数控工程学院毕业设计论文 2.1.3 PLC的应用领域
最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大，主要用于开关量控制；用于模拟量控制；用于数字量控制；用于数据采集；用于进行监控；用于联网、通讯。
事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，一些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它。
PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。
2.1.4 S7-200PLC的介绍
德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMATIC S3 系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被应用到可编程控制器中，产生了SIMATIC S5 系列，取代了S3系列，之后在二十世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。
从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型PLC发展经历了两代： 第一代产品其CPU模块为CPU 21X，主机都可以进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。
第二代产品其CPU模块为CPU 22X，是在二十一世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通讯能力，它具有四种不同结构配置的CPU单元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可以加扩展模块。
SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分组成如图2.3所示：
图2.3 S7-200 PLC组成框图
1)硬件
基本单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备
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数控工程学院毕业设计论文 2)工业软件
工业软件是为更好的管理和使用这些设备而开发的与之配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几类构成。 a、 CPU介绍及I/O系统（如表2.1）
表2.1 不同种类CUP的I/O对比
型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226
主机输出类型 DC继电器 DC继电器 DC继电器 DC继电器
主机输入点数(I)
6 8 14 24
主机输出点数(O)
4 6 10 16
可扩展模块数
无 2 7 7
b、主机外形
SIMATIC S7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图2.4所示。
c、基本结构特点
图2.4 CPU结构外形图 4种CPU各有晶体管输出(直流输出)和继电器输出（交、直流输出）两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如下表2.2：
表2.2 各种CPU输出电压、电流的对比
CPU
类型
电源电压
输入电压
输出电压
输出电流
DC输出 DC输入
CPU221
继电器输出 DC输入
24VDC 24VDC 24VDC 0.75A，晶体管
85-264VAC 24VDC
24VDC 24-230VAC
2A，继电器
CPU221 CPU221 CPU221
DC输出 24VDC 24VDC 24VDC 0.75A，晶体管
继电器输出 85-264VAC 24VDC
24VDC 24-230VAC
2A，继电器
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数控工程学院毕业设计论文 d、S7-200之间的PPI通信
PPI协议是专门为S7-200开发的通信协议。S7-200CPU的通信口（Port0、Port1）支持PPI通信协议，S7-200的一些通信模块也支持PPI协议。Micro/WIN与CPU进行编辑通信也通过PPI协议。
S7-200CPU的PPI网络通信是建立在RS-485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备与其它RS-485网络一致。
S7-200 CPU之间的PPI网络通信只需要两条简单的指令，它们是网络读（NETR）和网络写（NETW）指令。在网络读/写通信中，只有主站需要调用NETR/NETW指令，从站只需编辑处理数据缓冲区（取用或准备数据）。
在S7-200系统中，无论是组成PPI、MPI、还是Profibus-DP网络用到的主要部件都是一样的。
e、扩展模块以及功能模块 (1)功能模块扩展
当需要完成某些特殊功能的控制系统，CPU主机可以扩展特殊功能模块，一般是特殊功能模块有SM253位置控制模块，EM241调制解调器模块等。
(2)输入输出扩展
S7-200PLC的CPU所提供的本机I/O点和I/O地址是固定的，进行扩展时可以在CPU右边连接多个扩展模块连接。
每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编制方法就是同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无及所处的位置不影响本类型模块的编号。
最大I/O配置的预算需考虑映像寄存器数量及电流提供能力。各CPU能提供的最大5VDC电流如下表。
表2.3 各种CPU的最大扩展电流的对比
CPU型号 最大扩展电流（mA）
221 0
222 340
224 660
226 1000
SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列出色表现在以下几个方面：
极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化
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数控工程学院毕业设计论文 控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
此次毕业设计选用CPU226,CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统，如图2.5所示。
图2.5 CPU226的外形图 2.2 传感器
2.2.1 传感器的简介以及分类
人是靠视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉这些感觉器官来接受外界信息的，而一台光机电一体化的自动设备在运行中也有大量的信息需要准确地被“感受”，以使设备能按照设计要求实现自动化控制，自动化设备用于“感受”信息的装置就是传感器。传感器是实现自动化的关键技术之一。
1)传感器的组成
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件、转换元件和转换电路及辅助电源部分组成。
a、敏感元件，是传感器中能直接感受或响应被测量的部分。
b、转换元件，是传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适用于传输或测量的电信号的部分。
c、转换电路，是将转换元件输出的电参量转换成电压、电流或频率量的电路。 d、辅助电源，是用于提供传感器正常工作能源的电源。传感器的组成如图2.6所示
2）常用传感器的分类
图2.6 传感器的组成
作为实现传感功能的基本器件，传感器的分类方法很多，
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数控工程学院毕业设计论文 a、按传感器能量变换关系进行分类
按能量变换关系，传感器分为发电型传感器和参量型传感器。 b、按传感器输入量(即被测参数)进行分类
按输人量分类，传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等。
c、按传感器的输出量进行分类
按输出量分类，传感器可分为模拟式传感器和数字式传感器两类。模拟式传感器是指传感器的输出信号为模拟量，数字式传感器是指传感器的输出信号为数字量。
d、按传感器工作原理进行分类
按传感器的工作原理为依据分类，可分为电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热电式传感器等。 2.2.2 传感器工作原理及应用
1）电感式接近开关
a、电感式接近开关的基本工作原理
电感式传感器为信号发生器，它被用于在加工机械，机器人，生产线 以及传送带系统中检测和功能相关 的动作,并将检测结果转换成电信号。它是以非接触的方式工作的。当有金属物体接近规定的感应距离时，传感器会发出一个电信号。电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感器。
（1）高频振荡型电感式接近开关
它以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。
（2）差动线圈型电感式接近开关
它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测线圈，另一个电感线圈作为比较线圈；由于被测金属物体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而引起检测线圈中磁通的变化，检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行比较，然后利用比较后的磁通差，经由传感器的信号调理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检测的目的。
b、电感式接近开关的分类 （1）按工作电源的性质进行分类
①流型：采用交流电源供电，用于交流控制回路。 ②流型：采用直流流电源供电，用于直流控制回路。 （2）按接线方式进行分类
①二线制 ②三线制 ③四线制 ④五线制 ⑤ 六线制 （3）按触点的性质分类
①常开式 ②常闭式 ③ 常开与常闭混合式
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