欧姆龙系列PLC概述Word下载.docx

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3.1PLC控制系统设计和调试的一般步骤：

27

3.2PLC系统设计的基本原则28

3.3PLC选型原则29

3.4实例：

污水处理厂DCS自动监控系统31

4.结语34

参考文献：

35

摘要：

日本OMRON公司是世界上生产可编程序控制器（PLC）的著名厂家之一，OMRON的大、中、小、微型机各具特色各有所长，在中国市场上的占有率位居前列，在国内用户中享有较高声誉。

本文主要对欧姆龙系列的一些PLC的发展过程、结构特点进行简单介绍，另外还对PLC系统设计流程就行介绍并举例说明。

Abstract：

TheJapanesecompanyOMRONisoneofthemostfamousmanufacturersintheworldproducingprogrammablecontroller（PLC）,OMRON’slarge,mediumandsmall,miniaturePLCeachhasitscharacteristicandstrongpoint,andshareamongthetopintheChinesemarket,enjoyhighreputationindomesticusers.Thispaperbrieflyintroducesdevelopmentprocess,structurecharacteristicsofOMRON’sPLC.Inaddition;

itintroducesthedesignprocessofPLCsystemandgivesanexample.

1.引言

为了解决继电气控制系统中存在的许多问题，于是PLC逐步在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

欧姆龙公司作为世界最大PLC生产厂商之一，它的PLC产品在市场享有较高的声誉。

OMRON公司从80年代至今，产品多次更新换代，80年代初期，OMRON的大、中、小型机分别为C系列的C2000、C1000、C500、C120、C20等。

这些型号的PC指令少，而且指令执行时间长，内存也小，内部器件有限，PC体积大。

例如，C20仅20条指令，基本指令执行时间为4us~80us。

上述产品目前已基本被淘汰。

随后小型机换代出现P型机，替代了C20机。

P型机I/O点数最多可达148点。

指令增加到37条，指令执行的速度加快了，基本指令执行时间为4us，体积也明显缩小。

P型机有较高的性能价格比，且易于掌握和使用，因而具有较强的竞争力，在当时的小型机市场上独占鳌头。

80年代后期，OMRON开发出H型机，大、中、小型对应由C2000H/C1000H、C200H、C60H/C40H/C28H/C20H。

大、中型机为模块式结构，小型机为整体式结构。

H型机的指令增加较多，有100多种，特别出现了指令的微分执行，一条指令可顶多条指令使用，为编程提供了方便。

H型机指令的执行速度又加快了，大型H机基本指令执行时间才0.4us，而C200H机也只有0.7us。

H型机的通信功能增强了，甚至小型H机也配有RS232C口，与计算机可以直接通信。

大型机C2000H的CPU可进行热备配置，其一般的I/O单元还可在线插拔。

中型机C200H的特殊功能模块很丰富，结构合理，功能齐全，为当时中型机中较优秀的机型，获得了非常广泛的应用。

C200H曾用于太空实验站，开创业界先例。

另外，OMRON还开发出微型机SP20/SP16/SP10。

这类机型点数少，最少10点，但可自身联网（PLCLink），最多可达80点。

它的体积很小，功能单一，价格较低，特别适合于安装空间小、点数要求不多的继电控制场合。

90年代初期，OMRON推出无底板模块式结构的小型机CQM1。

CQM1控制I/O点数最多可达256点。

CQM1的指令已超过100种，它的速度较快，基本指令执行时间为0.5us，比中型机C200H还要快。

CQM1的DM区增加很多，虽为小型机，但DM区可达6K，比中型机C200H的2K大很多。

CQM1共有7种CPU单元，每种CPU单元都带有16个输入点（称为内置输入点），有输入中断功能，都可接增量式旋转编码器进行高速计数，计数频率单相5kHz、两相2.5kHz。

