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 西門子DI模塊6ES7321-1CH00-0AA0

可編程控制器PLC外部接線簡單方便，它的控制主要是程序的設(shè)計，編制梯形圖是常用的編程方式，使用中一般有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法，邏輯設(shè)計法，繼電器控制電路移植法和順序控制設(shè)計法，其中順序控制設(shè)計法也叫功能表圖設(shè)計法，功能表圖是一種用來描述控制系統(tǒng)的控制過程功能、特性的圖形，它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、箭頭線和動作組成。這是一種的設(shè)計方法，對于復(fù)雜系統(tǒng)，可以節(jié)約60%~90%的設(shè)計時間.我國1986年頒布了功能表圖的標(biāo)準(zhǔn)(GB6988.6-86)。有了功能表圖后，可以用四種方式編制梯形圖，它們分別是:起保停編程方式、步進(jìn)梯形指令編程方式、移位寄存器編程方式和置位復(fù)位編程方式。本文以三菱公司F1系列PLC為例，說明實(shí)現(xiàn)順序控制的四種編程方式。

例如:某PLC控制的回轉(zhuǎn)工作臺控制鉆孔的過程是:當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺不轉(zhuǎn)且鉆頭回轉(zhuǎn)時，若傳感器X400檢測到工件到位，鉆頭向下工進(jìn)Y430當(dāng)鉆到一定深度鉆頭套筒壓到下接近開關(guān)X401時，計時器T450計時，4s后快退Y431到上接近開關(guān)X402，就回到了原位。功能表圖見圖1:

圖1     功能表圖

2  使用起保停電路的編程方式起保停電路僅僅使用與觸點(diǎn)和線圈有關(guān)的指令，無需編程元件做中間環(huán)節(jié)，各種型號PLC的指令系統(tǒng)都有相關(guān)指令，加上該電路利用自保持，從而具有記憶功能，且與傳統(tǒng)繼電器控制電路基本相類似，因此得到了廣泛的應(yīng)用。這種編程方法通用性強(qiáng)，編程容易掌握，一般在原繼電器控制系統(tǒng)的PLC改造過程中應(yīng)用較多。如圖2為使用起保停電路編程方式編制的與圖1順序功能圖所對應(yīng)的梯形圖，圖2中只有常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)及輸出線圈組成。  

圖2     起保停電路實(shí)現(xiàn)順序控制

3  使用步進(jìn)梯形指令的編程方式步進(jìn)梯形指令是專門為順序控制設(shè)計提供的指令，它的步只能用狀態(tài)寄存器S來表示，狀態(tài)寄存器有斷電保持功能，在編制順序控制程序時應(yīng)與步進(jìn)指令一起使用，而且狀態(tài)寄存器必須用置位指令SET置位，這樣才具有控制功能，狀態(tài)寄存器S才能提供STL觸點(diǎn)，否則狀態(tài)寄存器S與一般的中間繼電器M相同。在步進(jìn)梯形圖中不同的步進(jìn)段允許有雙重輸出，即允許有重號的負(fù)載輸出，在步進(jìn)觸點(diǎn)結(jié)束時要用RET指令使后面的程序返回原母線。把圖1中的0-3用狀態(tài)寄存器S600-S603代替，代替以后使用步進(jìn)梯形指令編程，對應(yīng)的梯形圖如圖3所示。這種編程方法很容易被初學(xué)者接受和掌握，對于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會提高設(shè)計效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很容易，使用方便，程序也較短，在順序控制設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮，該法在工業(yè)自動化控制中應(yīng)用較多。

圖3     步進(jìn)指令實(shí)現(xiàn)順序控制

   4  使用移位寄存器的編程方式從功能表圖可以看出，在0-3各步中只有一個步在某時刻接通而其他步都在斷開，把各步用中間繼電器M200-M203代替，就很容易用移位寄存器實(shí)現(xiàn)控制。圖4為用移位寄存器編程時的梯形圖，采用移位寄存器M200-M217的前四位M200-M203代表4個步，組成1個環(huán)形移位寄存器。用移位寄存器主要是對數(shù)據(jù)、移位、復(fù)位3個輸入信號的處理。該方法設(shè)計的梯形圖看起來簡潔，所用指令也較少，但對較復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計就不方便，使用過程中在線修改能力差，在工業(yè)控制中使用較少，大多數(shù)應(yīng)用在彩燈順序控制電路中。 西門子DI模塊6ES7321-1CH00-0AA0

