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西门子828D系统操作面板  西门子828D系统操作面板

 

西门子828D系统操作面板

调幅和检波电路

    广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射出去的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号，高频信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种，对应的解调方法就叫检波和鉴频。

    下面我们先介绍调幅和检波电路。

    （ 1 ）调幅电路

    调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化，载波的频率和相应不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。

   调幅是一个非线性频率变换过程，所以它的关键是必须使用二极管、三极管等非线性器件。根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电路为例。

 图 6 是集电极调幅电路，由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1 加到晶体管基极。低频调制信号则通过 T3 耦合到集电极中。 C1 、 C2 、 C3 是高频旁路电容， R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分，三极管就是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的， 所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于 LC 谐振回路是调谐在载波的基频上，因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出。

（ 2 ）检波电路

    检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。常用的有二极管和 三极管。另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工 作。

图 7 是一个二极管检波电路。 VD 是检波元件， C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时，二极管 VD 是断续工作的。正半周时，二极管导通，对 C 充电；负半周和输入电压较小时，二极管截止， C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多，经过电容 C 滤除了高频部分，再经过隔直流电容 C 0 的隔直流作用，在输出端就可得到还原的低频信号。

   调频和鉴频电路

    调频是使载波频率随调制信号的幅度变化，而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号，它的过程和调频正好相反。

    （ 1 ）调频电路

    能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法，也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。图 8 画出了它的大意，图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化，使载波振荡器的频率发生变化。

（ 2 ）鉴频电路

    能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路，有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步，**步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波，第二步再用一般的检波器检出幅度变化，还原成低频信号。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等

脉冲电路的用途和特点

    在电子电路中，电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路，因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。电子电路中另一大类电路的数字电子电路。它加 工和处理的对象是不连续变化的数字信号。数字电子电路又可分成脉冲电路和数字逻辑电路，它们处理的都是不连续的脉冲信号。脉冲电路是专门用来产生电脉冲和 对电脉冲进行放大、变换和整形的电路。家用电器中的定时器、报警器、电子开关、电子钟表、电子玩具以及电子医疗器具等，都要用到脉冲电路。

    电脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的，**有代表性的是矩形脉冲。要说明一个矩形脉冲的特性可以用脉冲幅度 Um 、脉冲周期 T 或频率 f 、脉冲前沿 t r 、脉冲后沿 t f 和脉冲宽度 t k 来表示。如果一个脉冲的宽度 t k =1 ／ 2T ，它就是一个方波。

    脉冲电路和放大振荡电路**的不同点，或者说脉冲电路的特点是：脉冲电路中的晶体管是工作在开关状态的。大多数情况下，晶体管是工作在特性曲线的饱和区或 截止区的，所以脉冲电路有时也叫开关电路。从所用的晶体管也可以看出来，在工作频率较高时都采用专用的开关管，如 2AK 、 2CK 、
DK 、 3AK 型管，只有在工作频率较低时才使用一般的晶体管。

    就拿脉冲电路中**常用的反相器电路（图 1 ）来说，从电路形式上看，它和放大电路中的共发射
电路很相似。在放大电路中，基极电阻 R b2 是接到正电源上以取得基极偏压；而这个电路中，为了保证电路可靠地截止， R b2 是接到一个负电源上的，而且 R b1 和 R b2 的数值是按晶体管能可靠地进入饱和区或
止区的要求计算出来的。不仅如此，为了使晶体管开关速度更快，在基极上还加有加速电容 C ，在脉
前沿产生正向尖脉冲可使晶体管**进入导通并饱和；在脉冲后沿产生负向尖脉冲使晶体管**进入截止状态。除了射极输出器是个特例，脉冲电路中的晶体管都是工作在开关状态的，这是一个特点。

西门子S7-200系列PLC取反与跳变指令使用及应用实例

 取反（NOT）指令将它左边电路的逻辑运算结果取反，运算结果若为1则变为0，为0则变为1，该指令没有操作数。能流到达该触点时即停止；若能流未到达该触点，该触点给右侧提供能流。

?  正（EU，Edge Up，上升沿）/（ED，Edge Down）负跳变指令  正跳变触点检测到一次正跳变（触点的输入信号由0变为1）时，或负跳变触点检测到一次负跳变（触点的输入信号由1变为0）时，触点接通一个扫描周期。它们没有操作数，触点符号中间的“P”和“N”分别表示正跳变（Positive Transition）和负跳变(Negative Transition)。

?     取反与跳变指令的应用

PLC输入模块简介

是FX_lN系列的直流输入电路和内部电路的示意图。PLC外部的虚线框内是NPN管集电极开路输出的电子传感器(如接近开关)的示意图。图2-4是扩展模块FX_2N?48ER?UAl／UL的交流输入电路的示意图。

