新型的SIMATICS7-1500控制器除了包含多种创新技术之外，还设定了新标准，最大程度提高生产效率。无论是小型设备还是对速度和准确性要求较高的复杂设备装置，都一一适用。SIMATICS7-1500无缝集成到TIA博途中，极大提高了工程组态的效率。

性能

没有最快，只有更快！SIMATIC S7-1500卓越的系统性能极大缩短了系统响应时间，进而优化了控制质量并提高了系统性能。

处理速度

SIMATIC S7-1500 的信号处理速度更为快速，极大缩短系统响应时间，进而提高了生产效率。

高速背板总线

新型的背板总线技术采用高波特率和高效传输协议，以实现信号的快速处理。

通信

SIMATIC S7-1500带有多达3个PROFINET接口。

其中，两个端口具有相同的IP地址，适用于现场级通信；第三个端口具有独立的IP地址，可集成到公司网络中。

通过 PROFINET IRT，可定义响应时间并确保高度精准的设备性能。

集成 Web Server

无需亲临现场，即可通过Internet浏览器随时查看CPU状态。过程变量以图形化方式进行显示，同时用户还可以自定义网页，这些都极大地简化了信息的采集操作。

机床刀架运动控制系统的设计（附PLC接线图和梯形图）

图1给出了钻削加工时刀架的运动示意图。刀架开始时在限位开关X4处，按下起动按钮X0，刀架左行，开始钻削加工，到达限位开关X3所在位置时停止进给，钻头继续转动，进行无进给切削，6s后定时时间到，刀架自动返回起始位置。

    在电动机正反转控制梯形图的基础上，设计出满足要求的PLC外部接线图和梯形图（见图2和图1）。为使刀架的进给运动自动停止，将左限位开关X3的常闭触点与控制进给的Y0的线圈串联。为了在左限位开关X3处进行无进给切削，用X3的常开触点来控制定时器T0的线圈，T0的定时时间到时，其常开触点闭合，给控制Y1的起保停电路提供起动信号，使Y1的线圈通电，刀架自动返回。刀架离开X3所在位置后，X3的常开触点断开，T0被复位。刀架回到X4所在位置时，X4的常闭触点断开，使Y1的线圈断电，刀架停在起始位置。

西门子S7-200 PLC的安装方式、安装环境和安装注意事项

西门子S7-200 PLC安装：

（1）安装方式

S7-200的安装方法有两种：底板安装和DIN导轨安装。底板安装是利用PLC机体外壳四个角上的安装孔，用螺钉将其固定在底版上。DIN导轨安装是利用模块上的DIN夹子，把模块固定在一个标准的DIN导轨上。导轨安装既可以水平安装，也可以垂直安装。

（2）安装环境

PLC适用于工业现场，为了保证其工作的可靠性，延长PLC的使用寿命，安装时要注意周围环境条件：环境温度在0～55℃范围内；相对湿度在35%～85%范围内（无结霜），周围无易燃或腐蚀性气体、过量的灰尘和金属颗粒；避免过度的震动和冲击；避免太阳光的直射和水的溅射。

（3）安装注意事项

除了环境因素，安装时还应注意：PLC的所有单元都应在断电时安装、拆卸；切勿将导线头、金属屑等杂物落入机体内；模块周围应留出一定的空间，以便于机体周围的通风和散热。此外，为了防止高电子噪声对模块的干扰，应尽可能将S7-200模块与产生高电子噪声的设备（如变频器）分隔开。

节省PLC I/O点的实用技术

1 引言

在设计PLC控制系统或对老设备进行PLC技术改造时，设计人员经常会发现系统的输入/输出信号太多，需占用大量的PLC输入/输出点，在原先预计的输入/输出点不够用的情况下，当然可以通过I/O扩展单元或I/O模块来解决，被迫提高PLC的选用档次，进而使系统的硬件配置增加，体积变大，设备初投资也随之大大增加。笔者认为在对不是需要增加很多输入/输出点的情况下，可以通过一定的设计技术来扩展输入/输出点的数量，而又不降低PLC系统的可靠性，从而达到降低设备初投资成本的目的。

