西门子PLC模块6ES7 321-1FH00-0AA0

大型化PLC发展的主要方向汇总

  大型化PLC发展方向主要有以下几个方面：

     ① 功能不断加强：不仅具有逻辑运算、计数、定时等基本功能，还具有数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通信等功能。

         网络功能是PLC发展的一个重要特征。各种个人计算机，图形工作站、小型机等都可以作为PLC的监控主机或工作站，这些装置的结合能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持、回路面板显示等功能。大量的PLC联网及不同厂家生产的PLC兼容性增加，使得分散控制或集中管理都能轻易地实现。

     ② 应用范围不断扩大：不仅能进行一般的逻辑控制，种类齐全的接口模块还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。

        用于过程控制的PLC往往对存储器容量及速度要求较高，为此，开发了高速模拟量输入模块，专用独立的PID控制器，多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到统一。采用软件、硬件相结合的方法，使得编程和接线都比过去用常规仪表控制要方便得多。

     ③ 性能不断提高：采用高性能微处理器，提高处理速度，加快PLC的响应时间；为了扩大存储容量，许多公司已使用了磁泡存储器或硬盘；采用多处理器技术，以提高性能；采用冗余热备用系统或三选二表决系统，以提高系统可靠性。

        为了进一步简化在专用控制领域的系统设计及编程，专用智能输入输出模块越来越多，如专用智能PID控制器、智能模拟量I/O模块、智能位置控制模块、语言处理模块、专用数控模块、智能通讯模块、计算模块等，这些模块的一个特点就是本身具有CPU，能独立工作，它们与PLC主机并行操作，无论在速度、精度、适应性、可靠性各方面都对PLC进行了极好的补充。它们与PLC紧密结合，有助于克服PLC扫描工作方式的局限，完成PLC本身无法完成的许多功能。

        ④ 编程软件的多样化和高级化、标准化：采用多种编程语言，有面向顺序控制的步进顺序语言和面向过程控制系统的流程图语言，后者是一种面向功能块的语言，能够表示过程中动态变量与信号的相互联结；还有与计算机兼容的高级语言，如BASIC、C及汇编语言；另外还有专用的高级语言，例如三菱的MELSAP采用编译的方法将语句变为梯形图程序；也有采用布尔逻辑语言的，CPU能直接执行AND、OR、XOR、NOT操作，这种语言执行速度很快，但不很直观。PLC也将具有数据库，并可实现整个网络的数据库共享，还将不断发展自适应控制和**系统。

        ⑤ 构成形式的分散化和集散化：PLC与I/O口分散，分散的每个I/O口输入输出点数可以少到十几个点，分散的单元可以是几十个或上百个，通信和网络功能逐步增强。作为CIMS、CIPS的分支不断发展，PLC本身也可分散，分散的PLC与上位机结合构成集散系统，分散地进行控制，这就便于构成多层分布式控制，以实现整个工厂或企业的自动化控制和管理。不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可方便地联网，实现资源共享，加上功能强大的网络监控软件，就构成大型PLC控制网络系统。

梯形图程序设计的常用方法——转换法梯形图设计的应用举例

图5是两台电动机自动顺序联动控制的继电器电路图，将其转化为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图。

图5两台电动机自动顺序联动控制的继电器电路图

1） 分析动作原理

按SB1，KM1得电并自锁，电动机M1转动同时时间继电器KT线圈得电，经5秒延时后KM2得电并自锁，电动机M2转动；按SB2，KM1、KM2失电，两台电动机停止。

2） 确定输入/输出信号。

根据上述分析，输入信号有SB1、SB2、FR1、FR2，输出信号有KM1、KM2，并且可设对应关系如下：SB1-X1，SB2-X2，FR1-X3，FR2-X4，KM1-Y1，KM2-Y2。

3） 画出PLC的外部接线图和对应的梯形图。

图6外部节线图                               图7梯形图

多点接口（MPI）及其全局数据设置

一、多点接口（MPI）

S7—300／S7—400可以通过MPI接口组成PLC网络，MPI网采用全局数据(Globe  Data)通信模式，可在PLC之间进行少量数据交换。它不需要额外的硬件和软件，成本低，用法简。

MPI网用于连接多个不同的CPU或设备．MPI符合RS—485标准，具有多点通信的性质．MPI的波特率设定为187．5kbps． 

二、多点接口（MPI）全局数据设置

GD通信的数据结构

GD通信应用

1．建立MPI站1的硬件组态

2．设置MPI站1的站地址

3．建立MPI站2的硬件组态，打开组态界面的CPU特性，设置MPI站2的站地址

4．点击Configure Network 进入配置网络界面

5．打开全局数据表 Options/Define Global Date

6．生成并装载全局数据，实现CPU到CPU通讯

发送/接收数据规则：1个MPI站的发送数据可以发送到多个MPI站，1个MPI站的接收数据只能接收1个MPI站的发送数据。

SIMATIC S7300（1）站和SIMATIC S7300（2）站的控制程序

1、PROFIBUS协议的三个主要部分：

PROFIBUS  DP（Distributed I/Os）：在主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。

