西門子S7-1200介紹

西門子S7-1200小型PLC具有集成PROFINET接口、強大的集成工藝功能和靈活的可擴展性等特點為各種工藝任務提供了簡單的通信，被廣泛地應用于汽車、電子、電池、物流、包裝、暖通、智能樓宇和水處理等行業。

本節圍繞S7-1200PLC安裝與接線，來介紹PLC的產生、定義、應用領域、特點、硬件組成、工作原理及安裝與接線。

一、PLC的產生與發展

1968年美國通用汽車公司（GM）提出研制一種新型控制器的要求：

（1）編程簡單，可在現場修改程序；

（2）維護方便，好是插件式；

（3）可靠性高于繼電器控制柜；

（4）體積小于繼電器控制柜；

（5）可將數據直接送入管理計算機；

（6）在成本上可與繼電器控制柜競爭；

（7）輸入可以是交流115V（即用美國的電網電壓）；

（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅動電磁閥；

（9）通用性強，擴展方便；

（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4KB。

1969年，美國數字設備公司（DEC）研制出了世界上臺可編程序控制器，并應用于通用汽車公司的生產線上。

二、PLC的主要品牌

國產PLC主要為中小型，具有代表性企業的產品有：無錫信捷電氣有限公司生產的XC、XD、XG及XL系列，深圳市矩形科技有限公司生產的N80、N90及CMPAC系列，南大傲拓科技江蘇股份有限公司生產的NJ200小型PLC、NJ300中型PLC、NJ400中大型PLC、NA2000智能型PLC等，深圳市匯川技術股份有限公司生產的HU系列小型PLC（H2U系列、H3U系列、H5U系列）、AM600系列中型PLC等多種產品已具備了一定的規模并在工業產品中獲得了應用。

近年來，國產PLC發展非常迅猛，盡管目前我國國產PLC與歐美、日本等發達國家的PLC仍有一定的差距，但是，我們相信，通過國人的不懈努力，在不久的將來我們將迎頭趕上甚至超越。

三、PLC發展的趨勢

1. 產品規模向大、小兩個方向發展。
2. 向高性能、高速度、大容量發現發展。
3. 向模塊智能化方向發展。
4. 向網絡化方向發展。
5. 向標準化方向發展。

四、PLC的定義

國際電工委員會（IEC）1987年在PLC標準草案第3稿中定義：

可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。中文名稱為可編程序控制器；英文名稱為Programmable Logic Controller，簡稱PLC。五、PLC的特點及應用領域

1. 可靠性高，抗干擾能力強。
2. 編程簡單、使用方便。
3. 功能完善、通用性強。 
4. 設計安裝簡單、維護方便。 
5. 體積小、重量輕、能耗低，易于實現機電一體化。

六、PLC的分類6.1 按點數分類

6.2 按結構分類

七、PLC的基本組成與工作原理
7.1 PLC的硬件組成

PLC的硬件主要由CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口電路、電源、通信接口、擴展接口等部分組成。

圖為PLC硬件組成示意圖

7.2 輸入輸出接口電路

圖為直流輸入接口電路（漏型）

圖為繼電器輸出接口電路（數字量輸出）

 圖為場效應管輸出接口電路（數字量輸出）

7.3 PLC的軟件組成

7.4 編程語言

7.4.1 梯形圖（LAD）

7.4.2 功能塊圖（FBD）

7.4.3 結構化控制語言（SCL）

八、S7-1200的工作原理
8.1 CPU的工作模式

圖為S7-1200 CPU啟動和運行機制示意圖

8.1.1 CPU的啟動操作

階段A：將物理輸入的狀態復制到過程映像輸入區（I）。

階段B：將過程映像輸出區（Q）初始化為零、上一值或替換值將 PB（Profibus）、PN（Profinet） 和 AS-i（Actuator sensor interface） 輸出設為零。

階段C：將非保持性 M 存儲器和數據塊初始化為其初始值，并啟用組態的循環中斷事件和時鐘事件。執行啟動OB。

階段D：（整個啟動階段）將中斷事件保存到中斷隊列，以便在RUN模式進行處理。

階段E：啟用將過程映像輸出區（Q）到物理輸出的寫入操作。

8.1.2 CPU在RUN模式下執行的動作

①將過程映像輸出區（Q）寫入物理輸出。

②將物理輸入的狀態復制到過程映像輸入區（I）。

③執行程序循環 OB。

④執行自檢診斷。

⑤在掃描周期的任何階段處理中斷和通信。

8.2 CPU的工作過程
PLC 絕大多數時間工作在循環掃描的方式下，其過程可簡略劃分為輸入、程序執行、寫輸出三個階段。

圖為PLC的工作過程九、S7-1200PLC的硬件系統S7-1200的硬件結構主要由CPU、信號板(可以給CPU增加I/O)、信號模塊、通信模塊和編程軟件組成。圖 S7-1200PLC硬件結構9.1 CPU模塊

①電源接口    

②存儲卡插槽    

③可拆卸用戶接線連接器    

④板載I/O的狀態LED

⑤集成以太網口（PROFINET 連接器位于CPU底部）            

⑥運行狀態

①電源端子；

②傳感器電源端子；

③信號板蓋板（此處用于安裝信號板，安裝時拆除蓋板）；

④數字量輸入端子；

⑤模擬量輸入端子；

⑥存儲卡插槽 ；

⑦輸入狀態LED指示燈； 

⑧輸出狀態LED指示燈；

⑨數字量輸出端子； 

⑩PROFINET（LAN）接口；

?網絡狀態LED指示燈；

?CPU運行狀態LED指示燈。

CPU模塊：CPU內可以安裝一塊信號板，集成的PROFINET接口用于與編程計算機、HMI、其他PLC或其他設備通信。9.1.1 CPU技術性能指標
圖為S7-1200 PLC系列CPU的性能指標9.1.2 CPU的3種版本

圖為S7-1200 CPU的3種版本9.2 S7-1200PLC的信號板

圖為信號板SB(signal board)

圖為S7-1200PLC的信號板9.3 信號模塊

信號模塊：DI、DQ、AI、AQ模塊統稱為信號模塊SM，安裝在CPU模塊的右邊，多可以擴展8個信號模塊。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸出模塊用來控制輸出設備和執行器。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。

圖為信號模塊SM(signal module)

9.4 通信模塊

通信模塊：通信模塊安裝在CPU模塊的左邊，多可以安裝3塊通信模塊。可以使用的通信模塊有工業遠程通信模塊、PROFIBUS通信模塊、點到點通信模塊、AS-接口模塊等。

圖為通信模塊CM(communication module)

9.5 S7-1200PLC的指示燈

十、集成的Profinet接口

Profinet是基于工業以太網的現場總線，CPU集成的PROFINET接口可以與計算機、其他S7 CPU、PROFINET I/O設備和使用標準的TCP協議的設備通信。該接口使用具有自動交叉網線功能的RJ45連接器，支持TCP/IP、ISO-on-TCP、UDP、S7和Modbus TCP通信協議。波特率10M/100 Mbit/s。

十一、學習TIA博途的建議

一定要動手操作軟件，建議一邊看書一邊打開有關的例程，進行仿真操作。