圖4     移位寄存器實(shí)現(xiàn)順序控制

5  使用置位復(fù)位指令的編程方式如圖5為使用置位復(fù)位編程方式編制的與圖1順序功能圖所對應(yīng)的梯形圖。在以置位復(fù)位指令的編程方式中，用某一轉(zhuǎn)換所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點(diǎn)與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點(diǎn)或電路串聯(lián)，作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器置位和使所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位的條件。對簡單順序控制系統(tǒng)也可直接對輸出繼電器置位或復(fù)位。該方法順序轉(zhuǎn)換關(guān)系明確，編程易理解，一般多用于自動控制系統(tǒng)中手動控制程序的編程。

圖5     置位復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)順序控制

以上四種順序控制編程方式各有特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇一種來編制梯形圖，它們的一般比較見附表。教學(xué)實(shí)踐表明這些編程方式很容易被初學(xué)者接受和掌握，用它們可以得心應(yīng)手地設(shè)計出任意復(fù)雜的順序控制程序。

產(chǎn)品分類編輯 西門子DI模塊6ES7321-1CH00-0AA0

可編程控制器是由現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要而產(chǎn)生的，可編程序控制器的分

西門子PLCS7-200系列西門子PLCS7-200系列

類也必然要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。

一般來說可以從三個角度對可編程序控制器進(jìn)行分類。其一是從可編程序控制器的控制規(guī)模大小去分類，其二是從可編程序控制器的性能高低去分類，其三是從可編程序控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)去分類。

控制規(guī)模

可以分為大型機(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)。

西門子PLCS7-300系列西門子PLCS7-300系列

小型機(jī): 小型機(jī)的控制點(diǎn)一般在256點(diǎn)之內(nèi),適合于單機(jī)控制或小型系統(tǒng)的控制。

西門子小型機(jī)有S7-200：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點(diǎn)；模擬量35路 。

中型機(jī):中型機(jī)的控制點(diǎn)一般不大于2048點(diǎn),可用于對設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控，它適合中型或大型控制系統(tǒng)的控制。

西門子中型機(jī)有S7-300：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量1024點(diǎn)；模擬量128路 ；網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS；工業(yè)以太網(wǎng)；MPI。

大型機(jī)：大型機(jī)的控制點(diǎn)一般大于2048點(diǎn),不僅能完成較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)

西門子PLCS7-400系列西門子PLCS7-400系列

算還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。它不僅可用于對設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控。

西門子大型機(jī)有S7-400 ：處理速度0.3ms / 1k字；

存貯器512k ；I/O點(diǎn)12672；

控制性能 西門子DI模塊6ES7321-1CH00-0AA0

可以分為機(jī)、中檔機(jī)和低檔機(jī)。

低檔機(jī)

這類可編程序控制器，具有基本的控制功能和一般的運(yùn)算能力。工作速度比較低，能帶的輸入和輸出模塊的數(shù)量比較少。

比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-200就屬于這一類。

中檔機(jī)

這類可編程序控制器，具有較強(qiáng)的控制功能和較強(qiáng)的運(yùn)算能力。它不僅能完成一般的邏輯運(yùn)算，也能完成比較復(fù)雜的三角函數(shù)、指數(shù)和PID運(yùn)算。工作速度比較快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量也比較多，輸入和輸出模塊的種類也比較多。

比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300就屬于這一類。

機(jī)

這類可編程序控制器，具有強(qiáng)大的控制功能和強(qiáng)大的運(yùn)算能力。它不僅能完成邏輯運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算和PID運(yùn)算，還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。工作速度很快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量很多，輸入和輸出模塊的種類也很。這類可編程序控制器可以完成規(guī)模很大的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中一般做主站使用。

比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-400就屬于這一類。

結(jié)構(gòu)

整體式

整體式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器把電源、CPU、存儲器、I/O系統(tǒng)都集成

plc結(jié)構(gòu)plc結(jié)構(gòu)

在一個單元內(nèi)，該單元叫做作基本單元。一個基本單元就是一臺完整的PLC。

控制點(diǎn)數(shù)不符合需要時，可再接擴(kuò)展單元。整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。

