据说是史上最全的PLC选型总结——你们觉得呢

导语

在plc系统设计时，首先应确定系统方案，下一步工作就是PLC的设计选型。选择PLC，主要是确定PLC的生产厂家和PLC的具体型号。对于系统方案要求有分布式系统、远程I/O系统，还需要考虑网络化通讯的要求。那么具体应该如何选择PLC呢?笔者认为应该有以下几方面的内容。

一、PLC生产厂家

确定PLC的生产厂家，主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司的产品，不应该存在可靠性不好的问题。

笔者个人认为，一般来说，对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合，配套日本的PLC产品，相对来说性价比有一定优势。对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式控制系统、远程I/O系统，欧美生产的PLC在网络通讯功能上更有优势。另外对于一些特殊的行业(例如：冶金、烟草等)应选择在相关行业领域有投运业绩、成熟可靠的PLC系统。

二、输入输出（I/O）点数

PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应以控制设备所需的所有I/O点数的总和为依据。在一般情况下，PLC的I/O点应该有适当的余量。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，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。

三、存储容量

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，微信公众号PLC工程师能拿资料能涨知识能提技能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。 PLC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。

四、控制功能

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。

(一)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运算和其他高级运算功能。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。还有的要显示数据时需要译码和编码等运算。

(二)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，有时也采用专用的智能输入输出微信公众号PLC工程师能拿资料能涨知识能提技能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。

（三)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（RS2232C/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，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。

PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。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）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。

PLC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。

(四)编程功能

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。

五种标准化编程语言 ：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（IEC6113123），同时还应支持多种语言编程形式，如C、Basic、Pascal等，以满足特殊控制场合的控制要求。

(五)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与外部输入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。

(六)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0.2～0.4μs，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0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于 0.2ms/K。

五、PLC机型

PLC的类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类。

整体型PLC的I/0点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。这一类PLC的代表有：西门子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的CPM1A系列等。

模块型PLC提供多种I/O模块可以在PLC基板上插接，方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的I/O点数。因此，模块型PLC的配置比较灵活，一般用于大中型控制系统。例如西门子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、欧姆龙公司的CVM1系列等。

六、各种模块选择 (一)数字量I/O模块

数字量输入输出模块的选择应考虑应用要求。例如对输入模块，应考虑输入信号的电平、传输距离等应用要求。输出模块也有很多的种类，例如继电器触点输出型、AC120V/23V双向晶闸管输出型、DC24V晶体管驱动型、DC48V晶体管驱动型等。

通常继电器输出输出型模块具有价格低廉、使用电压范围广等优点，但是使用寿命较短、响应时间较长、在用于感性负载时需要增加浪涌吸收电路；双向晶闸管输出型模块响应时间较快适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。

另外，输入输出模块按照输入输出点数又可以分为：8点、16点、32点等规格，选择时要根据实际的需要合理配备。

(二)模拟量I/O模块

模拟量输入模块，按照模拟量的输入信号类型可以分为：电流输入型、电压输入型、热电偶输入型等。电流输入型通常的信号等级为4～20mA或0～20mA；电压型输入模块通常信号等级为0～10V、-5V～+5V等。有些模拟量输入模块可以兼容电压或电流输入信号。

模拟量输出模块同样分电压型输出模块和电流型输出模块，电流输出的信号通常有0～20mA、4～20mA。电压型输出信号通常有0~0V、-10V~+10V等。

模拟量输入输出模块，按照输入输出通道数可以分为2通道、4通道、8通道等规格。

(三)功能模块

功能模块包括通讯模块、定位模块、脉冲输出模块、高速计数模块、PID控制模块、温度控制模块等。选择PLC时应考率到功能模块配套的可能性，选择功能模块涉及硬件与软件两个方面。

在硬件方面，首先应考虑功能模块可以方便的和PLC相连接，PLC应该有相关的连接、安装位置与接口、连接电缆等附件。在软件上，PLC应具有对应的控制功能，可以方便的对功能模块进行编程。例如三菱的FX系列PLC通过“FROM”和“TO”指令可以方便的对相应的功能模块进行控制。

