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西门子6SL3210-1SE31-0AA0  西门子6SL3210-1SE31-0AA0

 

西门子6SL3210-1SE31-0AA0

新一代可编程序控制器的技术现状

    为了适应日益剧烈的市场竞争，新一代的可编程序控制器在技术创新方面有了长足的进展，主要体现在以下方面：

    (1) 执行多任务功能的出现

    所谓执行多任务，就是在一个可编程序控制器系统中，可同时安装几个CPU模板，每个CPU模板执行各自的任务，控制与其执行任务相关的I/O模板。

    (2) 网络能力的强化

    网络能力的加强，使可编程序控制器已经突破了原有的使用范围，特别是引入现场总线、工业以太网、无线网络及Internet等技术后，可编程序控制器的应用已今非昔比。典型的可编程序控制器的网络拓扑结构为设备控制层、过程控制层和信息管理层3个层次。在设备控制层中，引入了现场总线，使得工业生产过程中的现场检测仪表、变频器、MCC控制柜等一切现场设备都可直接与可编程序控制器相连；在过程控制层中，传统意义上的人机界面的功能已经焕然一新，使可编程序控制器能实现跨地区的编程、监控、诊断、管理，实现整个车间及全厂范围的控制；在信息管理层，向工业以太网的扩展，使控制与信息管理融为一体。

    罗克韦尔自动化公司的全方位自动化系统、西门子公司的全集成自动化系统和施耐德公司的透明工厂都是这类技术发展的代表。

    (3) 高速化处理功能

    随着网络能力的强化，可编程序控制器实现的控制功能和控制范围都在扩大，这就要求可编程序控制器实现高速运行和实时通信功能。高速化包括运算速度的高速化、与外部设备交换数据的高速化、编程设备服务处理的高速化、外部设备响应的高速化。为了实现高速化，有些可编程序控制器已在其内核中设计有通信功能，借助于无源数据总线，系统的瓶颈得以消除，这种结构允许多个处理器、网络能在一个机架中使用而没有限制，从而提供了高性能的分布式实时控制系统的解决方案。

   (4) 大力发展集成化软件

    目前，可编程序控制器的生产厂商开发系统硬件费用的比例逐年下降，而开发软件、集成等费用的比例逐年上升。现在的成套软件将可编程序控制器的编程、操作员界面、运动控制、程序调试、故障诊断和处理、通信等集成为一体。人-机界面及监控软件集成了所有开放的标准接口，可直接从生产中获得大量实时数据，并对这些数据进行分析和打包，然后传送到管理层，同时它能将过程优化数据和生产细节的参数迅速地反馈到控制层和现场，从而为集成ERP系统铺平道路。

    (5) 微型可编程序控制器异军突起

    传统的微型可编程序控制器一般为8~64点数字量I/O，1~4点模拟量I/O，体积很小，可直接安装在机器内。但现在的微型可编程序控制器除了上述功能外，在网络功能和人机接口功能上已可与中大型的可编程序控制器相比，这一类微型可编程序控制器是目前发展**的。西门子公司的LOGO，罗克韦尔自动化公司的PICO都是这类微型可编程序控制器的代表。

    (6) 信息技术渗入可编程序控制器

    信息技术渗入可编程序控制器是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的发展趋势，适应在控制层面上让不同品牌的可编程序控制器之间、可编程序控制器与分布式控制系统之间有效交换数据的要求。实际上多任务系统的实现、网络能力的提高、软件集成的发展使得信息技术很容易的就与可编程序控制器系统融为一体。

    (7) 加强安全技术

    随着可编程序控制器应用领域的扩大，对可编程序控制器系统的可靠性要求也越来越高，加强可编程序控制器的安全技术也成为了一个新的发展方向。具有容错和冗余性能的故障防止型可编程序控制器已经出现，具备在线插拔的双通道的信号模板和电源模板。内藏冗余的CPU系统的过程控制器也已出现，这种过程控制器利用内部测试电路检查、诊断I/O模板的运行状况，而不是采用冗余的I/O模板。GE Fanuc公司推出了三合一的可编程序控制器，这种可编程序控制器是目前****实现全系列兼容、热备和三取二表决的高可靠性安全型可编程序控制器。