PROFIBUS  PA(Process Automation)：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

PROFIBUS  FMS(Fieldbus Message Specification)：定义主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

2、PROFIBUS网络由主站，从站，网络部件等构成：

主站也被称做主动节点。包括SIMATIC PLC，SIMATICWinAC控制器，支持主站功能的通讯处理器，IE／PB链路模块以及ET200S／ET200X的主站模块

典型的从站为传感器，执行器以及变频器。从站不会拥有总线访问的授权。

PROFIBUS的传输速度为9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbit／s以及3/6/12Mbit／s。

**节点数127(地址0-126)。

PLC系统的模拟量变动很大且不稳定时的故障原因

PLC系统的模拟量是一个变动很大的不稳定的值，可能是如下原因：

你可能使用了一个自供电或隔离的传感器电源，两个电源没有彼此连接，即模拟量输入模块的电源地和传感器的信号地没有连接。这将会产生一个很高的上下振动的共模电压，影响模拟量输入值。

另一个原因可能是模拟量输入模块接线太长或绝缘不好。 
可以用如下方法解决：

1） 连接传感器输入的负端与模块上的公共M 端以补偿此种波动。（但要注意确保这是两个电源系统之间的**联系。）

背景是：

模拟量输入模块内部是不隔离的；

共模电压不应大于 12V；

对于60Hz干扰信号的共模抑制比为40dB。

2）使用模拟量输入滤波器。

梯形图编程语言是一种图形语言 ，下表是两种梯形图的继电器符号图对照。

下面两个图分别是继电器控制和PLC梯形图控制的对比。

PLC目前的发展现状以及未来的发展趋势

1）、PLC的发展现状

    目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由**初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

    现在，**上有200多家PLC生产厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，**的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额。

    经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。

    2）、PLC的发展趋势

    随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。

    （1）、在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。

    （2）、向通信网络化发展

    PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。

    （3）、向模块化、智能化发展

    为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。

    （4）、编程语言和编程工具的多样化和标准化

    多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。

S7-200PLC交换和填充指令

交换和填充指令

表操作指令

以钻床的继电器控制电路为例讲解继电器控制线路移植为PLC梯形图的方法

将继电器控制电路直接转换为具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。

  特点:一般不需要更改控制面板，保持系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。

例:用继电器控制线路移植法设计某摇臂钻床的PLC外部硬件接线图和梯形图。

  摇臂钻床的继电器控制电路

主轴电动机一一接触器KM1控制;

摇臂升降电动机一一接触器KM2, KM3控制;

松开、夹紧(立拄、主轴箱)电动机一一KM4, KM5控制

继电器电路图

一、基本方法和步骤

  1、了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。

  2、确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。

  3、确定与继电器电路图中的中间继电器和时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号。

  4、根据上述对应关系画出梯形图。

二、设计注意事项

    1、应遵守梯形图语言中的语法规定

    2、设置中间单元在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为简化电路，在梯形图中可设置用该电路控制的辅助继电器，类似于继电器电路中的中间继电器。

    3、分离交织在一起的电路

    设计梯形图时以线圈为单位，分别考虑继电器电路图中每个线圈受到那些触点和电路的控制，然后画出相应的等效梯形图电路。

    4、常闭触点提供的输入信号的处理

    设计输入电路时，应尽量采用常开触点，如果只能用常闭触点，梯形图中对应触点的常开/常闭类型应与继电器电路相反。

    5、时间继电器的瞬动触点的处理

对于有瞬动触点的时间继电器，可以在梯形图中对应的定时器的线圈两端并联辅助继电器，后者的触点相当于时间继电器的瞬动触点。

6、断电延时的时间继电器的处理

用通电后延时的定时器来实现断电延时功能。

7、外部联锁电路的设计

在梯形图中设置对应的输出继电器的线圈串联的常闭触点组成的软件互锁外，还应在PLC外部设置硬件互锁电路。

热继电器过载信号的处理

    1)自动复位型热继电器，其触点提供的过载信号必须通过输入电路提供给PLC，用梯形图实现过载保护;

    2)手动复位型热继电器，其常闭触点可以在PLC的输出电路中与控制电机的交流接触器的线圈串联。

9、尽量减少PLC的输入信号和输出信号

10、注意PLC输出模块的驱动能力能否满足外部负载的要求。

PLC一般只能驱动额定电压在AC220V以下的负载线圈电压为380V的，应将线圈换成220V的，或者在PLC如果系统原来的交流接触器的外部设置中间继电器。