七、 冗余功能

(一)控制单元冗余

1、重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1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。

(二)I/O接口单元冗余

1、控制回路的多点I/O卡应冗余配置。

2、重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。

一般原则

在PLC型号和规格大体确定后，可以根据控制要求逐一确定PLC各组成部分的基本规格与参数，并选择各组成模块的型号。选择模块型号时，应遵循以下原则。

(一)经济性

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，最终选出较满意的产品。

输入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。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。

(二)方便性

一般说来，作为PLC，可以满足控制要求的模块往往有很多种，选择时应以简化线路设计、方便使用、尽可能减少外部控制器件为原则。微信公众号PLC工程师能拿资料能涨知识能提技能 例如：对于输入模块，应优先选择可以与外部检测元件直接连接的输入形式，避免使用接口电路。对于输出模块，应优先选择能够直接驱动负载的输出模块，尽量减少中间继电器等元件。

(三)通用性

进行选型时，要考虑到PLC各组成模块的统一与通用，避免模块种类过多。这样不仅有利于采购，减少备品备件，同时还可以增加系统各组成部件的互换性，为设计、调试和维修提供方便。

(四)兼容性

选择PLC系统各组成模块时，应充分的考虑到兼容性。为避免出现兼容性不好的问题，组成PLC系统的各主要部件的生产厂家不宜过多。如果可能的话，尽量选择同一个生产厂家的产品。

