西门子PLC模块6ES7 322-5GH00-0AB0

能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

    （ 1 ）甲类单管功率放大器

 图 5 是单管功率放大器， C1 是输入电容， T 是输出变压器。它的集电极负载电阻 Ri′ 是将负载电阻 R L 通过变压器匝数比折算过来的：

    RC′= （ N1 N2 ） 2 RL=N 2 RL

    负载电阻是低阻抗的扬声器，用变压器可以起阻抗变换作用，使负载得到较大的功率。

    这个电路不管有没有输入信号，晶体管始终处于导通状态，静态电流比较大，困此集电极损耗较大，效率不高，大约只有 35 ％。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合，它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。

（ 2 ）乙类推挽功率放大器

乙类推挽放大器的输出功率较大，失真也小，效率也较高，一般可达 60 ％。

    （ 3 ） OTL 功率放大器

    目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器，简称 OTL 电路，是一种性能很好的功率放大器。为了

易于说明，先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路，如图 7 。

  这个电路使用两个特性相同的晶体管，两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态时， VT1 、 VT2 流过的电流很小，电容 C 上充有对地为 1 2 E c 的直流电压。在有输入信号时，正半周时 VT1 导通， VT2 截止，集电极电流 i c1 方向如图所示，负载 RL 上得到放大了的正半周输出信号。负半周时 VT1 截止， VT2 导通，集电极电流 i c2 的方向如图所示， RL 上得到放大了的负半周输出信号。这个电路的关键元件是电容器 C ，它上面的电压就相当于 VT2 的供电电压。

    以这个电路为基础，还有用三极管倒相的不用输入变压器的真正 OTL 电路，用 PNP 管和 NPN 管组成的互补对称式OTL 电路，以及最新的桥接推挽功率放大器，简称 BTL 电路等等。

直流放大器

    能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。

    （ 1 ）双管直耦放大器

    直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合，只能用直接耦合方式。图 8 是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制，电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时，由于工作点不稳定引起静 态电位缓慢地变化，这种变化被逐级放大，使输出端产生虚假信号。放大器级数越多，零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

 （ 2 ）差分放大器

    解决零点漂移的办法是采用差分放大器，图 9 是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源，其中 VT1 和 VT2 的特性相同，两组电阻数值也相同， R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路，两个 R C 和两个管子是四个桥臂，输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。没有输入信号时，因为 RC1=RC2 和两管特性相同，所以电桥是平衡的，输出是零。由于是接成桥形，零点漂移也很小。

  差分放大器有良好的稳定性，因此得到广泛的应用。

STEP7—Micro/WIN4.0编写用户程序的方法与步骤示例

1）、梯形图的编辑

 在梯形图编辑窗口中，梯形图程序被划分成若干个网络，一个网络中只能有一个独立电路块。如果一个网络中有两个独立电路块，在编译时输出窗口将显示“1个错误”，待错误修正后方可继续。可以对网络中的程序或者某个编程元件进行编辑，执行删除、复制或粘贴操作。

 (1)首先打开STEP7—Micro/WIN4.0编程软件，进入主界面，STEP7—Micro/WIN4.0编程软件主界面如图1所示。

图1    STEP7—Micro/WIN4.0编程软件主界面

    (2)单击浏览栏的【程序块】按钮，进入梯形图编辑窗口。

    (3)在编辑窗口中，把光标定位到将要输入编程元件的地方。

    (4)可直接在指令工具栏中点击常开触点按钮，选取触点如图2所示。在打开的位逻辑指令中单击图标选项，选择常开触点如图3所示。输入的常开触点符号会自动写入到光标所在位置。输入常开触点如图4所示。也可以在指令树中双击位逻辑选项，然后双击常开触点输入。