CQM1还有高速脉冲输出功能，标准脉冲输出可达1kHz。

此外，CPU42带有模拟量设定功能，CPU43有高速脉冲I/O端口，CPU44有绝对式旋转编码器端口，CPU45由A/D、D/A端口。

CQM1虽然是小型机，但采用模块式结构，像中型机一样，也由A/D、D/A、温控等特殊功能单元和各种通信单元。

CQM1的CPU单元除CPU11外都自带RS232C通信口。

在CQM1推出之前，OMRON推出大型机CV系列，其性能比C系列大型H机有显著的提高，它极大地提高了OMRON在大型机方面的竞争实力。

1998年底，OMRON推出了CVM1D双极热备系统，它具有双CPU单元和双电源单元，不仅CPU可热备，而且电源也可热备。

CVM1D继承了CV系列的各种功能，可以使用CV的I/O单元、特殊功能单元和通信单元。

CVM1D的I/O单元可在线插拔.明显加快，特别是后5年，OMRON在中型机和小型机上又有不少技术更新。

中型机从C200H发展到C200HS。

C200HS于1996年进入中国市场，到了1997年全新的中型机C200Hα又来了。

它的性能比C200HS又有显著提高。

除基本性能比C200HS提高外，α机突出特点是它的通信组网能力强。

例如，CPU单元除自带的RS232C口外，还可插上通信板，板上配有RS232C、RS422/RS485口，α机使用协议宏功能指令，通过上述各种串行通信口与外围设备进行数据通信。

α机可加入OMRON的高层信息网Ethernet网，还可加入中层控制网ControllerLink网，而C200H、C200HS不可以。

1999年OMRON在中国市场上又推出比α机功能更加完美的CS1系列机型，虽然CS1兼容了α机的功能，但不能简单地看作是α机改进，而是一次质的飞跃，它的性能突飞猛进。

CS1代表了当今PLC发展的最新动向。

OMRON在小型机方面也取得了长足的进步。

1997年，OMRON在推出α机的同时，就推出P型机的升级产品，即小型机CPM1A。

与P型机相比，CPM1A体积很小，只及同样I/O点数P型机的1/2，但是它的性能改进很大，例如，它的指令有93种、153条，基本指令执行时间为0.72us，程序容量达2048字，单相高速计数达5kHz（P型机为2kHz）、两相为2.5kHz（P型机无此功能），有脉冲输出、中断、模拟量设定、子程序调用、宏指令功能等。

通信功能也增强了，可实现PLC与PLC链接、PLC与上位机通信、PLC与PT链接。

CPM2AE时OMRON公司专为中国市场开发的，该机型仅有60点继电器输出的CPU单元，使CPM2A-60CDR-A的简化机型。

CPM2AE删除CPM2A的一些功能以减少成本，降低售价。

被删除的功能主要有：

后备电池（可选）、RS232端口、CTBL指令（寄存器比较指令）等。

其它功能则与CPM2A完全相同。

CQM1H是小型机CQM1的升级换代产品。

CQM1是OMRONPLC家族中的一朵奇葩，它有漂亮的外表，拥有齐全的功能。

而CQM1H在延续原先CQM1所有优点的基础上，提升并充实了CQM1的多种功能。

CQM1H对CQM1有很好的兼容性，对原先使用CQM1的老用户来说，升级换代十分方便。

CQM1H的推出更加巩固OMRON在中小型PLC领域无与伦比的优势。

CQM1H在三大性能方面作了重大的提升和充实：

I/O控制点数、程序容量和数据容量均比CQM1的翻一番；

提供多种先进的内装板，能胜任更加复杂和柔性的控制任务；

CQM1H可以加入ControllerLink网，还支持协议宏通信功能。

可以看出，最近几年OMRONPLC技术的发展日新月异，升级换代呈明显加速趋势，这是计算机技术飞速发展和市场激烈竞争的必然结果限于篇幅，本文选择OMRON当今的主流机型C200Hα、CV系列和新推出CPM2A、CQM1H和CS1系列PLC予以简介。

