西门子欧姆龙PLC及指令系统

1第四章其它常用PLC及指令系统PLC的产品种类和规格繁多，制造商也很多，其产品各有千秋，但总体而言，所有PLC的结构组成和工作原理是基本相同的，使用方法、基本指令和一些常用的功能指令也基本相同，只在表达方式上略有差别。当掌握了一种PLC的功能和应用之后，学习其它PLC是非常容易的。考虑目前国内PLC的实际使用状况和各学校实验设备的现状，本章介绍使用广泛的OMRON公司C系列PLC产品和西门子公司S7系列PLC产品的基本结构和指令系统，供选择学习和参考，与FX系列相同和类似的内容本章不再作介绍。第一节OMRONC系列PLC概述一、概述日本OMRON（立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。SYSMACC系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。OMRONC系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型。叠装式（或称紧凑型）结构的微型机以CJ型机最为典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构。具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O扩展可实现10~140点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM型机是OMRON产品用户目前选用最多的小型机系列产品。OMRON中型机以C200H系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型号产品。中型机在程序容量，扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可配置更完善的接口单元模块，如模拟量I/O模块、温度传感器模块、高速记数模块、位置控制模块、通讯联接模块等。可以与上位计算机、下位PLC机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。在一般的工业控制系统中，小型PLC机要比大、中型机的应用更广泛。在电气设备的控制应用方面，一般采用小型PLC机都能够满足需求。本书将以OMRON公司CPM1A小型机为例作简要介绍。二、CPM1A系列PLC的硬件配置（一）CPM1A小型机的组成与所有小型机一样，CPM1A系列PLC采用整体式结构，内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。1．基本单元2CPM1A系列整体式PLC的基本单元又称主机单元，内含CPU，可以单独使用，是PLC控制系统不可缺少的部分，其外部连接口主要有I/O接线端子、各种外连插座或插槽，以及各种运行信号指示灯等部分。I/O接线端子可直接用来连接控制现场的输入信号（开关、按钮等）和被控执行部件（接触器、电磁阀等），总的I/O端子数量就称I/O点数，CPM1A系列整体式CPU可分作10点、20点、30点、40点。在CPM1A系列PLC主机面板上有两个隐藏式插槽。一个是通讯编程器插槽，插接手持式编程器即可进行编程和现场调试，或配接一个专用适配器RS-232即可与个人计算机（PC机）连接，在Windows系统平台下可直接用梯形图进行编程操作，大大改进了编程环境，并可以进行实时监控和调试。另一个是I/O扩展插槽，可用于连接I/O扩展单元。CPU主机面板上设有若干LED指示灯，其灯亮、闪烁表示单元状态见表4-1：表4-1CPU主机面板LED指示灯状态指示LED显示状态POWER（绿）亮电源接上灭电源切断RUN（绿）亮运行/监视模式灭编程模式或停止异常过程中ERROR/ALARM（红）亮发生故障闪烁发生警告灭正常时COMM（橙）闪烁与外设端口通信中灭上述以外2．I/O扩展单元I/O扩展单元主要用于增加PLC系统的I/O点数以满足实际应用的需要，I/O扩展单元与CPU单元相似，体积稍小。它没有CPU，不能单独使用，只有I/O扩展插槽而没有通信编程器插槽。在它的左右两侧设有I/O连接插座，当CPU单元需要扩展I/O点数时，可直接采用带扁平电缆的插头连接即可。输入、输出端子分别连接输入或输出电路，其对应LED显示灯亮、灭分别表示输入或输出的接通状态。扩展单元的I/O点数分别为12点/8点，只有I/O为30点和40点的CPU单元才能扩展，且最多连接3个I/O扩展单元。3．编程器CPM1A系列小型机可采用多种编程设备进行编程，在现场调试和编程比较常用的是手持式编程器。这种编程器体积小、结构紧凑、便于携带。它通过连接电缆直接插入编程器槽，在距主机一定距离处即可进行编程。利用手持式编程器可进行用户程序的输入，修改，调试以及对系统运行情况进行监控等操作。手持式编程器只能用助记符号指令输入程序，而不能直接显示梯形图。CPM1A系列PLC也可以采用计算机进行编程和实时监控，OMRON公司SYSMACC3系列PLC配备专用编程软件CX-Programmer。（二）CPM1A小型机的主要性能指标1．主要性能参数CPM1A机型的主要性能参数见表4-2，表中所列I/O点数为主机本身所带输入输出（I/O）点数和连接扩展单元后所能达到的最大输入输出点数（I/O点数）。