 

 

         当图2-3中的外接触点接通或图中的NPN型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、S／S端子、内部电路、X0等输入端子和外部的触点或晶体管，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中两个反芳联的发光二极管中的一个亮，光敏三极管饱和导通，CPU在输入阶段读入的是数字1；外接触点断开或．NPN晶体管处于截止状态时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU在输入阶段读入的是数字0。  

       当图2-4中的外接触点接通，或图中的PNP型晶体管饱和导通时，电流经24V电源的正极(24V端子)、外部的触点或晶体管、X0等输入端子、内部电路和S/S端子，从0V端子流回24V电源的负极，使光耦合器中的发光二极管亮，光敏三极管饱和导通。

       输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为10～20ms(信号上升沿)和20～50ms(信号下降沿)，输入电流约5～10mA.

PLC现场硬件模块的组态和软件调试

对于各种PLC的现场硬件组态和软件调试，通常有经验的工程师应该先花一些时间对自己的现场工作进行一个简单的规划，通常应当采取如下的步骤：   

   （1） 系统的规划

      首先，必须深入了解系统所需求的功能，并调查可能的控制方法，同时与用户或设计院共同探讨**之操作程序，根据所归纳之结论来拟定系统规划，决定所采行的PLC系统架构、所需之I/O点数与I/O模块型式。  

    （2） I/O模块选择与地址设定  

    当I/O模块选妥后，依据所规划之I/O点使用情形，由PLC的CPU系统自动设定I/O地址，或由使用者自定I/O模块的地址。  

      （3） 梯形图程序的编写与系统配线  

      在确定好实际的I/O地址之后，依据系统需求的功能，开始着手梯形图程序的编写。同时，I/O之地址已设定妥当，故系统之配线亦可着手进行。  

      （4） 梯形图程序的仿真与修改  

      在梯形图程序撰写完成后，将程序写入PLC，便可先行在PC与OpenPLC系统做在线连接，以执行在线仿真作业。倘若程序执行功能有误，则必须进行除错，并修改梯形图程序。

      （5） 系统试车与实际运转  

     在线上程序仿真作业下，若梯形图程序执行功能正确无误，且系统配线亦完成后，便可使系统纳入实际运转，项目计划亦告完成。  

     （6）程序注释和归档  

      为确保日后维修的便利，要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注，并加以整理归档，方能缩短日后维修与查阅程序之时间。这是职业工程师的良好习惯，无论对今后自己进行维护，或者移交用户，这都会带来极大的便利，而且是你的职业水准的一个体现。

以上工作中，复杂的系统规划可能需要几天甚至更长的时间，但一个简单的系统规划在一个具有良好的职业习惯的编程工程师手中，可能只需要几个小时。

      这里要强调一个问题，是十分简单但却几乎每个项目都会发生的，那就是对PLC的接线。这往往是经验不足的工程师常常忽略的一个问题。其实，现场调试大部分的问题和工作量都是在接线方面。有经验的工程师首先应当检查现场的接线。通常，如果现场接线是由用户或者其它的施工人员完成的，则通过看其接线图和接线的外观，就可以对接线的质量有个大致的判断。然后要对所有的接线进行一次完整而认真的检查。现场由于接线错误而导致PLC被烧坏的情况屡次发生，在进行真正的调试之前，一定要认真地检查。即便接线不是你的工作，检查接线也是你的义务和责任，而且，可以省去你后面大量的时间。

工具条

（1）标准工具条，如图4所示。

 图4  标准工具条

  

各快捷按钮从左到右分别为：新建项目、打开现有项目、保存当前项目、打印、打印预览 、剪切选项并复制至剪贴板、将选项复制至剪贴板、在光标位置粘贴剪贴板内容、撤消**后一个条目、编译程序块或数据块（任意一个现用窗口）、全部编译（程序块、数据块和系统块）、将项目从PLC上载至STEP 7-Micro/WIN 32、从STEP 7-Micro/WIN 32下载至PLC、符号表名称列按照A-Z从小至大排序、符号表名称列按照Z-A从大至小排序、选项（配置程序编辑器窗口）。

（2） 调试工具条，如图5所示。

图5  调试工具条

各快捷按钮从左到右分别为：将PLC设为运行模式、将PLC设为停止模式 、在程序状态打开／关闭之间切换 、在触发暂停打开／停止之间切换（只用于语句表）、在图状态打开／关闭之间切换 、状态图表单次读取、状态图表全部写入 、强制PLC数据 、取消强制PLC数据 、状态图表全部取消强制 、状态图表全部读取强制数值。