2 对输入点的扩展技术

2.1 合并输入扩展技术
一台棉纺织设备中常常有几个起动控制按钮和几个停止控制按钮，且它们分别设置在机台的不同位置，形成一种多地控制系统。图1为三地控制的继电器控制线路，从图1中可以看出:在不同的地方装有3只停止按钮SB1、SB2、SB3，按下其中任一按钮都使KM失电，电动机停转;有3只起动按钮SB4、SB5、SB6，按下其中任一按钮都使KM得电并自保持，使电动机正常运转;还有一过载检测元件FR，只要主电路有过负荷故障，其串联在图1中的FR常闭触点断开，也使KM失电，电动机停转，从而切断过负荷故障。

图1 三地控制的继电器控制线路

若对该设备进行PLC改造，对输入信号不加任何处理，将有SB1～SB6、FR共7个输入信号要占用PLC 7个输入点，在输入／输出点相对紧张时，对输入信号可以采取图2所示合并输入扩展技术:即在PLC外部将4个常闭(动断)触点串联，3个常开(动合)触点并联后再分别接入PLC的输入端子，这样只需占用2个输入点，节省了5个输入点，同样能达到对其7个输入信号的处理目的。转化为梯形图如图３所示即可。

图2 合并输入扩展技术线路图

图3 采取合并输入扩展技术的梯形图 图4 油泵电机起停控制的梯形图

2.2 状态变换扩展技术
通常对于工作状态属于0/1或者开/关量变化的动作(如油泵电机的起停、冷却液的开关、灯的亮熄等)进行PLC控制时,一般情况下要由2个按钮分别控制它们的开和关。
图4为某机床油泵电机起停控制的梯形图，占用了PLC 2个输入点X0、X1，其中X0为油泵电机开按钮输入信号，X1为油泵电机关按钮输入信号，Y0为油泵电机开输出信号。
对图4采用状态变换扩展技术，则只需一个按钮X0即可，每按一下按钮X0，就将当前的油泵电机的工作状态翻转一次，其实现的PLC梯形图程序有三种电路，分别如图5、图6、图7所示。

图5 用计数器的梯形图 图6 不用计数器的梯形图

图7 用功能指令的梯形图

图5为用计数器进行控制的状态变换技术。从图5可以看出，当第一次按下X0时，使Y0=1且自保持，油泵电机运转，同时X0的下降沿启动C0计数一次;当第二次按下X0又松开时，它的下降沿又使C0计数一次，此时的计数值达到C0的设定值(K2)，计数器C0动作，其动断触点断开Y0回路，油泵电机停转，实现了输出状态的翻转，在接下来的一个扫描周期内，计数器的动合触点使C0复位，为下次计数做准备，从而实现了用一只按钮启停的单数次计数、双数次计数复位的控制。
图6为不用计数器进行控制的状态变换技术。从图6可以看出，初始运行时，M0=M1=Y0=0，当第一次按下X0时，其上升沿即使Y0=1且自保持，油泵电机运转，此时M0=1，M1=0;当第二次按下X0时的扫描周期内，M0=1，M1=1，Y0=0，油泵电机停转，实现了输出状态的翻转，在接下来的一个扫描周期内，M0=M1=Y0=0，又恢复为初始状态，为下一次的状态变换作好了准备。从而也实现了用一只按钮启停的单数次运转、双数次停转的控制[1>。
图7为用功能指令进行控制的状态变换技术。图7中，ALT为交替输出指令，其实际上是一个二分频电路，每执行一次ALT指令，目标元件的输出状态取反，即目标元件的状态在ON和OFF之间交替变换。初始运行时，Y0=0，当第一次按下X0时，其上升沿即使Y0=1且自保持，油泵电机运转，当第二次按下X0时的扫描周期内，Y0＝0，油泵电机停转，实现了输出状态的翻转[2>。
2.3 条件分隔扩展技术
在各种数控装置中，自动和手动是最常用的两种控制方式。手动工作方式的大量按钮，占用了很多的输入点，操作面板上的控制按钮大多是为手动方式准备的，仔细分析会发现有些手动控制中使用的按钮在自动方式中根本就不会出现。因此，我们可将这些不会同时出现的输入信号按工作方式分成两组，使它们在不同的工作方式中接入相同的输入点，从而达到节省输入点的目的，这种方法即为条件分隔扩展技术。具体方法如图８所示。
图8中，HK为工作方式转换开关(如1位为自动，2位为手动方式)，必须占用一个点X0，以便在梯形图中区分不同的作用;X1、X2、X3为重复使用的输入点，这3个点分别接不同作用的开关，通过转换开关方式的选择，使点在不同时期起不同的作用，又为了避免寄生电路引起各点互相牵扯，各开关必须通过二极管或门再接到输入点上。像图８所示电路可节省6－4=2个输入点，达到了节省输入点的目的。