組合式

組合式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器是把PLC系統(tǒng)的各個組成部分按功能分成

plc組合plc組合

若干個模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各模塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。比如，一些可編程序控制器，除了－些基本的I/O模塊外，還有一些特殊功能模塊，像溫度檢測模塊、位置檢測模塊、PID控制模塊、通訊模塊等等。組合式結(jié)構(gòu)的PLC特點(diǎn)是CPU、輸入、輸出均為的模塊。模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊、I/O點(diǎn)選型自由、安裝調(diào)試、擴(kuò)展、維修方便。

疊裝式

疊裝式結(jié)構(gòu)集整體式結(jié)構(gòu)的緊湊、體積小、安裝方便和組合式結(jié)構(gòu)的I/O點(diǎn)搭配靈話、安裝整齊的優(yōu)點(diǎn)于一身。它也是由各個單元的組合構(gòu)成。其特點(diǎn)是CPU自成的基本單元（由CPU和一定的I/O點(diǎn)組成），其它I/O模塊為擴(kuò)展單元。在安裝時不用基板，僅用電纜進(jìn)行單元間的聯(lián)接，各個單元可以一個個地疊裝。使系統(tǒng)達(dá)到配置靈活、體積小巧。

詳細(xì)介紹編輯

1．SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)

西門子PLC之S7家族西門子PLC之S7家族

的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級和充分滿足需要。

4工作原理編輯

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

輸入采樣

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

用戶程序執(zhí)行

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

輸出刷新

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。

同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。

保養(yǎng)編輯

設(shè)備定期測試、調(diào)整

（1） 每半年或季度檢查PLC柜中接線端子的連接情況，若發(fā)現(xiàn)松動的地方及時重新堅(jiān)固連接；

（2） 對柜中給主機(jī)供電的電源每月重新測量工作電壓；

設(shè)備定期清掃

（1） 每六個月或季度對PLC進(jìn)行清掃，切斷給PLC供電的電源把電源機(jī)架、CPU主板及輸入/輸出板依次拆下，進(jìn)行吹掃、清掃后再依次原位安裝好，將全部連接恢復(fù)后送電并啟動PLC主機(jī)。認(rèn)真清掃PLC箱內(nèi)衛(wèi)生；

（2） 每三個月更換電源機(jī)架下方過濾網(wǎng)；

檢修前準(zhǔn)備

（1） 檢修前準(zhǔn)備好工具；

（2） 為保障元件的功能不出故障及模板不損壞，必須用保護(hù)裝置及認(rèn)真作防靜電準(zhǔn)備工作；

（3） 檢修前與調(diào)度和操作工聯(lián)系好，需掛檢修牌處掛好檢修牌；

設(shè)備拆裝順序及方法

（1） 停機(jī)檢修，必須兩個人以上監(jiān)護(hù)操作；

（2） 把CPU前面板上的方式選擇開關(guān)從“運(yùn)行”轉(zhuǎn)到“停”位置；

（3） 關(guān)閉PLC供電的總電源，然后關(guān)閉其它給模坂供電的電源；

（4） 把與電源架相連的電源線記清線號及連接位置后拆下，然后拆下電源機(jī)架與機(jī)柜相連的螺絲，電源機(jī)架就可拆下；

（5） CPU主板及I/0板可在旋轉(zhuǎn)模板下方的螺絲后拆下；

（6） 安裝時以相反順序進(jìn)行；

檢修工藝及技術(shù)要求

（1） 測量電壓時，要用數(shù)字電壓表或精度為1%的表測量

（2）電源機(jī)架，CPU主板都只能在主電源切斷時取下；

（3） 在RAM模塊從CPU取下或插入CPU之前，要斷開PC的電源，這樣才能保證數(shù)據(jù)不混亂；

（4） 在取下RAM模塊之前，檢查一下模塊電池是否正常工作，如果電池故障燈亮?xí)r取下模塊RAM內(nèi)容將丟失；

（5） 輸入/輸出板取下前也應(yīng)先關(guān)掉總電源，但如果生產(chǎn)需要時I/0板也可在可編程控制器運(yùn)行時取下，但CPU板上的QVZ（超時）燈亮；