 

（3）公用工具条，如图6所示。

图6   公用工具条

图7  POU注解

图8 网络注解

公用工具条各快捷按钮从左到右分别为：

插入网络：单击该按钮，在LAD或FBD程序中插入一个空网络。

删除网络：单击该按钮，删除LAD或FBD程序中的整个网络。

POU注解：单击该按钮在POU注解打开（可视）或关闭（隐藏）之间切换。每个POU注解可允许使用的**字符数为4096。可视时，始终位于POU顶端，在**个网络之前显示。如图7所示。

图9 网络的符号信息表

网络注解：单击该按钮，在光标所在的网络标号下方出现灰色方框中，输入网络注解。再单击该按钮，网络注解关闭。如图8所示。

检视／隐藏每个网络的符号信息表：单击该按钮，用所有的新、旧和修改符号名更新项目，而且在符号信息表打开和关闭之间切换。如图9所示。

切换书签：设置或移除书签，单击该按钮，在当前光标指定的程序网络设置或移除书签。在程序中设置书签，书签便于在较长程序中指定的网络之间来回移动。如图10所示。

下一个书签：将程序滚动至下一个书签，单击该按钮，向下移至程序的下一个带书签的网络。

图3-10  网络设置书签

前一个书签：将程序滚动至前一个书签，单击该按钮，向上移至程序的前一个带书签的网络。

清除全部书签：单击该按钮，移除程序中的所有当前书签。

在项目中应用所有的符号 ：单击该按钮，用所有新、旧和修改的符号名更新项目，并在符号信息表打开和关闭之间切换。

建立表格未定义符号：单击该按钮，从程序编辑器将不带指定地址的符号名传输至指定地址的新符号表标记。

常量说明符：在SIMATIC类型说明符打开／关闭之间切换，单击“常量描述符” 按钮，使常量描述符可视或隐藏。对许多指令参数可直接输入常量。仅被指定为100的常量具有不确定的大小，因为常量100可以表示为字节、字或双字大小。当输入常量参数时，程序编辑器根据每条指令的要求指定或更改常量描述符。

（4）LAD指令工具条，如图11所示。

从左到右分别为：插入向下直线，插入向上直线，插入左行，插入右行，插入接点，插入线圈，插入指令盒。

图11  LAD指令工具条

3. 浏览条（Navigation Bar）

浏览条为编程提供按钮控制，可以实现窗口的**切换，即对编程工具执行直接按钮存取，包括程序块（Program Block）、符号表（Symbol Table）、状态图表（Status Chart）、数据块（Data Block）、系统块（System Block）、交叉引用（Cross Reference）、和通信（Communication）。单击上述任意按钮，则主窗口切换成此按钮对应的窗口。

2        2        用菜单命令“检视”→“帧”→“浏览条”，浏览条可在打开（可见）和关闭（隐藏）之间切换。

2        2        用菜单命令“工具”→“选项”，选择“浏览条”标签，可在浏览条中编辑字体。

浏览条中的所有操作都可用“指令树（Instuction Tree）”视窗完成，或通过“检视（View）” →“元件”菜单来完成。

4. 指令树（Instuction Tree）

指令树以树型结构提供编程时用到的所有快捷操作命令和PLC指令。可分为项目分支和指令分支。

项目分支用于组织程序项目：

2        2        用鼠标右键单击“程序块”文件夹，插入新子程序和中断程序。

2        2        打开“程序块”文件夹，并用鼠标右键单击POU图标，可以打开POU、编辑POU属性、用密码保护POU或为子程序和中断程序重新命名。

2        2        用鼠标右键单击“状态图”或“符号表”文件夹，插入新图或表。

2        2        打开“状态图”或“符号表”文件夹，在指令树中用鼠标右键单击图或表图标，或双击适当的POU标记，执行打开、重新命名或删除操作。

指令分支用于输入程序，打开指令文件夹并选择指令：

2        2        拖放或双击指令，可在程序中插入指令。

2        2        用鼠标右键单击指令，并从弹出菜单中选择“帮助”，获得有关该指令的信息。

2        2        将常用指令可拖放至“偏好项目”文件夹。

2        2        若项目指定了PLC类型，指令树中红色标记 x是表示对该PLC无效的指令。

5. 用户窗口

    可同时或分别打开图3中的6个用户窗口，分别为：交叉引用、数据块、状态图表、符号表、程序编辑器、局部变量表。

（1）交叉引用（Cross Reference）

在程序编译成功后，可用下面的方法之一打开“交叉引用”窗口：

2        2        用菜单“检视”→ “交叉引用”（Cross Reference）

2        2        单击浏览条中的“交叉引用” 按钮

   如图12所示，“交叉引用”表列出在程序中使用的各操作数所在的POU、网络或行位置，以及每次使用各操作数的语句表指令。通过交叉引用表还可以查看哪些内存区域已经被使用，作为位还是作为字节使用。在运行方式下编辑程序时，可以查看程序当前正在使用的跳变信号的地址。交叉引用表不下载到可编程控制器，在程序编译成功后，才能打开交叉引用表。在交叉引用表中双击某操作数，可以显示出包含该操作数的那一部分程序。

