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1910年：西门子创建西门子中国电气工程公司，总部位于柏林，分支机构设在上海。在接下来的四年中，西门子将业务扩展到北京、广州、武汉、哈尔滨、香港、青岛和天津。1914年，公司更名为西门子中国公司（上海）。西门子的在华业务，尤其是电力领域的业务，在20世纪初发展迅速。西门子扩建了北京近郊的石景山发电厂。

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西门子6SE6420-2UD22-2BA1

西门子S7-300PLC的逻辑“与”操作指令及示例

当所有的输入信号都为“1”，则输出为“1”；只要输入信号有一个不为“1”，则输出为“0”。

例3.1.1：功能图（FBD）语言如下：

                

梯形图（LAD）语言如下：

             

语句表（STL）语言如下：

                      A   I 0.0

                      A   I 0.1

                      =   Q 4.0

只要有一个输入信号为“1”，则输出为“1”；所有输入信号都为“0”，输出才为“0”。

例3.1.2：功能图（FBD）语言如下：

                  

当输入信号I 0.0 和 I 0.1有一个以上为“1”时，输出信号Q 4.0为“1”。当输入信号I 0.0 和 I 0.1都为“0”时，输出信号Q 4.0 才为“0”。

梯形图（LAD）语言如下：

              

语句表（STL）语言如下：

                      O   I 0.0

                      O   I 0.1

                              =   Q 4.0

当两个输入信号其中一个为“1”而另一个为“0”时，输出信号为“1”；当两个输入信号都为“0”或者都为“1”时，输出信号为“0”。

例3.1.3：功能图（FBD）语言如下：

                       

当输入信号I 0.0 为“1”而 I 0.2为“0”或者I 0.0 为“0”而 I 0.2为“1”时，输出信号Q3.1 为“1”。当输入信号I 0.0 和 I 0.2都为“0”或者I 0.0 和 I 0.2都为“1”时，输出信号Q 3.1为“0”。

梯形图（LAD）语言如下：

             

语句表（STL）语言如下：

                    X   I 0.0

                    X   I 0.2

                             =   Q 3.1

为什么说PLC使用方便

 用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：首先PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！ 

其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。 

正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。 

具体地讲，PLC有五个方面的方便： 

（1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。 

（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。 

（3）编程方便：PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。**考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。……总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。 

PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。 

PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。 

（4）维修方便：这是因为： 

①PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的第三个特点时，还将进一步介绍。 

②即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以，PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。 

（5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。

常用PLC按容量分类的方法

 大致可分为“小”、“中”、“大”三种类型。

a.小型PLC

I/O点总数一般小于或等于256点。其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。如OMRON的C**P/H、CPM1A系列、CPM2A系列、CQM系列，SIMENS的S7-200系列。

b.中型PLC

I/O点总数通常从256点至2048点，内存在8K以下，I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入、刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。如OMRON的C200P/H，SIMENS的S7-300系列。

c.大型PLC

一般I/O点数在2048点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。如OMRON的C500P/H、C1000P/H，SIMENS的S7-400系列。

按结构分可将PLC分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。

a.整体式PLC

它是将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。编程器和主机是分离的，程序编写完毕后即可拔下编程器。

具有这种结构的可编程控制器结构紧凑、体积小、价格低。小型PLC一般采用整体式结构。如图2所示的三菱FX_1S系列PLC。

b.模块式PLC

输入/输出点数较多的大、中型和部分小型PLC采用模块式结构。

模块式PLC采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出、电源等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中。PLC由框架和各模块组成，各模块插在相应插槽上，通过总线连接。PLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和其他特殊模块，硬件配置灵活，维修时更换模块也很方便。采用这种结构形式的有SIEMENS的S5系列、S7-300、400系列，OMRON的C500、C1000H及C2000H等以及小型CQM系列。图3所示为三菱MELSEC-Q系列PLC的外形图。

c.叠装式PLC

上述两种结构各有特色，整体式PLC结构紧凑、安装方便、体积小，易于与被控设备组成一体，但有时系统所配置的输入输出点不能被充分利用，且不同PLC的尺寸大小不一致，不易安装整齐；模块式PLC点数配置灵活，但是尺寸较大，很难与小型设备连成一体。为此开发了叠装式PLC，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。带扩展功能的PLC，扩展后的结构即为叠装式PLC，如图4所示的三菱公司FX_2N系列PLC外形图。