（6） 撥插模板時，要格外小心，輕拿輕放，并運(yùn)離產(chǎn)生靜電的物品；

（7） 更換元件不得帶電操作；

（8） 檢修后模板安裝一定要安插到位

當(dāng)PLC的用戶程序要保留在RAM中時，就會用到電池，電池通常是3V或3.6V的不可充電的鋰電池，電池的使用壽命通常是五年左右，電池用久了，電壓就會下降，當(dāng)其下降到不足以保證RAM中數(shù)據(jù)時，RAM中的程序就會丟失。如果用戶沒有備份程序，就會相當(dāng)麻煩。[1] 

一般PLC內(nèi)部設(shè)有電池電壓檢測電路，當(dāng)電壓下降到一定程度時，PLC就會報警，提醒更換電池。PLC的使用說明書都有提供更換電池的方法。一般來 說，PLC在斷電后，因?yàn)镻LC上RAM電源端接有充電電容，即使把電池去掉，電容上充電電量也足夠RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)保持一段時間，所以如果取掉電池后在短 時間內(nèi)（通常5分鐘）再將新電池?fù)Q上去，數(shù)據(jù)是不會丟失的。

但用戶實(shí)際使用PLC的環(huán)境情況不盡相同，例如電容的容量下降，RAM電源回路有 灰塵、油泥等形成放電回路等，這會加快PLC斷電后電容的放電速度，從而使時間不好把握。如果在帶電的情況下更換電池就可保程序萬無一失。因?yàn)殡娫词冀K會 有電壓加在RAM芯片的電源腳。當(dāng)然更換時亦要小心應(yīng)對，注意電池的性以及避免短路情況發(fā)生。

是把PLC通電15分鐘（給內(nèi)部電容充電），斷電，在5分鐘內(nèi)換好新的電池，再上電試一下。

西門子PLC有帶卡的，有不帶電池的；也有帶卡的，帶電池的。程序存在MMC卡中，如果沒有存儲卡，需要電池保存程序的，更換電池時候務(wù)必注意，帶電的情況下，將舊電池取出來，然后將新電池?fù)Q上即可。

優(yōu)點(diǎn)編輯

可靠

PLC不需要大量的活動元件和連線電子元件。它的連線大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。Plc采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計。例如：冗余的設(shè)計。斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯率大大降低。

易操作

PLC有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點(diǎn)號進(jìn)行搜索或程序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。

靈活

PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應(yīng)用面拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。[2] 

西門子PLC S7-300系列PLC安裝及注意事項(xiàng)

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)一) 輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設(shè)備(光電傳感器等);

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)二) 一般PLC均有一定數(shù)量的占有點(diǎn)數(shù)(即空地址接線端子)，不要將線接上;

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)三) PLC存在I/O響應(yīng)延遲問題，尤其在快速響應(yīng)設(shè)備中應(yīng)加以注意。

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)四) 輸出有繼電器型，晶體管型(高速輸出時宜選用)，輸出可直接帶輕負(fù)載(LED指示燈等);

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)五) 輸入/斷開的時間要大于PLC掃描時間;

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)六) PLC輸出電路中沒有保護(hù)，因此應(yīng)在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護(hù)裝置，防止負(fù)載短路造成損壞PLC;

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)七) 不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞PLC;

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)八) 接地端子應(yīng)接地，不與其它設(shè)備接地端串聯(lián)，接地線裁面不小于2mm2;

西門子S7-300安裝注意事項(xiàng)九) 輸入、輸出信號線盡量分開走線，不要與動力線在同一管路內(nèi)或捆扎在一起，以免出現(xiàn)干擾信號，產(chǎn)生誤動作;信號傳輸線采用屏蔽線，并且將屏蔽線接地;為保證 信號可靠，輸入、輸出線一般控制在20米以內(nèi);擴(kuò)展電纜易受噪聲電干擾，應(yīng)遠(yuǎn)離動力線、高壓設(shè)備等。

 

一、問題提出

可編程控制器技術(shù)主要是應(yīng)用于自動化控制工程中，如何綜合地運(yùn)用前面學(xué)過知識點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。

二、可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

1 ．系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容

（ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)；

（ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

（ 3 ）選定 PLC 的型號；

（ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖；

（ 5 ）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計；

（ 6 ）了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機(jī)界面的設(shè)計，增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系；

