基于西門(mén)子S7-1200 PLC與三菱FX2NPLC彩燈閃爍電路比較研究

楊 浩，張 兵

(1.洛陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000； 2.南陽(yáng)農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 南陽(yáng) 473000)

0 引言

可編程控制器(PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子裝置，專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。采用可編程序存儲(chǔ)器在其內(nèi)部存儲(chǔ)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)首先研制成功第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用成功，從而實(shí)現(xiàn)PLC控制生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制。美國(guó)研制成功后，日本于1971年研制成功并開(kāi)始生產(chǎn)應(yīng)用PLC，西歐國(guó)家也于1973年研制成功并開(kāi)始生產(chǎn)PLC。我國(guó)相對(duì)于西方國(guó)家，PLC研制生產(chǎn)稍晚，于1974年開(kāi)始研制。PLC在近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的時(shí)間里得到迅猛發(fā)展。PLC的發(fā)展為自動(dòng)化水平的提升起到巨大的推動(dòng)作用。目前，世界上PLC生產(chǎn)廠家主要有德國(guó)的西門(mén)子(SIEMENS)、瑞士的ABB、美國(guó)的GE、法國(guó)的施耐德(SCHNEIDER)、日本的歐姆龍(OMRON)和三菱(MITSUBISHI)。按照國(guó)際相關(guān)組織研究數(shù)據(jù)顯示，目前世界上的PLC應(yīng)用占比主要為德系和日系。德系主要為西門(mén)子，日系主要為三菱[1]。

選取西門(mén)子PLC和三菱PLC中的代表產(chǎn)品西門(mén)子S7-1200 PLC與三菱FX2NPLC作為應(yīng)用對(duì)象，通過(guò)對(duì)比兩者在閃爍電路控制中的應(yīng)用，對(duì)歐美系PLC和日系PLC的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究，便于應(yīng)用人員在工程應(yīng)用中根據(jù)自己實(shí)際需要，合理選擇合適的PLC。

1 西門(mén)子PLC和三菱PLC簡(jiǎn)介

西門(mén)子PLC。西門(mén)子公司作為一家具有170年歷史的電氣設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，在世界自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要地位。1973年，德國(guó)西門(mén)子研制出歐洲第一臺(tái)可編程邏輯控制器，型號(hào)為SIMATICS4。SIMATIC可編程控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。西門(mén)子PLC自問(wèn)世以來(lái)，先后研發(fā)出多種系列產(chǎn)品，SIMATIC控制器從S3系列發(fā)展到S7系列。按照產(chǎn)品推出時(shí)間順序，主要有LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500。西門(mén)子S7系列PLC體積小，速度快，標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。

三菱PLC。日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的三菱PLC在20世紀(jì)80年代風(fēng)靡一時(shí)。三菱電機(jī)20世紀(jì)80年代推出的F系列小型PLC在20世紀(jì)90年代初被F1系列和F2系列取代，后來(lái)推出的FXo、FX0s、FX0N和FX2N等系列實(shí)現(xiàn)了微型化和多品種化，可滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要。

2 閃爍電路的控制要求

通過(guò)對(duì)比西門(mén)子S7-1200 PLC與三菱FX2NPLC的閃爍電路，為分析西門(mén)子PLC和三菱PLC奠定示例基礎(chǔ)。閃爍電路的控制要求如下：設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)，使彩燈每隔2 S閃爍一次。

3 西門(mén)子S7-1200 PLC與三菱FX2N PLC閃爍電路程序編寫(xiě)

為便于分析西門(mén)子PLC和三菱PLC在應(yīng)用中的區(qū)別，在西門(mén)子S7-1200 PLC和三菱FX2NPLC分別編寫(xiě)閃爍電路[2]。西門(mén)子S7-1200 PLC使用博途軟件進(jìn)行編程。在軟件中首先建立項(xiàng)目，然后在梯形圖中設(shè)置啟動(dòng)按鈕I0.0，同時(shí)設(shè)置兩個(gè)接通延時(shí)定時(shí)器(TON)T0、T1。在接通延時(shí)定時(shí)器T0、T1中，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為2s，從而實(shí)現(xiàn)彩燈每隔2 s閃爍一次的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)編寫(xiě)的用戶(hù)程序進(jìn)行驗(yàn)證。彩燈以4 s為周期進(jìn)行閃爍，梯形圖編寫(xiě)正確，能實(shí)現(xiàn)控制要求。西門(mén)子S7-1200 PLC閃爍電路梯形圖如圖1所示。

圖1 西門(mén)子S7-1200 PLC閃爍電路梯形圖Fig.1 Ladder diagram of Siemens S7-1200 PLC illumination circuit

三菱FX2NPLC使用GX Developer編程軟件進(jìn)行編程。在GX Developer中，首先建立項(xiàng)目，之后在梯形圖中進(jìn)行用戶(hù)程序編寫(xiě)。設(shè)置啟動(dòng)按鈕X0，同時(shí)使用T0和T1定時(shí)器，設(shè)置定時(shí)時(shí)間2 S，從而實(shí)現(xiàn)彩燈每隔兩秒鐘閃爍一次的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)編寫(xiě)的用戶(hù)程序進(jìn)行驗(yàn)證。彩燈以4 s為周期進(jìn)行閃爍，梯形圖編寫(xiě)正確，能實(shí)現(xiàn)控制要求。三菱FX2NPLC閃爍電路梯形圖如圖2所示。