    5 我国可编程序控制器发展中的问题及对策

    目前我国的可编程序控制器的发展主要面临着三大问题。一是技术层面上的，在国际上可编程序控制器迅速发展的形势下，我国还没有具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品，原因主要在于我国的整个基础工业还有一定差距，如芯片制造、模具加工等方面限制了我们的发展。二是竞争层面上的，实际上也是一个经济竞争的问题。现在95%的国内市场由外国的可编程序控制器产品所占领，中、大型可编程序控制器中，几乎全部由国外几大公司垄断，随着我国使用可编程序控制器领域的不断扩大，市场越来越大，然而国外几大公司几乎每年都会针对市场推出新的产品，一旦人们使用了新的产品后，他们就会逐渐的提高产品市场价格，没有我国自己的自主知识产权的产品，在经济竞争中就只能处于被动。三是市场秩序层面上的，随着我国改革开放的不断深入，特别是加入WTO后，我国巨大的市场份额极大的吸引了国外的大公司，他们开拓市场的方法都是采用大范围建立代理销售渠道，每个公司的分销商、系统集成商都会有数十家，甚至上百家之多，造成了我国的分销商、系统集成商之间的激烈竞争，而这些无序的竞争为国际大公司分而治之、获取稳定的高额利润创造条件。

    面对这些问题，笔者认为我国可编程序控制器的发展应该采取如下对策：

    (1) 面对如此巨大的市场，我国应该集中资金和技术力量，尽快研制生产出具有自主知识产权的可编程序控制器的系列产品，就像以前的家电行业一样。其实随着我国整个民族工业的不断发展，特别是近年来芯片工业的迅速发展，推出具有国际竞争力的可编程序控制器产品已成为可能。

    (2) 继续发挥我国科学技术人员可编程序控制器应用技术的优势，扩大可编程序控制器的应用领域。特别是我国加入WTO后，中国成为“**制造工厂”的过程正在加速，我国在努力将可编程序控制器应用在国民经济的各个领域同时，还要凭借技术和劳动力优势，进入可编程序控制器在外商投资企业中的应用，并逐渐进入国际上可编程序控制器的应用市场，让我国的应用技术优势形成真正的增值服务，从而带动我国相关成套设备和软件产业的发展。

    (3) 在扩大可编程序控制器应用的同时，要在软件集成化上下功夫。针对不同的工业生产过程，形成具有我国特点的系统集成软件、人机界面软件和系统应用软件，在一些我国**的工业行业中制造出具有核心技术的系统应用软件。真正形成具有国际标准的、可进行复制的模块化软件。

    采取上述策略后，我国就能在可编程序控制器的应用上率先实现突破，融入全球一体化经济之中，形成具有自主知识产权的软件产业，进而研制、开发、生产出具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品。笔者相信，随着我国国民经济的全面发展，随着整个民族工业的提高，这一天会很快到来。

PLC设计时间继电器梯形图实例

TON 使能＝1计数，计数到设定值时（一直计数到32767），定时器位＝1。使能＝0复位（定时器位＝0）。

TOF 使能＝1，定时器位＝1，计数器复位（清零）。使能由1到0负跳变，计数器开始计数，到设定值时（停止计数），定时器位＝0。如下图：

 

图1：使能＝1时，TOF（T38）的触点动作图

 

图2：使能断开后，计数到设定值后，TOF（T38）的触点动作图（其中T38常开触点是在使能由1到0负跳变后计数器计时到设定值后变为0的）

TONR 使能＝1，计数器开始计数，计数到设定值时，计数器位＝1。使能断开，计数器停止计数，计数器位仍为1，使能位再为1时，计数器在原来的计数基础上计数。

以上三种计数器可以通过复位指令复位。

正交计数器 A相**B相90度，增计数

B相**A相90度，减计数

当要改变计数方向时（增计数或减计数），只要A相和B相的接线交换一下就可以了。

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

1.工作环境

（1）温度

PLC要求环境温度在0~55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

（2）湿度

为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

（3）震动

应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

（4）空气

避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

（5）电源

PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

2.控制系统中干扰及其来源

现场电磁干扰是PLC控制系统中**常见也是**易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。（1）干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径

强电干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

柜内干扰

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

变频器干扰

一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

3.主要抗干扰措施

（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰

对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

（4）正确选择接地点，完善接地系统

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

● 安全地或电源接地

将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。

● 系统接地

PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

● 信号与屏蔽接地

一般要求信号线必须要有**的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室**接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

5）对变频器干扰的抑制

变频器的干扰处理一般有下面几种方式：

加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。

具有自切断功能的PLC定时器设计举例

通过切断与驱动程序的联系而自复位的定时器，常被叫做“自切断”定时器。它们是编程者“工具箱”里一个很有用的工具。下面例子不是一个完整的实际应用，而是经选择，突出“自切断”定时器的操作。

 

说明:

定时器T001连续运行，定时器线圈由它自己的常闭触点驱动。当定时器完成定时过程，线圈被激活，使定时器常闭触点无效，通路被打断，由此线圈不能通电。这个新状态也意味着常闭触点不能再通电。因此，**后情况是定时器复位并且自动地再次开始它的定时过程。