图2   选取触点

图3 选择常开触点        图4 输入常开触点

    （5）在？？？中输入操作数I0.1，光标自动移到下一列。输入操作数I0.1如图4所示。

图5    输入操作数I0.1

    （6）用同样的方法在光标位置输入和，并填写对应地址，T37和Q0.1编辑结果如图6所示。

图6    T37和Q0.1编辑结果

    （7）将光标定位到I0.1下方，按照I0.1的输入办法输入Q0.1。Q0.1编辑结果如图7所示。

图7    Q0.1编辑结果

    (8) 将光标移到要合并的触点处，单击指令工具栏中的向上连线按钮，将Q0.0和I0.0并联连接， Q0.0和I0.0并联连接如图8所示。

图8    Q0.0和I0.0并联连接

    （9）将光标定位到网络2，按照I0.1的输入办法编写Q0.1。

    (10) 将光标定位到定时器输入位置，双击指令树的【定时器】选项，然后再双击接通延时定时器图标，在光标位置即可输入接通延时定时器。选择定时器图标如图9所示。

图9 选择定时器 图10   输入接通延时定时器

    （11）在定时器指令上面的 处输入定时器编号T37，在左侧 处输入定时器的预置值100，编辑结果如图7—28所示。
    经过上述操作过程，编程软件使用示例的梯形图就编辑完成了。如果需要进行语句表和功能图编辑，可按下面办法来实现。

    2)语句表的编辑

    执行菜单【查看】→【STL】选项，可以直接进行语句表的编辑。语句表的编辑如图11所示。

    3）功能图的编辑

    执行菜单【查看】→【FBD】选项，可以直接进行功能图的编辑。功能图的编辑如图12所示。

图11  语句表的编辑    图12  功能图的编辑

SIMATIC S7 PLC 表取数指令应用举例

表取数指令应用举例。从图1的数据表中，用FIFO，LIFO指令取数，将取出的数值分别放入VW300，VW400中，程序及运行结果如图2所示。

图1 数据表

 图2题图

可编程控制器PLC的应用特点与结构

可编程序逻辑控制器起源于60年代，简称PLC（Programmable  Logic  Controller）。目前，已经广泛应用于冶金、矿业、机械等领域。其特点是：

1、编程方便易学           

2、运行稳定可靠 

3、使用维护方便

4、对环境要求低

用可编程序控制器实施控制，如上图，其实质是按照一定的算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。而人出变换实际上就是信息处理，信息处理当今最常用的是微处理机技术，物理实现则要求PLC的输入应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用。这就要求I/O电路专门设计。根据PLC实施控制的基本点的分析，PLC采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路等组成。

中央处理机是PLC的大脑，如下图它由中央处理器（CPU）和存储器等组成 。

1、中央处理器（CPU）

    中央处理器（CPU）一般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元。输入输出（I/O）接口电路相连接。

    它主要完成以下的功能：

（1）将输入信号送入PLC中存储起来。  

（2）按存放的先后顺序取出             

用户指令，进行编译。                  

（3）完成用户指令规定的各种操作。       

（4）将结果送到输出端。

（5）响应各种外围设备（如变程器、打印机等）的请求。

    2、存储器

PLC内部存储器有两类：一类是RAM（即随机存取存储器），可以随时由 CPU对它进行读出、写入；另一类是ROM （即只读存储器），CPU只

从中读取而不能写入。RAM主要用来存放各种暂存的数据、中间结果能及用户正在调试的程序，ROM主要存放监控程序及用户已调试好的程序，这些程序都事先烧在ROM芯片中，开机后便可运行其中程序。

     3、输入、输出接口电路

它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。用户设备需要输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过模数变换进入机内）等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能接收和处理的信号。输出接口电路将处理器输出的弱电信号转换成现场需要的强电信号以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。常

用接口电路的结构如下图所示。

                 输入输出接口电路

为了保证电路的正常工作，这些接口电路有以下特点；

1）输入采用光电耦合电路，可大大减少电磁干扰

2）输出也采用光电隔离并有三种方式，即继电器、晶体管和晶闸管。这使得  PLC可以适合各种用户的不同要求。如低速、大功率负载一般采用继电器输出；高速大功率则采用晶闸管输出；高速小功率可用晶体管输出。还有功率放大输出电路等，而且有些输出电路做成模块式，可插拔，更换起来十分方便。

