1.4 部分品牌PLC简介

1.4.1 西门子PLC

1. 西门子S7-200系列PLC

S7-200系列PLC是德国西门子公司设计和生产的一类小型PLC。S7-200系列的最小配置为8DI/6DO，可扩展2～7个模块，最大I/O点数为64DI/64DO、12AI/4AO。它具有功能强大（许多功能已经能够达到大、中型PLC的水平）、体积小、价格低廉等很多优点。

S7-200推出的CPU22*系列PLC（它是CPU21*的替代产品）系统具有多种可供选择的特殊功能模块和人机界面（HMI），所以其系统容易集成，并且可以非常方便地组成PLC网络。它同时拥有功能齐全的编程和工业控制组态软件，因此，在设计控制系统时更加方便、简单，可以完成大部分的功能控制任务。

S7-200系列PLC属于小型机，采用整体式结构。因此，配置系统时，当I/O端口数量不足时，可以通过扩展端口来增减I/O的数量，也可以通过扩展其他模块的方式来实现不同的控制功能。S7-200系列PLC由于带有部分I/O单元，既可以单机运行，又可以扩展其他模块运行。其特点是结构简单、体积较小，具有比较丰富的指令集，能实现多种控制功能，具有非常好的性价比，所以广泛应用于各个行业之中。

CPU22*系列PLC的主机，即CPU模块的外形图如图1-17所示。该模块包括一个CPU、数字I/O、通信口及电源，这些器件都被集成到一个紧凑独立的设备中。该模块的主要功能是，采集的输入信号通过CPU运算后，将生成结果传给输出装置，然后输出点输出控制信号，驱动外部负载。

2. 西门子S7-300/400系列PLC

S7-300系列为中、小型PLC，最多可扩展32个模块；而中高档性能的S7-400系列（图1-18），最多可扩展300多个模块。S7-300/400系列PLC均采用模块式结构，各种单独模块之间可以进行广泛的组合和扩展。它的主要组成部分有机架（或导轨）、电源模块、CPU模块、接口模块、信号模块、功能模块和通信处理器模块。品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便。当系统规模扩大和更为复杂时，可以增加模块，对PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力，使其应用十分灵活。近年来，它被广泛应用于机床、纺织机械、包装机械、通用机械、控制系统、普通机床、楼宇自动化、电器制造工业及相关产业等诸多领域。

1. 电源模块；2. 状态开关（钥匙操作）；3. 状态和故障LED；4. I/O模块；5. 接口模块；6. CPU2；7. FM 456-4（M7）应用模块；8. 存储器卡；9. M7扩展模块；10. 带标签的前连接器；11. CPU1；12. 后备电池

SIMATIC S7-300/400系列PLC提供了多种不同性能的CPU模块，见表1-2，以满足用户不同的要求。各种CPU有不同的性能，如有的CPU模块集成有数字量和模拟量I/O点，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU模块前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）等。

表1-2　S7-300/400系列PLC的CPU单元

信号模块是数字量I/O模块和模拟量I/O模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配，S7-300/400系列PLC的信号模块见表1-3。

表1-3　S7-300/400系列PLC的信号模块

功能模块主要用于实时性强、存储计数量较大的过程信号处理任务，S7-300/400系列PLC的功能模块见表1-4。

表1-4　S7-300/400系列PLC的功能模块

3. 西门子S7-1200系列PLC

S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC（图1-19），可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、人机界面和网络通信等任务。其具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能，可实现简单但高度精确的自动化任务。S7-1200控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能强大、投资安全并且完全适合各种应用。

S7-1200系列PLC可实现最高标准工业通信的通信接口，以及一整套强大的集成技术功能，使该控制器成为完整、全面的自动化解决方案的重要组成部分。人机界面基础面板的性能经过优化，旨在与这个新控制器及强大的集成工程组态完美兼容，可确保实现简化开发、快速启动、精确监控和最高等级的可用性。