2.典型PLC简介

2.1C200Hα系列可编程控制器

C200Hα是C200HX/HG/HE的简称，它是中型机C200H/C200HS的后续机型。

α机的模块有电源单元、CPU单元、基本I/O单元、特殊功能单元和通信单元，所有模块通过其底部的总线插头安装在CPU底板或I/O扩展底板上。

图2.1为C200Hα的一种CPU单元面板图。

图2.1CPU单元面板图

CPU单元上有内存卡（存储器）的插槽，可插接多种存储器盒。

外设端口接外围设备如编程器等。

有些α机的CPU单元由RS232C口。

在CPU上有一个通信板的插槽，插上通信板后，极大地增强了α机的通信联网功能。

CPU上的DIP开关设定PC的工作方式。

α机有存储介质为EPROM（电可编程制度存储器）和EEPROM（电可擦可编程序只读存储器）两种形式的内存卡（存储器盒），如图2.2所示。

CPU可以直接读写EEPROM内存卡，CPU改写EEPROM的次数几乎不受限制，

但对于EPROM内存卡，CPU只能读出，不能写入，要将程序写入EPROM，应使用PROM写入器。

内存卡能长期保存数据，不需要任何后备电源。

内存卡安装在CPU的专用插槽上。

用户程序、PC设置、I/O注释、DM区域和其它数据区域的数据可以作为一个整体保存到内存卡中，以防误操作而修改。

当CPU的DIP开关位2ON时，内存卡中的内容会在上电时自动地传送至CPU中。

在改变控制功能时，可方便地用替换内存卡来改变设定的程序。

图2.2α机有存储介质图

表2.1列出α机各种规格的内存卡，用户可根据需要选用。

表2.1α机各种内存卡规格

α机一共有几十种CPU单元，表2.2列出C200Hα与C200HS、C200H的基本性能比较。

表2.2C200Hα与C200HS、C200H的基本性能比较表

C200Hα的CPU机架可连接2或3个I/O扩展机架，这取决于CPU的型号，图2.3位CPU机架带3个I/O扩展机架。

CPU机架由CPU底板、CPU单元、电源单元和I/O单元组成，I/O扩展机架由I/O扩展底板、电源单元和I/O单元组成。

这两种机架的槽数最多有10个，还有3、5、8槽的。

图2.3CPU机架图

C200Hα基本I/O单元的I/O地址分配规则是：

C200Hα的I/O点为5位数，前3位为通道号，第1位为机架号，CPU主机架为0，最靠近主机架的I/O扩展机架为1，最后一个为3；

接着确定单元的槽位号，从机架的最左边开始依次为00，01，…，09（3槽机架槽位号00~02，5槽机架00~04，8槽机架00~07，10槽机架00~09）；

最后2位是I/O点在单元上的编号。

例如，10槽的CPU机架上，最靠近CPU单元是16点输入单元，则输入点的编号范围为IR00900~IR00915。

若在机架上装有特殊功能单元或通信单元，在分配地址时和空槽一样处理，占用槽位号，但不占用通道号，即该槽位号所对应的通道并不被特殊功能单元或通信单元占用，该通道可作为内部工作字使用。

特殊功能单元的通道与它所占据的槽位号无关，而要根据设定的单元号N来确定。

其单位号范围是0~9、A~F，各单元的单位号N不能重复，最多可用16个特殊单元。

根据单元号，每一个特殊功能单元分配有10个IR通道，通道号为100+N×

10~109+N×

10（N=0~9）或400+N×

10~409+N×

10（N=A~F），每一个单元还在内存工作区中分配100个DM字，字号为DM1000+N×

100~DM1099+N×

100。

C200Hα的特殊功能单元和通信联网有以下特点：

1．特殊功能单元丰富

C200Hα完全兼容C200HS/C200H的特殊功能单元，非常丰富，接近20种

2．通信板与通信协议宏功能

α机有C200HS/C200H所不具备的通信板和通信协议宏功能，图2.4列出了各种通信板。

α机除C200HE-CPU11-E外，其它机型都可以使用通信板，通信板安装在CPU的插槽上。

通信板有的带总线连接器，有的带RS232C、RS422/RS485串行口，有的两者兼而有之。

其中，01、04通信板上的总线连接器是与SYSMACLink、SYSMACNETLink、ControllerLink、PC卡等通信单元连接的端口，04、05、06通信板具有通信协议宏功能，支持下列7种用于OMRON外围设备的标准通信序列：

（1）温度控制器序列；

（2）智能信号处理器序列；

（3）条形码读入器序列；

（4）激光测微器序列；

（5）可视检测系统序列；

（6）ID控制器序列；

（7）Hayes，AT控制（调制解调器）序列。

图2.4各种通信板图

图2.5α机与外围设备通信的示意图。

C200HS/C200H与温度控制器、条形码读入器等外围设备通信时，要使用ASCII单元并编写BASIC程序，而α机加装带有通信协议宏功能的通信板，只用几条梯形图指令，将通信程序插入梯形图程序中，就可以与外围设备通信，实时处理各类现场数据。

除使用标准通信协议外，还可使用通信协议支持软件C200HW-ZW3AT1-E（即PPS，DOS版）或SYSMAC-PST（Windows版），对非OMRON的外围设备通过简单的操作编制用户通信协议，即创建符合外围设备要求的数据发送/接收通信帧，形成特定应用的序列，最多可登记1000个通信序列，序列号000~999，每一序列最多16步。

用户通信协议用PSS或PST写入通信板中。

用户在程序中使用通信协议宏功能指令PMCR，调用序列号，就可以方便地使用通信板中内置的标准通信序列或用户通信序列，同配有RS232C口或RS422/RS485口的外围设备通信，交换数据。