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本书作者

张跟华 ，从事工业自动控制相关工作15年，高级工程师，目前就职于某科技公司担任项目经理。在工业控制领域有自己的建树，

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本书目录

第1章　PLC编程基础1

1.1　PLC概述1

1.1.1　PLC工作原理1

1.1.2　西门子S7-1200 PLC介绍2

1.2　硬件介绍2

1.2.1　模块概述2

1.2.2　CPU模块功能3

1.2.3　CPU选型4

1.2.4　CPU支持的块5

1.3　PLC数据访问6

1.3.1　数据存储6

1.3.2　访问PLC中的数据7

1.3.3　组态IO9

1.4　数据类型介绍10

1.4.1　基本数据类型11

1.4.2　结构数据类型（Struct）13

1.4.3　PLC数据类型（UDT）15

1.4.4　数组数据类型（ARRAY）17

1.4.5　系统数据类型（SDT）19

1.4.6　参数数据类型（Variant）20

1.4.7　日期和时间数据类型（DTL）22

1.4.8　指针数据类型 25

第 2 章　博途TIA软件入门28

2.1　软件概述与安装28

2.1.1　软件安装对系统的要求28

2.1.2　与其他STEP产品的兼容性29

2.1.3　所支持的虚拟系统29

2.1.4　博途V15.1软件的安装30

2.2　博途软件界面介绍33

2.2.1　Portal视图33

2.2.2　项目视图34

2.3　项目树35

2.4　程序编译和下载37

2.5　程序上传40

2.5.1　设备作为新站上传程序40

2.5.2　已知设备型号，上传软件程序41

2.6　程序比较43

第 3 章　S7-1200 PLC编程基本指令46

3.1　位逻辑指令46

3.1.1　指令说明46

3.1.2　应用示例49

3.2　定时器指令 49

3.2.1　生成脉冲定时器指令50

3.2.2　接通延时定时器指令50

3.2.3　关断延时定时器指令51

3.2.4　时间累加器指令52

3.2.5　应用示例：电机星形转三角形启动53

3.3　计数器指令54

3.3.1　加计数器指令54

3.3.2　减计数器指令55

3.3.3　加减计数器指令56

3.3.4　应用示例：饮料装箱程序57

3.4　比较指令59

3.4.1　指令说明59

3.4.2　应用示例：养殖场自动清洗程序59

3.5　数学函数指令60

3.5.1　计算指令61

3.5.2　数学函数指令说明61

3.5.3　应用示例：编写模拟量运算程序64

3.6　数据移动指令65

3.7　移位和循环指令66

3.7.1　指令说明66

3.7.2　应用示例：流水灯控制程序67

3.8　数据转换指令68

3.8.1　指令说明68

3.8.2　应用示例：温度传感器控制69

3.9　字逻辑运算指令70

第 4 章　组织块、函数块和数据块 73

4.1　组织块73

4.1.1　组织块的概念73

4.1.2　组织块的功能74

4.1.3　组织块的类型75

4.1.4　组织块的创建76

4.2　数据块77

4.2.1　数据块的概念77

4.2.2　数据块的创建78

4.2.3　数据块的访问80

4.2.4　数据块的优化访问80

4.3　函数和函数块82

4.3.1　函数的概念82

4.3.2　函数块的概念82

4.3.3　函数和函数块的区别83

4.3.4　函数或函数块的创建83

第 5 章　S7-PLCSIM仿真软件的使用84

5.1　S7-PLCSIM软件简介84

5.2　精简视图和项目视图86

5.2.1　精简视图86

5.2.2　项目视图86

5.2.3　在精简视图和项目视图之间进行切换87

5.2.4　分离仿真和项目87

5.2.5　启动和停止仿真 87

5.2.6　仿真状态89

5.2.7　仿真PLC与真实PLC之间的区别89

第 6 章　以太网通信及应用示例99

6.1　PROFINET接口简介99

6.2　PROFINET通信100

6.2.1　PROFINET通信介绍100

6.2.2　PROFINET的3种传输方式101

6.2.3　S7-1200 PLC PROFINET的通信能力101

6.2.4　PROFINET通信应用示例102

6.3　开放式用户（TCP）通信105

6.3.1　TCON指令105

6.3.2　TSEND指令108

6.3.3　TRCV指令110

6.3.4　应用示例112

6.4　Modbus TCP通信121

6.4.1　Modbus TCP概述121

6.4.2　Modbus TCP通信的特点121

6.4.3　Modbus TCP客户端通信示例122

6.5　ISO on TCP通信125

6.5.1　ISO on TCP通信概述125

6.5.2　ISO on TCP通信应用示例125

6.6　S7通信134

6.6.1　S7通信概述134

6.6.2　S7通信应用示例135

第 7 章　串行通信及应用实例139

7.1　模块介绍139

7.2　PtP接线方式141

7.3　PtP通信指令介绍143

7.4　Modbus RTU协议介绍145

7.4.1　Modbus功能代码145

7.4.2　指令说明146

7.4.3　Modbus RTU通信示例155

第 8 章　S7-1200与HMI通信163

8.1　HMI介绍163

8.2　HMI画面制作165

第 9 章　PID控制器应用实例170

9.1　S7-1200 PID功能概述170

9.2　创建PID指令171

9.3　如何选择PID指令174

9.4　PID Compact V2指令介绍175

9.5　调用PID Compact V2的步骤178

9.5.1　基本设置179

9.5.2　过程值设置180

9.5.3　高级设置181

9.6　PID自整定功能186

9.6.1　功能介绍186

9.6.2　PID_3Step V2指令介绍189

9.6.3　S7-1200 PID_3Step V2组态步骤及设置194

第 10 章　S7-1200与G120变频器进行USS通信201

10.1　USS概述201

10.1.1　USS协议介绍201

10.1.2　USS协议的通信数据格式202

10.2　USS通信原理与函数块编程203

10.2.1　S7-1200 PLC与G120通过USS通信的基本原理203

10.2.2　USS函数块编辑204

10.2.3　工程实例208

第 11 章　S7-1200与智能仪表通信215

11.1　SENTRON PAC3200仪表介绍215

11.2　SENTRON PAC3200与S7-1200进行通信217

第 12 章　创建数据日志225

12.1　数据日志的指令概述225

12.2　创建数据日志226

12.2.1　操作步骤226

12.2.2　完整程序232

第 13 章　工程案例分析234

13.1　案例1：运动控制234

13.1.1　对轴进行组态237

13.1.2　控制程序241

13.2　案例2：水箱水位控制系统246

13.3　案例3：电梯控制系统255

13.4　案例4：伺服电机控制系统263

13.5　案例5：物料分拣控制系统273

参考文献283

本文摘自《西门子S7-1200 PLC编程与应用实例》，获出版社和作者授权发布。

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