SIMATICS7—300可编程控制器的I/O地址

请填写以下配置的SIMATICS7—300可编程控制器的I/O地址

   答：模拟输入：IW256、IW258、IW260、IW262、IW264、IW266、IW268、IW270模拟输出QW272、QW274、QW276、QW278、QW280、QW282、QW284、QW286数字输入：IB8、IB9、IB10、IB11、IB12、1B13 数字输出：QB16、QB17、QB18、QB19 。

一、基本数据类型

基本数据类型的长度不超过32位。

位（BOOL），字节（BYTE），字（WORD），双字（DOUBLE WORD），整数（INT），

双整数（DOUBLE INT）,浮点数（REAL），S5TIME(SIMATIC时间)，IEC时间（TIME），IEC日期（date），日计时（TIME_OF_DAY）,字符（CHAR），

重点： S5TIME和IEC时间数据类型结构，二者区别

二、复杂数据类型

复杂数据类型是由其他基本数据类型组合而成的，长度超过32位的数据类型。

1．日期时间数据类型（ Data_And_Time ）：

2．字符串类型（String）：

3．数组类型Array

4．结构（STRUCT）：

5．用户定义类型（UDT）：

三、参数数据类型

用于功能FC或功能块FB的数据类型

1. Pointe指针类型，6字节指针类型，传递数据块号和数据地址

2. Any指针类型，10字节指针类型，传递数据块号、数据地址、数据数量以及数据类型

定时器与计数器组合的延时PLC程序梯形图

利用定时器与计数器级联组合可以扩大延时时间，如图5-13所示。图中T4形成一个20s的自复位定时器，当X4接通后，T4线圈接通并开始延时，20s后T4常闭触点断开，T4定时器的线圈断开并复位，待下一次扫描时，T4常闭触点才闭合，T4定时器线圈又重新接通并开始延时。所以当X4接通后，T4每过20s其常开触点接通一次，为计数器输入一个脉冲信号，计数器C4计数一次，当C4计数100次时，其常开触点接通Y3线圈。可见从X4接通到Y3动作，延时时间为定时器定时值（20s）和计数器设定值（100）的乘积（2000s）。图中M8002为初始化脉冲，使C4复位。

 

 

图5-13  定时器与计数器组合的延时程序

PLC脉冲振荡计数长延时亮灯电路

PLC控制系统现场调试步骤（以西门子S7为例）

一、信号模拟

二、寻找/替换与换线

三、 变量监控与修改

 

四、 输出/输入强制

 

电器控制线路中常用的电压型保护环节

1、失压保护

失压保护:防止电源电压消失后，电压恢复时电动机自起动的保护

自起动的危害:

1)造成人身事故、设备事故。

2)多台电动机自起动造成电网不允许的过电流及电压降。

失压保护装置:按钮和接触器(自锁)

2、欠电压保护

欠电压保护:电源电压降低到(0. 6一0. 8U_N)时，切断电源。

欠电压保护:防止电网电压的降低使电器释放，造成电路不正常而进行的保护。

欠压保护装置:按钮和接触器(自锁)、电压继电器。

电压继电器的吸合电压整定:0.8一0.85U_RT

电压继电器的释放电压整定:0.5一0.7U_RT.