表4-2OMRONCPM1A的主要性能参数特性10点I/O20点I/O30点I/O40点I/O结构整体式指令条数基本指令：14种，功能指令：77种，计135个处理速度基本指令：0.72~16.3μs，功能指令：MOV指令=16.3μs程序容量2048字最大I/O点数仅本体10点20点30点40点扩展时——50、70、90点60、80、100点输入继电器00000～00915(000～009CH)不作为输入输出继电器使用的通道可作为内部辅助继电器输出继电器01000～01915(010～019CH)内部辅助继电器512位：IR20000～23115（200～231CH）特殊辅助继电器384位：23200～25515（232～255CH）保持继电器320位：HR0000～1915（HR00～19CH）暂存继电器（TR）8位：（TR0～7）定时/计数器128点：TIM/CNT000～127数存储器：（DM）读/写：1024字（DM0000～1023）只读：512字（DM6144～6655）输入量主要逻辑开关量输出方式继电器、晶体管、可控硅联网功能I/OLink、HostLink(C200、CS1还可PCLink)工作电源AC100～240V或DC24V、50/60Hz2．CPM1A系列PLC的输入/输出特性CPM1A属于小型的PLC，一般用于逻辑量的控制系统，因此输入，输出主要是开关量信号。其输入特性和输出特性分别见表4-3和表4-4所示。表4-3CPM1A系列机型输入特性（CPU单元，扩展I/O单元）规格表项目规格线路图电源电压DC24V、+10%、-15%表4-3图输入阻抗IN00000~00002：2kΩ其它：4.7kΩ输入电流IN00000~00002：12mATYP其它：5mATYPON电压最小DC14.4V4OFF电压最大DC5.0VON响应时间1～128ms以下（缺省8ms）注OFF响应时间1～128ms以下（缺省8ms）注注：实际ON/OFF响应时间通过PLC系统的设置可切换为1ms、2ms、4ms、8ms、16ms、32ms、64ms、128ms表4-4CPM1A系列机型输出特性规格表继电器输出（CPU单元，扩展I/O单元）：项目规格电路图最大开关能力AC250V、2ADC24V、2A表4-4图1最小开关能力DC5V、10mA继电器寿命电气性电阻负载30万次感性负载10万次机械性2000万次ON响应时间15ms以下OFF响应时间15ms以下晶体管输出（CPU单元，扩展I/O单元）：项目规格电路图最大开关能力DC24V、300mA表4-4图2最小开关能力10mA漏电流0.1mA以下残余电压1.5V以下ON响应时间0.1ms以下OFF响应时间1.0ms以下3．CPM1A系列PLC的使用条件CPM1A系列PLC由日本工业化标准JIS进行严格考核，能够适应较恶劣的工业生产环境，其各项规格指标见表4-5所示。当然，不同型号的PLC之间在性能上仍会有某些不同。另外，各种扩展外设也会有相应的型号特性，具体使用可查阅有关手册。表4-5CPM1A系列PLC的规格指标项目10点I/O20点I/O30点I/O40点I/O电源电压AC电源型AC100~240V，50/60HzDC电源型DC24V允许电压范围AC电源型AC85~264VDC电源型DC20.4~26.4V5功率消耗AC电源型30VA以下60VA以下DC电源型6W以下20W以下冲击电流30A以下60A以下供给外部电源（仅AC型）供应电压DC24V电源输出容量200mA300mA绝缘电阻AC端子与机壳之间20MΩ以上（DC500V兆欧表）耐压AC电源端子与机壳之间AC2300V、50/60Hz、一分钟漏电流10mA以下抗震动标准10~57Hz震幅0.075mm，在X、Y、Z方向各80分钟抗冲击15G，在X、Y、Z方向各3次使用环境温度/湿度0~55C/10~90%RH重量AC电源型400g以下500g以下600g以下700g以下DC电源型300g以下400g以下500g以下600g以下扩展I/O单元300g以下三、CPM1A系列PLC的编程元件与所有PLC一样，CPM1A内部的“软继电器”可以将用户数据区按继电器的类型分为7大类区域：即I/O继电器区、内部辅助继电器区、专用继电器区、暂存继电器区、定时/计数继电器区、保持继电器区、和数据存储继电器区。区域中的每一位继电器都有“0”或“1”两种状态，而且这些继电器是可以通过程序被寻址访问，所以把这类继电器称为“软”继电器。OMRON公司的系列PLC采用“通道”（CH）的概念来标识数据存储区中的各类继电器及其区域，即将各类继电器及其区域划分为若干个连续的通道，PLC则是按通道号对各类继电器进行寻址访问的。CPM1A型PLC的数据区继电器通道号分配见表4-6。每一个通道包含16个位（即二进制位），相当于16个继电器。用五位十进制数字就表示一个具体的继电器及其触点号。例如00001表示000通道的第01号继电器；01001表示010通道的第01号继电器等等。其中的通道号表示了继电器的类别。CPM1A的继电器类型及通道号区表示如下：表4-6数据区继电器通道号分配表名称点数通道号继电器地址功能输入继电器160点（10字）000～009CH00000～00915能分配给外部输入输出端子的继电器（没有使用的输入输出通道可用作内部辅助继电器使用）输出继电器160点（10字）010～019CH01000～01915内部辅助继电器512点（32字）200～231CH20000～23115程序中能自由使用的继电器特殊辅助继电器384点（24字）232～255CH23200～25507具有特定功能的继电器暂存继电器8点TR0～7在回路的分叉点上，暂时记忆ON/OFF状态的继电器6保持继电器320点（20字）HR00～19CHHR0000～1915程序中能自由使用，且断电时也能保持断电前的ON/OFF状态的继电器辅助记忆继电器256点（16字）AR00～15CHAR0000～1515具有特定功能的继电器链接继电器256点（16字）LR00～15CHLR0000～15151:1连接中作为输入输出用的继电器（也可用作内部辅助继电器）定时器/计数器128点TIM/CNT000～127定时器、计数器共用相同号数据内存(DM)可读/写1002字DM0000～0999DM1022～1023以字为单位（16位）使用，断电时保持数据DM1000～1021不作为存放异常历史时可作为常规的DM自由使用DM6144～6599、DM6600～6655不能在程序中写入（可用外围设备设定）。异常历史存放区22字DM1000～1021只读456字DM6144～6599PC系统设置区5