S7-1200系统有5种不同模块，分别为CPU 1211C、CPU 1212C、CPU 1214C、CPU1215C和CPU1217C。其中的每一种模块都可以进行扩展，以完全满足用户的系统需要。可在任何CPU的前方加入一个信号板，轻松扩展数字或模拟量I/O，同时不影响控制器的实际大小。可将信号模块连接至CPU的右侧，进一步扩展数字量或模拟量I/O容量。CPU 1212C可连接2个信号模块，CPU 1214C、CPU 1215C和CPU 1217C可连接8个信号模块。最后，所有的S7-1200 CPU控制器的左侧均可连接多达3个通信模块，便于实现端到端的串行通信。

所有的S7-1200硬件都有内置的卡扣，可简单方便地水平或竖直安装在标准的35mm DIN导轨上。这些内置的卡扣也可以卡入到已扩展的位置，当需要安装面板时，可提供安装孔，并使S7-1200为各种应用提供实用的解决方案。所有的S7-1200硬件都经过专门设计，以节省控制面板的空间。例如，经过测量，CPU 1214C的宽度仅为110 mm，CPU 1212C和CPU 1211C的宽度仅为90 mm。结合通信模块和信号模块的较小占用空间，在安装过程中，该模块化的紧凑系统节省了宝贵的空间。

S7-1200具有用于进行计算和测量、闭环回路控制和运动控制的集成技术，用于速度、位置或占空比控制的高速输出，是一个功能非常强大的系统，可以实现多种类型的自动化任务。S7-1200控制器集成了两个高速输出，可用作脉冲序列输出或调谐脉冲宽度的输出。当作为PTO进行组态时，以高达100 kHz的速度提供50%的占空比脉冲序列，用于控制步进电动机和伺服驱动器的开环回路速度和位置。S7-1200使用其中两个高速计数器在内部提供对脉冲序列输出的反馈。当作为PWM输出进行组态时，将提供带有可变占空比的固定周期数输出，用于控制电动机的速度、阀门的位置或发热组件的占空比。

西门子S7-1200支持控制步进电动机和伺服驱动器的开环回路速度和位置，使用轴技术对象和国际认可的PLCopen运动功能块，在工程组态软件西门子STEP 7 Basic中可轻松组态该功能。S7-1200除了“home”和“jog”功能，也支持绝对移动、相对移动和速度移动。

使用完全集成的新工程组态STEP 7 Basic，并借助SIMATIC WinCC Basic对S7-1200进行编程。STEP 7 Basic的设计理念是直观、易学和易用。这种设计理念可以使用户在工程组态中实现最高效率。一些智能功能，如直观编辑器、拖放功能和“IntelliSense”（智能感知）工具，能使工程进行地更加迅速。STEP 7 Basic中随附的驱动调试控制面板，简化了步进电动机和伺服驱动器的启动和调试操作。它提供了单个运动轴的自动控制和手动控制，以及在线诊断信息。

西门子S7-1200最多可支持16个PID控制回路，用于简单的过程控制应用。借助PID控制器技术对象和工程组态西门子STEP 7 Basic中提供的支持编辑器，可轻松组态这些控制回路。另外，西门子S7-1200支持PID自动调整功能，可自动为节省时间、积分时间和微分时间计算最佳调整值。西门子STEP 7 Basic中随附的PID调试控制面板，简化了回路调整过程。它为单个控制回路提供了自动调整和手动控制功能，同时为调整过程提供了图形化的趋势视图。

4. 西门子S7-1500系列PLC

S7-1500是S7-300/400的升级换代产品。S7-1200/1500与S7-300/400的程序结构相同，用户程序由代码块和数据块组成。其中，代码块包括组织块、函数和函数块，数据块包括全局数据块和背景数据块。

S7-1200/1500与S7-300/400、S7-200的指令有较大的区别。S7-1200/1500的指令包含S7-300/400的库中的某些函数、函数块、系统函数和系统函数块。S7-1200的指令集是S7-1500指令集的子集。S7-1200/1500的指令集的功能比S7-300/400的更强，表达方式更为简洁。例如，S7-1200/1500的“转换值”指令CONVERT（CONV）的输入、输出参数可以设置为十多种数据类型，包含S7-300/400多条指令的功能。