圖2 三菱FX2N PLC閃爍電路梯形圖Fig.2 Ladder diagram of Mitsubishi FX2N PLC illumination circuit

4 分析與比較

通過(guò)在西門(mén)子S7-1200 PLC和三菱FX2NPLC中編寫(xiě)閃爍電路控制程序，對(duì)比分析二者在應(yīng)用中的區(qū)別[3]。相同點(diǎn)：第一，編程語(yǔ)言。二者都可以使用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行編程。梯形圖編程語(yǔ)言是在電氣控制中的繼電器，接觸器邏輯控制上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變而來(lái)的，具有直觀、形象特點(diǎn)。第二，PLC工作原理。工作原理都是PLC掃描的工作方式，主要分三個(gè)階段，即輸入采樣階段、用戶(hù)程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞揭来巫x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC按由上而下的順序依次掃描用戶(hù)程序。當(dāng)用戶(hù)程序掃描結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí)都是按照從左到右、從上到下的順序執(zhí)行用戶(hù)程序[4]。不同點(diǎn)：第一，編程理念。三菱PLC是日系品牌，編程直觀易懂，學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)比較輕松。而西門(mén)子PLC 是德國(guó)品牌，指令比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，但指令較少，而三菱的指令較多，所以學(xué)習(xí)三菱和學(xué)習(xí)西門(mén)子的周期是一樣的。第二，項(xiàng)目建立方式不同。西門(mén)子PLC在建立項(xiàng)目時(shí)，首先需要在編程軟件上進(jìn)行硬件組態(tài)。將使用的西門(mén)子PLC相應(yīng)的硬件在編程軟件中通過(guò)選取相應(yīng)的元件進(jìn)行組態(tài)。硬件組態(tài)是西門(mén)子程序編寫(xiě)的預(yù)先條件。而三菱PLC在使用編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)程序時(shí)，不需要進(jìn)行硬件組態(tài)。相對(duì)于西門(mén)子PLC進(jìn)行編程時(shí)，三菱PLC在編程時(shí)比較簡(jiǎn)單方便。第三，指令使用。以閃爍電路中使用到的定時(shí)器為例。在西門(mén)子編程軟件中，在接通延時(shí)定時(shí)器(TON)指令中可以直接在PT接口中輸入定時(shí)時(shí)間，同時(shí)可以在ET接口中設(shè)置存儲(chǔ)地址，實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄時(shí)間。而三菱中用到的定時(shí)器指令，通過(guò)對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)完成定時(shí)。常用時(shí)鐘脈沖有1 ms、10 ms、100 ms三種，能實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)。100 ms通用定時(shí)器(T0～T199)共200點(diǎn)，10 ms通用定時(shí)器(T200～T245)共46點(diǎn)，1 ms通用定時(shí)器(T246～T249)共4點(diǎn)。在設(shè)置定時(shí)時(shí)間時(shí)，需要根據(jù)設(shè)定時(shí)間通過(guò)計(jì)算K值來(lái)達(dá)到定時(shí)目的。在其他指令使用中，西門(mén)子指令和三菱指令都有一定的差別，這就要求使用者在使用過(guò)程中一定要熟悉指令，選擇合適的指令進(jìn)行編程。第四，擅長(zhǎng)領(lǐng)域。西門(mén)子PLC和三菱PLC在應(yīng)用領(lǐng)域方面的優(yōu)越性各不相同。三菱的優(yōu)勢(shì)在于離散控制和運(yùn)動(dòng)控制，三菱的指令豐富，有專(zhuān)用的定位指令，控制伺服和步進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制也是三菱的強(qiáng)項(xiàng)，而西門(mén)子在這里相對(duì)較弱，沒(méi)有專(zhuān)用的指令，做伺服或步進(jìn)定位控制不是不能實(shí)現(xiàn)，而是程序復(fù)雜，控制精度不高。西門(mén)子的強(qiáng)項(xiàng)是過(guò)程控制與通信控制，西門(mén)子的模擬量模塊價(jià)格便宜，程序簡(jiǎn)單，而三菱的模擬量模塊價(jià)格昂貴，程序復(fù)雜，西門(mén)子做通信也容易，程序簡(jiǎn)單，三菱在這里功能相對(duì)較弱。

5 結(jié)語(yǔ)

西門(mén)子PLC和三菱PLC作為歐美系和日系PLC的代表，占據(jù)著當(dāng)今PLC市場(chǎng)的大半份額。正確區(qū)分二者之間優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于用戶(hù)選擇合適的PLC、提高性?xún)r(jià)比、將西門(mén)子PLC和三菱PLC的功能發(fā)揮到最大化具有非常重要的作用。通過(guò)使用西門(mén)子PLC的代表型號(hào)S7-1200 PLC和三菱PLC中的代表型號(hào)FX2NPLC對(duì)閃爍電路進(jìn)行應(yīng)用，以實(shí)際例子進(jìn)行驗(yàn)證，分析了西門(mén)子PLC和三菱PLC在應(yīng)用中的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比，在一定程度上對(duì)西門(mén)子PLC和三菱PLC的優(yōu)缺點(diǎn)有了初步了解，為使用者提供借鑒。