3、过电压保护

过电压保护: 为感性负载提供放电回路

                           过电压继电器

影响电器控制线路的温升因素主要有:电流大小、散热条件、通电时间

1、短路保护(几倍到几十倍的额定电流)

危害: 高温绝缘损坏、强大的电动应力产生机械性损坏。

保护特性: 可靠、瞬动断开电源。

注意:短路保护不应受起动电流的影响而动作。

短路保护装置:熔断器、自动开关

说明:1)、自动开关把测量元件和执行元件装在一起，直接切断电源。

      2)熔断器的熔体本身就是测量和执行元件，直接切断电源。

2、过电流保护(不超过2. 5倍的额定值 )

保护特性:瞬动断开电源。

过载保护装置:过电流继电器

说明:过电流继电器的过电流保护通过接触器(执行元件)完成，为了能切断过电流，接触器的触点容量需加大。

3、过载保护(通常1. 5倍的额定值以内)

  保护特性:反时限特性。

  过载保护装置:热继电器

说明:热继电器动作后不能马上复位。

热敏电阻作为测量元件的热继电器，嵌在电机的绕组或发热元件中，以便更准确地测量温升的部位。当被测部件达到指定的温度时，切断电路进行保护。

4、欠电流保护(一般在直流电路中)

  保护特性:瞬动断开电源。

  欠电流保护装置:欠电流继电器

5、断相保护(三角形接法)

  保护特性:反时限特性。

  断相保护装置:带断相保护的热继电器

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.

中断过程——西门子S7-300PLC组织块OB及其应用

系统检测到一个OB块中断时，则被中断块的累加器和寄存器上的当前信息将被作为一个中断堆栈存起来（I堆栈）。

I堆栈中保存的内容有：

F      累加器及地址寄存器的内容；

F      数据块寄存器的内容；

F     局部数据堆栈，状态字，MCR寄存器和B堆栈指针。

如果新的OB块调用FB和FC，则每一个块的处理数据将被存储堆栈中（B堆栈）

B堆栈中保存的内容有：

F      DB和DI寄存器；

F      临时数据（L堆栈）的指针；

F      块的号码及返回地址。

OB类型（优先级）	说明
OB1主程序循环（1）	在上一循环结束时启动
OB10时间中断（2）	在程序设置的日期和时间启动
OB20延时中断（3）	受SFC32控制启动，在一特定延时后运行
OB35循环中断（12）	运行在一特定时间间隔内（1ms-1min）
OB40硬件中断（16）	当检测到来自外部模块的中断请求时启动
OB80到OB87响应异步错误（26/启动时28）	当检测到模块诊断错误或超时错误时启动
OB100启动（27）	当CPU从STOP到RUN状态时启动
OB121，OB122响应同步错误（与被中断OB相同）	当检测到程序错误或接受错误时启动

拾音器俗称电唱头。图 5 （ d ）是立体声唱头的图形符号，它的文字符号是“ B ”。图 5 （ e ）是单声道录放音磁头的图形符号。如果是双声道立体声的，就在符号上加一个“ 2 ”字，见图（ f ）。

扬声器、耳机的符号

扬声器、耳机都是把电信号转换成声音的换能元件。耳机的符号见图 5 （ g ）。它的文字符号是“ B E ”。扬声器的符号见图 5 （ h ），它的文字符号是“ BL ”。

接线元件的符号

电子电路中常常需要进行电路的接通、断开或转换，这时就要使用接线元件。接线元件有两大类：一类是开关；另一类是接插件。

    （ 1 ）开关的符号

在机电式开关中至少有一个动触点和一个静触点。当我们用手扳动、推动或是旋转开关的机构，就可以使动触点和静触点接通或者断开，达到接通或断开电路的目的。动触点和静触点的组合一般有 3 种： ① 动合（常开）触点，符号见图 6 （a ）； ② 动断（常闭）触点，符号是图 6 （ b ）； ③ 动换（转换）触点，符号见图 6 （ c ）。一个**简单的开关只有一组触点，而复杂的开关就有好几组触点。

点下方表示推拉的动作；（ d ）表示旋转式开关，带 3 极同时动合的触点；（ e ）表示推拉式 1×6 波段开关；（ f ）表示旋转式 1×6 波段开关的符号。开关的文字符号用“ S ”，对控制开关、波段开关可以用“ SA ”，对按钮式开关可以用“ SB”。