S7-1200/1500的CPU均有PROFINET以太网接口，通过该接口可以与计算机、人机界面、PROFINET I/O设备和其他PLC通信，支持多种通信协议。S7-1200/1500还可以实现PROFIBUS-DP通信。S7-1200与S7-1500具有很多相同的通信功能，其组态和编程方法相同。S7-1500的通信功能更强大一些。

S7-1500不是通过扩展机架，而是通过分布式I/O进行扩展。S7-1500有标准型、工艺型、紧凑型、高防护等级型，具有分布式和开放式、故障安全型CPU和基于PC的软控制器，CPU带有显示屏。ET 200SP CPU兼备S7-1500的功能，其身形小巧、价格低廉。

S7-1200与S7-1500的诊断功能和诊断方法基本上相同，S7-1500还可以用CPU的显示屏进行诊断。

S7-1500带有多达3个PROFINET接口。其中，两个端口具有相同的IP地址，适用于现场级通信；第三个端口具有独立的IP地址，可集成到公司网络中。通过PROFINET IRT，可定义响应时间并确保高度精准的设备性能。

S7-1500中提供一种更为全面的安全保护机制，包括授权级别、模块保护及通信的完整性等各个方面。“信息安全集成”机制除了可以确保投资安全，还可持续提高系统的可用性。加密算法可以有效地防范未经授权的访问和修改。这样可以避免机械设备被仿造，从而确保了投资安全。可通过绑定SIMATIC存储卡或CPU的序列号，确保程序无法在其他设备中运行。这样程序就无法复制，而且只能在指定的存储卡或CPU上运行。访问保护功能提供一种全面的安全保护功能，可防止未经授权的项目计划更改。S7-1500采用为各用户组分别设置访问密码，确保具有不同级别的访问权限。此外，安全的CP 1543-1模块的使用，更是加强了集成防火墙的访问保护。系统对传输到控制器的数据进行保护，防止对其进行未经授权的访问。控制器可以识别发生变更的工程组态数据或来自陌生设备的工程组态数据。

S7-1500中集成有诊断功能，无须再进行额外编程。统一的显示机制可将故障信息以文本方式显示在TIA、人机界面、Web Server和CPU的显示屏上。只需单击，无须额外编程操作，即可生成系统诊断信息。整个系统中集成有包含软硬件在内的所有诊断信息。无论是在本地还是通过Web远程访问，文本信息和诊断信息的显示都完全相同，从而确保所有层级上的投资安全。接线端子/LED标签的1∶1分配，在测试、调试、诊断和操作过程中，通过对端子和标签进行快速便捷的显示分配，节省了大量操作时间。发生故障时，可快速准确地识别受影响的通道，从而缩短了停机时间，并提高了工厂设备的可用性。TRACE功能适用于所有CPU，不仅增强了用户程序和运动控制应用诊断的准确性，同时还极大地优化了驱动装置的性能。

S7-1500中可将运动控制功能直接集成到PLC中，而无须使用其他模块。通过PLCopen技术，控制器可使用标准组件连接支持PROFIdrive的各种驱动装置。此外，S7-1500还支持所有CPU变量的TRACE功能，提高调试效率的同时优化了驱动和控制器的性能。通过运动控制功能可连接各种模拟量驱动装置及支持PROFIdrive的驱动装置。同时该功能还支持转速轴和定位轴。其运动控制功能最多支持20个速度控制轴、定位轴和外部编码器，有高速计数和测量功能。运动控制功能支持速度控制轴、定位轴和外部编码器工艺对象。S7-1500 CPU集成的PID控制器有PID参数自整定功能，PID 3步（3-step）控制器是脉冲宽度控制输出的控制器，此外还有适用于带积分功能的外部执行器（如阀门）的PI步进控制器。

如图1-20所示，S7-1500采用模块化结构，各种功能皆具有可扩展性。每个控制器中都包含有以下组件：一个CPU（自带液晶显示屏），用于执行用户程序；一个或多个电源；信号模块，用作输入、输出；相应的工艺模块和通信模块。