这是一个很快的响应。定时器的复位/置位会在程序的大约一次扫描(**多两次扫描)内发生。在如此短的时间内，定时器的连续置位和复位使定时器触点动作如同受脉冲激励。使用定时器T001的常开触点驱动ALT指令说明了这一点。每过20秒，Y001和Y002的输出状态互换。

在这个例子中，变化着的输出对配给杂志的线路进行切换，20秒的停顿用于杂志沿传送带下移并的停倒入等待盒中。这样能保证一个稳定的生产流程，这个过程很容易由照看杂志装箱的一个操作人员管理。

用PLC构成交通灯控制系统梯形图举例

一、控制系统实现目标 

用PLC构成交通灯控制系统 

                  图1  交通灯控制示意图

 

二、控制要求及IO分配

 1．控制要求

起动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。                                    

2．I/O分配

 

 

三、交通灯控制语句表

 

 

四、交通灯控制梯形图

 

PLC编程应满足哪些要求

1、所编的程序要合乎所使用的PLC的有关的规定

主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种PLC指令多有类似之处，但还有些差异。对于有PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号PLC的指令重新理解一遍，否则容易出错。

2、要使所编的程序尽可能简洁

简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到的目的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。

3、要使所编的程序尽可能清晰

这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。

4、要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求

所编程序的指令条数要少于所选用的PLC内存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用的输入、输出点数要在所选用PLC的I/O点数范围之内，PLC的扫描时间要少于所选用PLC的程序运行监测时间。PLC的扫描时间不仅包括运行用户程序所需的时间，而且还包括运行系统程序，（如I/O处理、自监测）所需的时间。

5、所编程序能够循环运行

PLC的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。运行从初始化后的状态开始，待控制对象完成了工作循环，则又返回初始化状态。只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的控制。

电路图执行标准中的图形符号和文字符号

为了便于交流与沟通，我国参照国际电工委员会(IEC)颁布的有关文件，制定了电气设备有关国家标准，颁布了GB4728--1984《电气图用图形符号》、GB 5465—1985《电气设备用图形符号、绘制原则》、GB 6988—1986《电气制图》、GB 5094—1985《电气技术中的项目代号》和GB 7159--1987《电气技术中的文字符号制订通则》，规定从1990年1日1日起，电气图中的图形符号和文字符号必须符合**的国家标准。

（1）图形符号 

由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号(如机械控制符号等)根据不同的具体器件情况组合构成。 

（2）文字符号 

基本文字符号、单字母符号和双字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类，如K为继电器类元件这一大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一表示器件某些特性的字母组成，例如表示继电器类元件中的KA为中间继电器。

(1) 屏蔽：对电源变压器、cpu、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。               

(2) 滤波：对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。               

(3)电源调整与保护：对cpu这个核心部件所需的+5v电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。               

(4) 隔离：在cpu与i/o电路间，采用光电隔离措施，有效隔离i/o间的电联系，减少故障误动作。                

(5)采用模块式结构：这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查处某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统回复正常工作，也有助于加快查找故障原因。

故障检测：plc本身有很完善的自诊断功能，但在工程实践中，plc的i/o元件如限位开关、电磁阀、接触器等的故障率远远高于plc的本身故障率，这些元件出现故障后，plc一般不会察觉出来，不会立即停机，这会导致多个故障相继发生，严重时会造成人身设备事故，停机后查找故障也要花费大量时间[4]。为方便检测故障可用梯形图程序实现，这里介绍一种逻辑组合判断法：系统正常运行时，plc的输入和输出信号之间存在着确定的关系，因此根据输出信号的状态与控制过程间的逻辑关系来判断设备运行是否正常。               

信息保护和恢复：当偶发性故障条件出现时，不破坏plc内部的信息，一旦故障条件消失，就可以恢复正常继续原来的工作。所以，plc在检测故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储器信息被冲掉，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作。

设置警戒时钟wdt：机械设备的动作时间一般是不变的，可以以这些时间为参考，当plc发出控制信号，相应的执行机械动作，同时启动一个定时器，定时器的设定值比正常情况下机械设备的动作时间长20%，若时间到，plc还没有收到执行机构动作结束信号，则启动报警。

提高输入信号的可靠性：由于电磁干扰、噪声、模拟信号误差等因素的影响，会引起输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故，例如按纽的抖动、继电器触点的瞬间跳动都会引起系统误动作，可以采用软件延时去抖。对于模拟信号误差的影响可采取对模拟信号连续采样三次，采样间隔根据a/d转换时间和该信号的变化频率而定，三个数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。