图2.6为通信协议宏功能指令PMCR的编程方法。

PMCR指令的非执行/执行的判定，用标志28908（端口A）、28912（端口B）来确认。

图2.6通信协议宏功能图

图2.7为PMCR使用举例。

图2.7（a）为α机与外围设备通信的连接图，α机通过通信板上的端口A连接温度控制器E5J-A2H02。

在图5.7（b）中，PMCR调用通信序列205，向#3温度控制器写入目标值85℃。

图2.7PMCR使用举例框图

3．通信联网

C200Hα通信联网功能要强于C200HS/C200H，例如，C200Hα可以入OMRON的高层信息网Ethernet和中层控制网ControllerLink，而C200HS/C200H则不能。

即使入同样的网如SYSMACLink、SYSMACNET网，C200Hα的通信功能也扩大了，它不仅支持C模式，还支持CV模式（FINS）通信指令。

α机在入上述四种网时，要在CPU上插入通信板C200HW-COM01/04，并通过总线连接器把通信板与通信单元连接起来。

α机兼容C200H的通信单元，即可以使用C200H的通信单元接入HOSTLink网、PCLink网，也可以在α机上配置RemoteI/O主单元形成远程网。

α机也有B7A接口单元进行远程扩展，使用和CQM1同样型号的链接终端。

另外，以α机为主体可形成CompoBus/D、ComoBus/S网，这是OMRON新近推出的两种设备器件网，作为旧机型C200H则做不到。

α机CPU自带的RS232C口支持上位链接、无协议链接、1:

1PC链接、NT链接等。

2.2CV系列可编程序控制器

OMRONCV系列PC属大型机，它的性能比C系列大型H机有明显的提高，有CVM1-CPU01-V2/CPU11-V2/CPU21-V2、CV500/CV1000/CV2000等型号。

CVM1采用梯形图编程，而CV除梯形图外，还可以使用顺序功能图SFC（SequenceFunctionChart）编程。

CV系列PC有以下特点：

1．改进了系统结构

CV系列PC采用统一的总线结构和多微处理器的设计。

第一条总线是I/O总线，用于进行CPU与一般的I/O通信。

第二条总线是CPU总线，使得无需CPU控制，也可在CPU和属于CPU总线单元的通信单元之间进行高速的、点对点的总线通信，这种结构不但方便了通信，而且使执行程序及通信处理分开，减少PC的扫描时间。

CV机CPU提供RS232C、RS422口，可以通过开关进行选择。

CV机除基本内存外，还可选内存卡及扩展数据存储器，以提高存储容量。

图2.8CV系列结构图

2．指令功能强、运算速度快

CV机有170种共计333条指令，CVM1机则有284种共计515条指令，远远多于C2000H的174条指令。

同样类型的指令，功能加强了。

如定时指令，除了C2000H有的，还增加了可累计计时的、可长计时、可多输出的。

长计时的计时值可长达115天，精度为+0.1/-0.1秒。

功能强还表现为，有的指令可带↑（上升沿执行）、↓（下降沿执行）及！

（立即刷新）的前缀，可使一条指令起到原先多条指令的作用。

指令执行时间短，基本指令（LD）执行时间0.15us，而C2000H为0.4us。

3．内部器件增多

CV机基本的I/O点数最多可达2048，是C2000H的2倍。

CV机内部器件种类多，而且数量大。

除输入输出继电器（CIO）、内部辅助继电器（CIO）、数据链接继电器（CIO）、保持继电器（CIO）、暂存继电器（TR）、特殊辅助继电器（A）、定时器（T）、计数器（C）、数据存储器（D）外，还有CPU总线链接继电器（G）、扩展数据存储器（EM）、数据寄存器（DR）、变址寄存器（IR）、步标志、转移标志等。

即使C2000H有的器件，CV机的数量也大为增加，如数据存储区，C2000H仅6656字，而CV1000可达24576字。

CV机的定时器、计数器分开，数量各为1024个，也比C2000H多得多。

4．程序存储器容量大

CV机程序容量为30K/62K，而且还有文件存储器支持，后者容量可达1M。

另外，还可选用内存卡，用于存储用户程序，有RAM、EPROM、EEPROM类型，卡的容量可多达512K。

5．I/O刷新的方法多

CV机的I/O刷新的方法多，有：

带前缀！

指令的刷新，执行指令的同时进行刷新。

循环刷新，完成一个循环，即对所有的I/O进行刷新。

传统的PC都是用这种方式刷新。

定时刷新，如定时10ms～100ms刷新所有的I/O。

过零刷新，当交变信号过零时刷新。

6．CV机的特殊功能单元相当丰富

CV机的特殊功能单元有二十几种，见表6.1，这显示出CV机功能的强大性。

如在CV机上安装个人计算机单元后，可以像普通计算机一样配置显示器、键盘、硬盘、软驱、鼠标、打印机，此时，这台CV机既具有高可靠控制功能，也具有一般微机的信息处理能力强的特点，使CV机的应用上到一个新台阶。