图8 采用条件分隔扩展技术的线路图

2.4 输入点组合应用扩展技术
将n个输入点取m个点组合，可得到Ｃnm个组合组，其每一个组合组便是一个新的输入点，从而使输入点从n个扩展为Ｃnm个，在不改变PLC原始配置的情况下使输入点净增Ｃnm－n个，这种技术称为输入点组合应用扩展技术。这种技术中，当n增加时，被扩展点数量增加很快。如n=6，当m=2时，新形成点数量为C62=15，这样就从n=6点扩展为15个点。在此技术中，一般取m＝2，这样不致使梯形图过繁。具体实现办法如图9所示:

图9 采用输入点组合应用扩展技术的线路图

图9为n=5，m=2的组合应用图。图9中，在每个参与组合的点(X0到X4)上接一个二极管或门，其每个或门扇输入数为(n－1)=5－1=4，且每m个(本图为2)或门各与一个输入端相连，一直不重复地接完，直至形成Ｃnm(本图为C52)条连接线，这每一条连接线便是一个新的控制点。[3>
2.5 利用比较指令的输入扩展技术
比较指令的功能是比较两个数的大小。其指令格式如图10所示。当X0＝ON时，则将K1(S1)与计数器C0(S2)的内容进行比较:
当K1>C0，M0=1; K1=C0, M1=1; K1
工厂生产线上经常有这么一种要求，即要求n台电动机随时随地顺序起动，随时随地可逆序停车。如n=3时，若不采用任何输入扩展技术，则需3只起动按钮、3只停止按钮，要占用PLC 6个输入点。现采用比较指令设计技术，按图10所示梯形图设计，则只需占用X0、X1 2个输入点，即可实现上述功能。[2>

图10 利用比较指令输入扩展技术的梯形图

图10中，当按一下X0=ON，M1=1，Y0=1且自保持，第一台电动机起动;再按一下X0=ON，M2=1，Y1=1且自保持，第二台电动机起动;第三次按下X0=ON，M0=1，Y2=1且自保持，第三台电动机起动，起动过程完成。同理，当要求逆序停车时，按一下X1=ON，M11=1，Y2=0，第三台电动机停车;再按一下X1=ON，M12=1，Y2=Y1=0，第二台电动机停车;第三次按下X1=ON，M10=1，Y2=Y1=Y0，第一台电动机停车, 停车过程按要求完成。
3 对输出点的扩展技术

3.1 合并输出扩展技术
目前，用PLC来实现控制的领域越来越多，像舞台的艺术灯、大型户外广告屏、节日灯的控制等，在这些灯光的控制逻辑中，有一些灯的控制逻辑完全相同，对于通断状态完全相同的2个及以上的负载，可以采用并联连接的合并输出扩展技术，只需占用PLC的一个输出点即可;对于在不同的工作方式下(如自动或手动工作方式)或者通过外部开关的转换，有些输出点不会同时出现的场合，也可以采用合并输出扩展技术，使每个PLC输出点可以控制两个及以上不同时工作的负载。具体实现方法如图11所示。