1.4.2 三菱PLC

1. 三菱FX系列PLC

FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型PLC，已逐步替代三菱公司F系列PLC产品。近几年又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，实现了微型化和产品多样化，具有较高的性能价格比。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构，并且有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，在工程实际中应用广泛。

如图1-21所示，FX系列PLC产品包括FX1S/1N/2N/3U 4种基本类型，适合于大多数单机控制的场合，是三菱公司PLC产品中用量最大的一种PLC系列产品。在FX1S/1N/2N/3U 4种基本类型中，PLC性能依次提高，特别是用户程序存储器容量、内部继电器、定时器、计数器的数量等方面均依次大幅度提高。在通信功能方面，FX1S系列PLC一般只能通过RS-232、RS-485、RS-422等标准接口与外部设备、计算机及PLC之间进行数据通信。FX1N/2N/3U系列产品则在FX1S的基础上增加了现场AS-i接口通信功能与CC-Link网络通信功能。另外，FX1N/2N/3U还可以与外部设备、计算机及PLC之间进行网络数据的传输，通信功能得到进一步的增强。

2. 三菱Q系列PLC

如图1-22所示，Q系列PLC是三菱公司从原A系列PLC基础上发展过来的中、大型PLC系列产品，具有节省空间、节省配线、安装灵活、更强的CC-Link网络功能、兼容性优良等优点，从而在过程控制领域得到了广泛的应用。

Q系列PLC采用了模块化的结构形式，系列产品的组成与规模灵活可变，最大I/O点数可以达到4096点；最大程序存储器容量可达252KB，采用扩展存储器后可以达到32MB；基本指令的处理速度可以达到34ns；其性能水平居世界领先地位，可以适合各种中等复杂机械、自动生产线的控制场合。

Q系列PLC的基本组成包括电源模块、CPU模块、基板、I/O模块等。根据控制系统的需要，系列产品有多种电源模块、CPU模块、基板、I/O模块可供用户选择。通过扩展基板与I/O模块可以增加I/O点数，通过扩展存储器卡可增加程序存储器容量，通过各种特殊功能模块可提高PLC的性能，扩大PLC的应用范围。

Q系列PLC可以实现多CPU模块在同一基板上的安装，CPU模块之间可以通过自动刷新来进行定期通信或通过特殊指令进行瞬时通信，以提高系统的处理速度。特殊设计的过程控制CPU模块与高分辨率的模拟量I/O模块，可以适应各类过程控制的需要，最大可以控制32轴的高速运动控制CPU模块，可以满足各种运动控制的需要。计算机信息处理CPU（合作生产产品）可以对各种信息进行控制与处理，从而实现顺序控制与信息处理的一体化，以构成最佳系统。利用冗余CPU、冗余通信模块与冗余电源模块等，可以构成连续、不停机工作的冗余系统。

Q系列PLC配备有各种类型的网络通信模块，可以组成最快速度达100Mbit/s的工业以太网、25Mbit/s的MELSEC NET/H局域网、10Mbit/s的CC-Link现场总线网与CC-Link/LT执行传感器网，强大的网络通信功能为构成工厂自动化系统提供了可能。

3. 三菱L系列PLC

L系列PLC机身小巧，集高性能、多功能及大容量于一体。CPU具备双核9.5ns的基本运算处理速度和260KB的程序容量，最大I/O可扩展8 129点。内置定位、高速计数器、脉冲捕捉、中断输入、通用I/O等功能，集众多功能于一体。硬件方面，内置以太网及USB接口，便于编程及通信，配置了SD存储卡，可存放最大4GB的数据。无须基板，可任意增加不同功能的模块。

L系列PLC除通常的定位模块外，还包括简易运动控制模块，可实现同步控制、凸轮控制、速度/转矩控制等高级运动控制。其中，简易运动模块包括LD77MS2、LD77MS4、LD77MS16（表1-5）；定位模块包括LD75D4-CM、LD75D2-CM、LD75D1-CM、LD75P4-CM、LD75P2-CM、LD75P1-CM（表1-6）。