基于西門子S7-1200 PLC與三菱FX2NPLC彩燈閃爍電路比較研究

楊 浩，張 兵

(1.洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471000； 2.南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 南陽 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，專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。采用可編程序存儲器在其內(nèi)部存儲，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)首先研制成功第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功，從而實(shí)現(xiàn)PLC控制生產(chǎn)線自動化控制。美國研制成功后，日本于1971年研制成功并開始生產(chǎn)應(yīng)用PLC，西歐國家也于1973年研制成功并開始生產(chǎn)PLC。我國相對于西方國家，PLC研制生產(chǎn)稍晚，于1974年開始研制。PLC在近半個世紀(jì)以來的時間里得到迅猛發(fā)展。PLC的發(fā)展為自動化水平的提升起到巨大的推動作用。目前，世界上PLC生產(chǎn)廠家主要有德國的西門子(SIEMENS)、瑞士的ABB、美國的GE、法國的施耐德(SCHNEIDER)、日本的歐姆龍(OMRON)和三菱(MITSUBISHI)。按照國際相關(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。德系主要為西門子，日系主要為三菱[1]。

選取西門子PLC和三菱PLC中的代表產(chǎn)品西門子S7-1200 PLC與三菱FX2NPLC作為應(yīng)用對象，通過對比兩者在閃爍電路控制中的應(yīng)用，對歐美系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 西門子PLC和三菱PLC簡介

西門子PLC。西門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)，在世界自動化應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要地位。1973年，德國西門子研制出歐洲第一臺可編程邏輯控制器，型號為SIMATICS4。SIMATIC可編程控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。西門子PLC自問世以來，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)品推出時間順序，主要有LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500。西門子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。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，可滿足不同用戶的需要。

2 閃爍電路的控制要求

通過對比西門子S7-1200 PLC與三菱FX2NPLC的閃爍電路，為分析西門子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)置一個開關(guān)，使彩燈每隔2 S閃爍一次。

3 西門子S7-1200 PLC與三菱FX2N PLC閃爍電路程序編寫

為便于分析西門子PLC和三菱PLC在應(yīng)用中的區(qū)別，在西門子S7-1200 PLC和三菱FX2NPLC分別編寫閃爍電路[2]。西門子S7-1200 PLC使用博途軟件進(jìn)行編程。在軟件中首先建立項目，然后在梯形圖中設(shè)置啟動按鈕I0.0，同時設(shè)置兩個接通延時定時器(TON)T0、T1。在接通延時定時器T0、T1中，設(shè)置定時時間為2s，從而實(shí)現(xiàn)彩燈每隔2 s閃爍一次的目的。通過實(shí)驗，對編寫的用戶程序進(jìn)行驗證。彩燈以4 s為周期進(jìn)行閃爍，梯形圖編寫正確，能實(shí)現(xiàn)控制要求。西門子S7-1200 PLC閃爍電路梯形圖如圖1所示。

圖1 西門子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，首先建立項目，之后在梯形圖中進(jìn)行用戶程序編寫。設(shè)置啟動按鈕X0，同時使用T0和T1定時器，設(shè)置定時時間2 S，從而實(shí)現(xiàn)彩燈每隔兩秒鐘閃爍一次的目的。通過實(shí)驗，對編寫的用戶程序進(jìn)行驗證。彩燈以4 s為周期進(jìn)行閃爍，梯形圖編寫正確，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

通過在西門子S7-1200 PLC和三菱FX2NPLC中編寫閃爍電路控制程序，對比分析二者在應(yīng)用中的區(qū)別[3]。相同點(diǎn)：第一，編程語言。二者都可以使用梯形圖語言進(jìn)行編程。梯形圖編程語言是在電氣控制中的繼電器，接觸器邏輯控制上簡化了符號演變而來的，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，主要分三個階段，即輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(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)。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC按由上而下的順序依次掃描用戶程序。當(dāng)用戶程序掃描結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。用戶程序執(zhí)行時都是按照從左到右、從上到下的順序執(zhí)行用戶程序[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)起來會比較輕松。而西門子PLC 是德國品牌，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)西門子的周期是一樣的。第二，項目建立方式不同。西門子PLC在建立項目時，首先需要在編程軟件上進(jìn)行硬件組態(tài)。將使用的西門子PLC相應(yīng)的硬件在編程軟件中通過選取相應(yīng)的元件進(jìn)行組態(tài)。硬件組態(tài)是西門子程序編寫的預(yù)先條件。而三菱PLC在使用編程軟件進(jìn)行編寫程序時，不需要進(jìn)行硬件組態(tài)。相對于西門子PLC進(jìn)行編程時，三菱PLC在編程時比較簡單方便。第三，指令使用。以閃爍電路中使用到的定時器為例。在西門子編程軟件中，在接通延時定時器(TON)指令中可以直接在PT接口中輸入定時時間，同時可以在ET接口中設(shè)置存儲地址，實(shí)時監(jiān)控記錄時間。而三菱中用到的定時器指令，通過對內(nèi)部時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)來完成定時。常用時鐘脈沖有1 ms、10 ms、100 ms三種，能實(shí)現(xiàn)精確定時。100 ms通用定時器(T0～T199)共200點(diǎn)，10 ms通用定時器(T200～T245)共46點(diǎn)，1 ms通用定時器(T246～T249)共4點(diǎn)。在設(shè)置定時時間時，需要根據(jù)設(shè)定時間通過計算K值來達(dá)到定時目的。在其他指令使用中，西門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，擅長領(lǐng)域。西門子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)勢在于離散控制和運(yùn)動控制，三菱的指令豐富，有專用的定位指令，控制伺服和步進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動作控制也是三菱的強(qiáng)項，而西門子在這里相對較弱，沒有專用的指令，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。西門子的強(qiáng)項是過程控制與通信控制，西門子的模擬量模塊價格便宜，程序簡單，而三菱的模擬量模塊價格昂貴，程序復(fù)雜，西門子做通信也容易，程序簡單，三菱在這里功能相對較弱。

5 結(jié)語

西門子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市場的大半份額。正確區(qū)分二者之間優(yōu)缺點(diǎn)，對于用戶選擇合適的PLC、提高性價比、將西門子PLC和三菱PLC的功能發(fā)揮到最大化具有非常重要的作用。通過使用西門子PLC的代表型號S7-1200 PLC和三菱PLC中的代表型號FX2NPLC對閃爍電路進(jìn)行應(yīng)用，以實(shí)際例子進(jìn)行驗證，分析了西門子PLC和三菱PLC在應(yīng)用中的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。通過對比，在一定程度上對西門子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。