（ 7 ）設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件；

（ 8 ）編寫設(shè)計說明書和使用說明書；

根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。

2 ． 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，

1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟

（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

a ．被控對象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。

（ 2 ）確定 I/O 設(shè)備

根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

（ 3 ）選擇合適的 PLC 類型

根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

（ 4 ）分配 I/O 點(diǎn)

分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。

（ 5 ）設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序

根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（ 6 ）將程序輸入 PLC

當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機(jī)上編程時，可通過上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進(jìn)行軟件測試

程序輸入 PLC 后，應(yīng)行測試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。

（ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。

（ 9 ）編制技術(shù)文件

系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。

三、 PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇

盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定浪費(fèi)。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60 ％； PLC 每個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的，有的 PLC 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來估算；計數(shù)器 / 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運(yùn)算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型

不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個 CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點(diǎn)

一般輸入點(diǎn)和輸入信號、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對應(yīng)的。

分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進(jìn)行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點(diǎn)。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍

不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號，查閱相應(yīng)的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊。

（ 2 ）部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。

從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。

未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 ： 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊。

（ 3 ）分配定時器 / 計數(shù)器

PLC 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。

7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟

7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法

在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。

1. 圖解法編程

圖解法是靠畫圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進(jìn)順控法。

(1) 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是方便的一種編程方法。

(2) 邏輯流程圖法：邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過程，反應(yīng)輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方法編制的 PLC 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及聯(lián)鎖條件明確。邏輯流程圖會使整個程序脈絡(luò)清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點(diǎn)，便于調(diào)試程序和維修程序。有時對一個復(fù)雜的程序，直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手，則可以先畫出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個部分用語句表和梯形圖編制 PLC 應(yīng)用程序。

(3) 時序流程圖法：時序流程圖法使先畫出控制系統(tǒng)的時序圖（即到某一個時間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時序圖），再根據(jù)時序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，后把程序框圖寫成 PLC 程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。

(4) 步進(jìn)順控法：步進(jìn)順控法是在順控指令的配合下設(shè)計復(fù)雜的控制程序。一般比較復(fù)雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從整個角度去看，一個復(fù)雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實(shí)際上可以認(rèn)為在不同時刻或者在不同進(jìn)程中去完成對各個步的控制。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進(jìn)順控指令。在畫完各個步進(jìn)的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進(jìn)順控指令方便地編寫控制程序。

2. 經(jīng)驗(yàn)法編程

經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗(yàn)，有的是來自自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，就需要日積月累，善于總結(jié)。

3. 計算機(jī)輔助設(shè)計編程

計算機(jī)輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件在計算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 運(yùn)行文件。

7.3.2 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的步驟

在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上，就要實(shí)際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計算機(jī)程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程。

1. 對系統(tǒng)任務(wù)分塊

分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務(wù)。這樣就把一個復(fù)雜的大問題化為多個簡單的小問題。這樣可便于編制程序。

2. 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖

從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又英國導(dǎo)出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序?yàn)榛鶞?zhǔn)，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系。

3. 繪制各種電路圖

繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制 PLC 的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點(diǎn)是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端，把高壓引入 PLC 輸入端，會對 PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時，不僅要考慮到輸出信號的連接點(diǎn)是否與命名一致，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和性問題。在整個電路的繪制中，還要考慮設(shè)計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進(jìn)行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計上仍然需要謹(jǐn)慎、。因此，在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。

4. 編制 PLC 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試

在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這樣便于查找問題，便于及時修改，不要整個程序完成后一起算總帳。

5. 制作控制臺與控制柜

在繪制完電器、編完程序之后，就可以制作控制臺和控制柜了。在時間緊張的時候，這項(xiàng)工作也可以和編制程序并列進(jìn)行。在制作控制臺和控制柜的時候要注意選擇開關(guān)、按鈕、繼電器等器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全、可靠。比如說屏蔽問題、接地問題、高壓隔離等問題必須妥善處理。

6. 現(xiàn)場調(diào)試

現(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計很難說不經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試就能使用的。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試才能后實(shí)地測試和后調(diào)整控制電路和控制程序，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

7. 編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運(yùn)行

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以后，控制電路和控制程序基本被確定了，整個系統(tǒng)的硬件和軟件基本沒有問題了。這時就要整流技術(shù)文件，包括整理電路圖、 PLC 程序、使用說明及幫助文件。到此工作基本結(jié)束。

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