图11 采用合并输出扩展技术的线路图

图11中，如果KM1、KM2所带负载的状态完全相同，只需把KM1、KM2的线圈并联连接，只占用1个输出点Y0，可节省1个输出点;同样图11中，如果Q1、Q2不会同时为接通状态，则可以1个输出点Y1来带动两路不会同时有输出的负载KM3、KM4的输出，从而也节省了一个输出点。
3.2 输出点组合应用扩展技术
输出点组合应用扩展技术的要点是将n个输出继电器号分为两组，每组个数各为n/2个，通过外部接线的技术组合，使每组每次有一个继电器有输出，则其可带(n/2)×(n/2)个负载，这种技术可节省(n/2)×(n/2)－n个输出点。如图12所示:用6个(注:n=6)输出点可以驱动9(3×3)个负载，节省了3个输出点，在梯形图编程时，需要用编码的方法确定每一个负载，每一个负载由行线和列线所在的输出继电器号共同承担。
3.3 机外处置扩展技术
PLC控制器有基本单元、扩展单元、扩展模块之分，其相对继电器－接触器控制电路而言，价格相对较高，尤其是在需要占用大量输出点时，还要对PLC基本单元进行扩展处理或需要选用更大点数的基本单元时，价格问题显得尤为突出，因此在对某些控制逻辑简单而又不参与工作循环的电气设备或者在工作循环之前须先工作的设备而言，在用PLC进行总体控制设计时，这些设备可以不用PLC来控制其输出，而采用PLC机外处置的办法仍用继电器－接触器来进行控制，从而也达到了节省输出点的目的，并且可大大降低投资成本。[1>

图12 采用输出点组合应用扩展技术的线路图

4 结束语
上述介绍的这些技术，虽经笔者在电气实验室调试取得了成功，证明是切实可行的，但在实际应用过程中仍要注意进行模拟调试和系统联调，确保万无一失。这些技术方法应当是在迫不得已的情况下考虑的方法，因为在考虑节约投资成本等经济性的同时，这些技术难免会带来实践操作、维护的复杂性，即使是非用不可，也一定要确保设备安全可靠，将复杂程度降到最低限度，并注意做好设计资料的保管工作，以便提供维护人员随时查阅。 

电气原理图设计的四个基本步骤

电气原理图设计的基本步骤是：
（l）根据确定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图。
（2）设计出原理框图中各个部分的具体电路。设计时按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺序进行。
（3）绘制总原理图。
（4）恰当选用电器元件，并制订元器件明细表。
设计过程中，可根据控制电路的简易程度适当地选用上述步骤。