7．CV机组网能力强

CV机组网能力强，可组成OMRON的各种FA网络。

CV机可以组成OMRON的高层信息网、中层控制网，并可作为网关或网桥使用，进行三级通信。

CV机也可以组成低层的I/O器件网，如SYSMACBUS或SYSMACBUS/2，直接与现场的I/O器件相连，对机器设备进行实时的控制。

2.3CPM2A系列可编程序控制器

表2.3

由上表2.3可以看出，通过电源（AC或DC）、输出（继电器/晶体管）和I/O点数（20/30/40/60）的组合，CPM2A共有16种CPU单元。

CPM2A和CPM1A使用相同的I/O扩展单元、特殊功能单元和通信单元，扩展方法同CPM1A相同。

CPM2A的基本指令与CPM1A相同，都是14种，但CPM2A的应用指令增加到105种、185条；

CPM2A的工作速度明显加快，基本指令LD的执行时间为0.64us，应用指令MOV的执行时间为7.8us；

程序容量增加到4096字；

读/写DM增加到2048字；

最大I/O点数可扩展到120点；

内部器件数目也有增加，如内部辅助继电器区（IR）928位，特殊继电器区（SR）448位，定时器/计数器256位，辅助继电器区（AR）384位。

CPM2A除继承CPM1A所有功能外，还有新的发展

1．指令系统有新的增加

增加的指令有：

定时器/计数器指令2种：

高精度定时器（单位：

1ms），长定时器（单位：

1s/10s）。

比较指令2种：

区域比较，双字区域比较。

转换指令6种：

双字BCD→双字BIN转换，双字BIN→双字BCD转换，ASCⅡ→16进制转换，二进制补码，小时→秒转换，秒→小时转换。

表格数据操作指令5种：

帧校验，求和，数据搜索，取最大值，取最小值。

数据控制指令5种：

比例转换，比例转换2，比例转换3，PID控制，平均值。

脉冲输出控制指令3种：

占空比可变脉冲输出，加速控制，同步脉冲控制。

通信指令3种：

接收，发送，改变RS232C口设置。

另外，在CPM2A中，INI、INT、PRV、CTBL、SPED、PULS等指令比在CPM1A中的功能加强了。

2．中断功能完善，高速计数的计数频率增加很多

CPM2A具有CPM1A的各种中断功能，如输入中断（输入中断模式、计数中断模式）、间隔定时器中断（单次中断模式、重复中断模式）高速计数器中断。

高速计数器的工作模式增加到4种：

相位差（两相）输入模式、脉冲+方向输入模式、增/减脉冲模式和递增模式。

CPM2A高速计数器的计数频率除两相5kHz外，其余模式都是20kHz。

CPM2A输入中断下的高速计数频率为2kHz，是CPM1A的2倍。

3．高速脉冲输出功能更加完善

CPM2A中的晶体管输出型具有此项功能，使用01000、01001两个输出点。

CPM1A仅有单点无加速/减速单相脉冲输出功能，而CPM2A的脉冲输出功能比CPM1A强得多，有下列三种情况：

（1）两点无加速/减速的单相脉冲输出；

输出频率为10Hz～10kHz，占空比50%。

（2）两点不同占空比的脉冲输出：

频率范围为0.1Hz～999kHz，占空比0~100%。

（3）带梯形加速/减速的单相脉冲输出：

分为脉冲+方向输出和增减（CW/CCW）脉冲输出两种情况，占空比50%。

4．同步脉冲控制

CPM2A的晶体管输出型，它的高速计数器功能配合其脉冲输出功能，可以产生一个频率为输入脉冲特定倍数的输出脉冲（仅SSS支持该功能），如图2.9所示。

5．时钟功能

CPM2A的内置时钟（精确度：

±

1分钟/月）允许从梯形图程序读取日期和时间。

通过编程器和其它编程工具加以改写时间，CPM2A还有一个30秒的补偿位。

当该位置ON时，时间将自动调整到最接近的分钟。

因此，在电台报时，打开该位就能十分精确地设定时间。

图2.9CPM2A输出脉冲图

6．完善