 （ 2 ）接插件的符号

接插件的图形符号见图 8 。其中（ a ）表示一个插头和一个插座，（有两种表示方式）左边表示插座，右边表示插头。（b ）表示一个已经插入插座的插头。（ c ）表示一个 2 极插头座，也称为 2 芯插头座。（ d ）表示一个 3 极插头座，也就是常用的 3 芯立体声耳机插头座。（ e ）表示一个 6 极插头座。为了简化也可以用图（ f ）表示，在符号上方标上数字6 ，表示是 6 极。接插件的文字符号是 X 。为了区分，可以用“ XP ”表示插头，用“ XS ”表示插座。

继电器的符号

因为继电器是由线圈和触点组两部分组成的，所以继电器在电路图中的图形符号也包括两部分：一个长方框表示线圈；一组触点符号表示触点组合。当触点不多电路比较简单时，往往把触点组直接画在线圈框的一侧，这种画法叫集中表示法，如图 9 （ a ）。当触点较多而且每对触点所控制的电路又各不相同时，为了方便，常常采用分散表示法。就是把线圈画在控制电路中，把触点按各自的工作对象分别画在各个受控电路里。这种画法对简化和分析电路有利。但这种画法必须在每对触点旁注上继电器的编号和该触点的编号，并且规定所有的触点都应该按继电器不通电的原始状态画出。图 9 （ b ）是一个触摸开关。当人手触摸到金属片 A 时， 555 时基电路输出（ 3 端）高电位，使继电器 KR1 通电，触点闭合使灯点亮使电铃发声。 555 时基电路是控制部分，使用的是 6 伏低压电。电灯和电铃是受控部分，使用的是 220 伏市电。

继电器的文字符号都是“ K ”。有时为了区别，交流继电器用“ KA ”，电磁继电器和舌簧继电器可以用“ KR ”，时间继电器可以用“ KT ”。

电池及熔断器符号

电池的图形符号见图 10 。长线表示正极，短线表示负极，有时为了强调可以把短线画得粗一些。图 10 （ b ）是表示一个电池组。有时也可以把电池组简化地画成一个电池，但要在旁边注上电压或电池的数量。图 10 （ c ）是光电池的图形符号。电池的文字符号为“ GB ”。熔断器的图形符号见图 11 ，它的文字符号是“ FU ”。

二极管、三极管符号

半导体二极管在电路图中的图形符号见图 12 。其中（ a ）为一段二极管的符号，箭头所指的方向就是电流流动的方向，就是说在这个二级管上端接正，下端接负电压时它就能导通。图（ b ）是稳压二极管符号。图（ c ）是变容二极管符号，旁边的电容器符号表示它的结电容是随着二极管两端的电压变化的。图（ d ）是热敏二极管符号。图（ e ）是发光二极管符号，用两个斜向放射的箭头表示它能发光。图（ f ）是磁敏二极管符号，它能对外加磁场作出反应，常被制成接近开关而用在自动控制方面。二极管的文字符号用“ V ”，有时为了和三极管区别，也可能用“ VD ”来表示。

可编程序控制器PLC的分类

PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。

    1．按结构形式分类

    根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

    （1）整体式PLC  整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

    （2）模块式PLC   模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。

    还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。

    2．按功能分类

    根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、**三类。

    （1）低档PLC  具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

    （2）中档PLC   除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。

    （3）**PLC   除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。**PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

3．按I/O点数分类

    根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

      (1).小型PLC——I/O点数< 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。

如：GE-I型     美国通用电气（GE）公司

    TI100      美国德洲仪器公司

    F、F1、F2  日本三菱电气公司

    C20 C40    日本立石公司（欧姆龙）

    S7-200     德国西门子公司

    EX20 EX40  日本东芝公司

    SR-20/21   中外合资无锡华光电子工业有限公司

(2). 中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K

如：S7-300     德国西门子公司

SR-400     中外合资无锡华光电子工业有限公司

SU-5、SU-6   德国西门子公司

C-500        日本立石公司

GE-Ⅲ        GE公司

  (3). 大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K

    如：S7-400  德国西门子公司