1）光电式传感器的外形结构

光电传感器的种类很多，应用场合也各不相同，外形结构更是多种多样。图1所示是部分光电传感器的外形结构图。

2）光电传感器的应用

它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。图3所示为光电传感器在实际生活中的应用实例。

移位指令——西门子S7系列PLC

 移位指令可以可以将累加器1 的低字或整个累加器的内容进行左移或右移一定的位数。二进制数左移一位相当于将原数值乘以2。右移一位相当于将原数值除以2。

    参数N 表示移位的次数。移出的空位根据不同的指令由0或符号位的状态填充。最后移出的位的状态同时被装入到状态字的CC1位，CC0和OV位被复位。

l     SSI  <number>   16位整数右移指令

l     SSD  <number>   32位整数右移指令

l     SLW  <number>  逻辑字左移指令

l     SRW  <number>  逻辑字右移指令

l     SLD  <number>   逻辑双字左移指令

l     SRD  <number>   逻辑双字右移指令

例3.8.1 

FBD符号：

        STL指令格式： SSI  <number>

1．当使能输入端EN = 1时，执行整数右移指令。将来自输入端IN的16位整数右移N位后，由OUT端输出。

2．N端输入要移位的次数，如果N 大于16则其作用与N = 16 相同。

3．移出的空位由符号位的状态填充，如果是正数，以0填充，如果是负数，以1填充。

4．如果N不等于0，则执行该指令后，CC0和OV位总是等于0。

  5．ENO = EN

PLC控制系统设计与调试的步骤

所示为PLC控制系统设计与调试的一般步骤。

图1 PLC控制系统设计与调试的一般步骤

（一）分析被控对象并提出控制要求

详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

（二）确定输入／输出设备

 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

  （三）选择PLC

PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。

（四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

1.分配I/O点

画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第２步中进行。

2.设计PLC外围硬件线路

画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

 （五）程序设计

1. 程序设计

根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：

1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。

2. 程序模拟调试

程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

（六）硬件实施

硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：

1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

2)设计系统各部分之间的电气互连图。

3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。 

    （七）联机调试

 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。

全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

（八）整理和编写技术文件

技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。

PLC在数控机床中的工作流程简介 PLC的分类

  PLC在数控机床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤:

    (1).输入采样:输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。当然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。

   (2)、程序执行:程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。

    (3)、出刷新阶段:在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。

  PLC是专为工业自动控制而开发的装置，通常PLC采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程。不同厂家的产品采用的编程语言不同，这些编程语言有梯形图、语句表、控制系统流程图等。为了增强PLC的各种运算功能，有的PLC还配有BASIC语言，并正在探索用其他高级语言来编程。

   日本的FANUC公司、立石公司、三菱公司、富士公司等所生产的PLC产品，都采用梯形图编程。在用编程器向PLC输入程序时，一般简易编程器都采用编码表输入，大型编程器也可用梯形图直接输入。在众多的PLC产品中，由于制造厂家不同，其指令系统的表示方法和语句表中的助记符也不尽相同，但原理是完全相同的。在本书中我们以FANUC-PMC-L为例，对适用于数控机床控制的PLC指令作一介绍。在FANUC系列的PLC中，规格型号不同时，只是功能指令的数目有所不同，如北京机床研究所与FANUC公司合作开发的FANUC-BESK PLC-B功能指令23条，除此以外，指令系统是完全一样的。   

    在FANUC-PMC-L中有两种指令：基本指令和功能指令。当设计顺序程序时，使用最多的是基本指令，基本指令共12条。功能指令便于机床特殊运行控制的编程，功能指令有35条。

在基本指令和功能指令执行中，用一个堆栈寄存器暂存逻辑操作的中间结果，堆栈寄存器有9位（如图1所示），按先进后出、后进先出的原理工作。当前操作结果压入时，堆栈各原状态全部左移一位；相反地取出操作结果时堆栈全部右移一位，最后压入的信号首先恢复读出。

PLC梯形图的阅读方法简介

【梯形图】

一般在PLC的程序中，以梯形图形式表示电流方向。

【梯形图的回路符号】

  为了打印出以往在PLC中使用的各种电路触点符号，

   将这些内容文字符号化，统一成为A触点、B触点．

【什么叫A触点、B触点？】

例：按钮开关

按下后变为OFF

  称为B型触点(BREAK触点)或常闭触点、NC触点(NORMAL CLOSE)

COM端子（共用端子）

按下后变为ON

  称为A型触点(MAKE触点)或常开触点、NO触点(NORMAL OPEN)

【小结】

    在PLC程序的多种方式中．作为具有代表性的梯形图方式,由于非常类似继电器顺序控制回路而被广泛使用．

【梯形图的绘制步骤】

①画出控制电源母线

②在控制电源母线内连接各触点和输入输出继电器等要素

电路图中定时器、限位开关、继电器等触点的符号各不相同，而在PLC的梯形图中却不加以区别，仅使用打印机可以打印的文字符号．