图12  交叉引用表

（2）数据块

“数据块”窗口可以设置和修改变量存储器的初始值和常数值，并加注必要的注释说明。

用下面的方法之一打开“数据块”窗口：

2        2        单击浏览条上的“数据块” 按钮。

2        2        用“检视”菜单→“元件”→“数据块”。

2        2        单击指令树中的“数据块”图标。

（3）状态图表（Status Chart）

将程序下载至PLC之后，可以建立一个或多个状态图表，在联机调试时，打开状态图表，监视各变量的值和状态。状态图表并不下载到可编程控制器，只是监视用户程序运行的一种工具。

用下面的方法之一可打开状态图表：

2        2        单击浏览条上的“状态图表” 按钮。

2        2        菜单命令：“检视”→“元件” → “状态图”。

2        2        打开指令树中的“状态图”文件夹，然后双击“图”图标。

若在项目中有一个以上状态图，使用位于“状态图”窗口底部的

“图”标签在状态图之间移动。

可在状态图表的地址列输入须监视的程序变量地址，在PLC运行时，打开状态图表窗口，在程序扫描执行时，连续、自动地更新状态图表的数值。

（4）符号表（Symbol Table）

符号表是程序员用符号编址的一种工具表。在编程时不采用元件的直接地址作为操作数，而用有实际含义的自定义符号名作为编程元件的操作数，这样可使程序更容易理解。符号表则建立了自定义符号名与直接地址编号之间的关系。程序被编译后下载到可编程控制器时，所有的符号地址被转换成**地址，符号表中的信息不下载到可编程控制器。

用下面的方法之一可打开符号表：

2        2        单击浏览条中的“符号表”  按钮。

2        2        用菜单命令：“检视”→“符号表”。

2        2        打开指令树中的符号表或全局变量文件夹，然后双击一个表格 图标。

（5）程序编辑器

用菜单命令“文件”→ “新建”，“文件” → “打开”或“文件” →“导入”，打开一个项目。然后用下面方法之一打开“程序编辑器”窗口，建立或修改程序：

2        2        单击浏览条中的“程序块”  按钮，打开主程序（OB1）。可以单击子程序或中断程序标签，打开另一个POU。

2        2        指令树→程序块→双击主程序（OB1） 图标、子程序图标或中断程序图标。

用下面方法之一可改变程序编辑器选项：

2        2        菜单命令“检视” → LAD、FBD、STL，更改编辑器类型。

2        2        菜单命令“工具”→ “选项” →“一般” 标签，可更改编辑器（LAD、FBD或STL）和编程模式（SIMATIC或IEC 1131-3）。

2        2        菜单命令“工具” → “选项” → “程序编辑器”标签，设置编辑器选项。

2        2        使用选项快捷按钮→设置“程序编辑器”选项。

（6）局部变量表

程序中的每个POU都有自己的局部变量表，局部变量存储器（L）有64个字节。局部变量表用来定义局部变量，局部变量只在建立该局部变量的POU中才有效。在带参数的子程序调用中，参数的传递就是通过局部变量表传递的。

在用户窗口将水平分裂条下拉即可显示局部变量表，将水平分裂条拉至程序编辑器窗口的顶部，局部变量表不再显示，但仍旧存在。

6. 输出窗口

输出窗口：用来显示STEP 7-Micro/WIN 32程序编译的结果，如编译结果有无错误、错误编码和位置等。

2        2        菜单命令：“检视”→“帧”→“输出窗口”在窗口打开或关闭输出窗口。

7. 状态条

状态条：提供有关在STEP 7-Micro/WIN 32中操作的信息。

PLC逻辑设计法的特点

 逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。该方法在单一的条件控制系统中，自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了**发展，在**各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 
作为离散控的制的**产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，**范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 
 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到**终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出**的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 
相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（**多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 
近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。
通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器，PLC产业一定会有一个美好的未来 。非常好用，相当于组合逻辑电路，但和时间有关的控制系统中，就很复杂。