近几年来PLC新兴的应用领域

(1) 近年来，和利时矿用PLC产品的不断推陈出新，以其可靠性、高性能等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷中心等产品，正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品，装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。

(2) 利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器，可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷，还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200 系列PLC 进行控制操作，配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时，PLC与西门子文本显示器T D400 集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。

(3) 随着科技的发展和社会的进步，自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器，以一个发射的超声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备，两套不同的传感器输入控制信号给PLC，利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制，从而实现控制门的开放或关闭( 上升或下降) 。

其他还有很多新应用领域如：物联网，市政，新能源发电，智能楼宇电量采集，医疗系统配电电源等，就不一一列举了。

电气控制线路板安装时的要求

   1.板上安装的所有电气控制器件的名称、型号、工作电压参数，按钮的颜色等，都应正确无误，安装要牢固，在醒目处应贴上各器件的文字符号。

    2.连接导线可采用的颜色

    (1) 接地保护导线(PE)必须采用黄绿双色线;

    (2) 三相电源U, V, W分别采用黄、绿、红三色;

    (3) 交流控制电路采用红色;

    (4) 直流控制电路采用蓝色。

    3.导线的绝缘和耐压要符合电路要求;进行控制板内部布线，要求走线横平竖直、整齐、合理，接点不得松动;进行控制板外部布线，对于可移动的导线应放适当的余量，使绝缘套管(或金属软管)在运动时不承受拉力。

    4.安装时按钮的相对位置及选择的颜色

      (1)“停止”按钮应置于“启动”按钮的下方或左侧，当用两个“启动”按钮

控制相反方向时，“停止”按钮可装在中间。

    (2)“停止”和“急停”用红色，“启动”用绿色。

    5.安装指示灯的颜色

        红—危险或报警

        黄—警告

        绿—安全

        白—电源开关接通

 时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，数控机床中一般由计算机软件实现时间控制，而不采用时间继电器方式来进行时间控制。

        见下图：

PLC的扫描周期

PLC在RUN工作模式时，执行一次图1-5所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值约为1～l00ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。有的编程软件或编程器可以提供扫描周期韵当前值，有的还可以提供扫描周期的最大值和最小值。

CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。

     1．CPU芯片

     CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成。PLC使用以下几类CPU芯片：

    (1)通用微处理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片；

    (2)单片微处理器(单片机)，如Intel公司的MCS51／96系列单片机；

    (3)位片式微处理器，如AMD 2900系列位片式微处理器。

    2．存储器

    PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能直接读取。PLC的用户程序由用户设计，它决定了PLC的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字(每个字由16位二进制数组成)为单位，三菱的FX系列PLC将用户程序存储器的单位称为步(Step，即字)。小型PLC的用户程序存储器容量在lK字左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数M(兆)字。

    PLC常用以下几种存储器：

    (1)随机存取存储器：(RAM)

    用户可以用编程器读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读／写存储器。它是易失性的存储器，将它的电源断开后，储存的信息将会丢失。

    RAM的工作速度高，价格低，改写方便。为了在关断PLC外部电源后，保存RAM中的用户程序和某些数据(如计数器的计数值)，为RAM配备了一个锂电池。现在有的PLC仍用RAM来储存用户程序。

  锂电池可用2~5年，需要更换锂电池时，PLC面板上的“电池电压过低”发光二极管亮，同时有一个内部标志位变为l状态，可以用它的常开触点来接通控制屏面板上的指示灯或声光报警器，通知用户及时更换锂电池。

    (2)只读存储器(ROM)

    ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM—般用来存放PLC的系统程序。 

    (3)可电擦除的EPROM(EEPROM或E2PROM)

    它是非易失性的，但是可以用编程器对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点。但是写入信息所需的时间比RAM长得多，EEPROM用来存放用户程序。有的PLC将EEPROM作为基本配置，有的PLC将EEPROM作为可选件。