺序扫描，提高系统的响应速度，缩短扫描周期。

选型基本原则是在满足功能的前提下，选择、维护方便、性价比优。通常从以下几个方面考虑：

一是结构的选择。plc按结构分为整体型和模块型两类。整体型是将plc各组成部分集装在一个机壳内。这种结构紧凑、体积小、价格低．但i/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由框架和各模块组成，各模块插在相应插槽上，通过总线连接。这种结构构成灵活、安装、扩展维修方便．提供多种i/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i/o点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

二是输入/输出点数（i/o点数）的选择。i/o点数是指plc所能接入的输入/输出信号的大数量，是重要的一项技术指标。plc按i/o点数分为小型plc（256点以下）、中型plc（256～1024点之间）、大型plc（2046点以上）、大型plc（8192点以上）。在选用plc时，要根据控制对象的i/o点数要求确定机型，i/o点数包括主机的i/o点数和大扩展点数。通常i/o点数是根据控制对象输入、输出信号的实际需要，再加上10%～15%的裕量来确定。

三是内存容量的选择。一般以plc所能存入用户程序的多少来衡量。在plc中程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一“步”），一“步”占一个地址单元，一个地址单元占两个字节。如一个内存容量为1000步的plc，内存为2kb。为保证plc的正常运行，一般要求plc的存储器容量，按256个i/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。

四是运行速度的选择。一般以执行1000条基本指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。cpu运行速度越快，则扫描周期越短，系统响应越快。

五是功能模块的选择。特殊功能模块可完成某一特殊的专门功能．其数量的多少、功能的强弱是衡量plc产品水平高低的一个重要标志。特殊功能模块主要有a/d和d/a转换模块、高速计数模块、位置控制模块、pid控制模块、远程通信模块等。

六是通信功能的选择。plc系统的通信网络主要有下列几种形式：①pc为主站，多台同型号plc为从站，组成简易plc网络；②1台plc为主站，其他同型号plc为从站，构成主从式plc网络；③plc网络通过特定网络接口连接到大型中作为dcs的子网；④plc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、、）通信处理器。