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，**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**，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**，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**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。

串联型稳压电路

    有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是**常用的稳压电路。它的电路和框图见图 4 （ b ）、（ c ）。它是从取样电路（ R3 、 R4 ）中检测出输出电压的变动，与基准电压（ V Z ）比较并经放大器（ VT2 ）放大后加到调整管（ VT1 ）上，使调整管两端的电压随着变化。如果输出电压下降，就使调整管管压降也降低，于是输出电压被提升；如果输出电压上升，就使调整管管压降也上升，于是输 出电压被压低，结果就使输出电压基本不变。在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路，如用复合管作调整管，输出电压可调的电路，用运算放 大器作比较放大的电路，以及增加辅助电源和过流保护电路等。

    （ 3 ）开关型稳压电路

    近年来广泛应用的新型稳压电源是开关型稳压电源。它的调整管工作在开关状态，本身功耗很小，所以有效率高、体积小等优点，但电路比较复杂。

    开关稳压电源从原理上分有很多种。它的基本原理框图见图 4 （ d ）。图中电感 L 和电容 C 是储能和滤波元件，二极管 VD 是调整管在关断状态时为 L 、 C 滤波器提供电流通路的续流二极管。开关稳压电源的开关频率都很高，一般为几～几十千赫，所以电感器的体积不很大，输出电压中的高次谐波也不多。

    它的基本工作原理是 : 从取样电路（ R3 、 R4 ）中检测出取样电压经比较放大后去控制一个矩形波发生器。矩形波发生器的输出脉冲是控制调整管（ VT ）的导通和截止时间的。如果输出电压 U 0 因为电网电压或负载电流的变动而降低，就会使矩形波发生器的输出脉冲变宽，于是调整管导通时间增大，使 L 、 C 储能电路得到更多的能量，结果是使输出电压 U 0 被提升，达到了稳定输出电压的目的。

    （ 4 ）集成化稳压电路

    近年来已有大量集成稳压器产品问世，品种很多，结构也各不相同。目前用得较多的有三端集成稳压器，有输出正电压的 CW7800 系列和输出负电压的 CW7900 系列等产品。输出电流从 0.1A ～ 3A ，输出电压有 5V 、 6V 、 9V 、 12V 、15V 、 18V 、 24V 等多种。

    这种集成稳压器只有三个端子，稳压电路的所有部分包括大功率调整管以及保护电路等都已集成在芯片内。使用时只要加上散热片后接到整流滤波电路后面就行了。外围元件少，稳压精度高，工作可靠，一般不需调试。

    图 4 （ e ）是一个三端稳压器电路。图中 C 是主滤波电容， C1 、 C2 是消除寄生振荡的电容 ,VD 是为防止输入短路烧坏集成块而使用的保护二极管。

五、电源电路读图要点和举例

    电源电路是电子电路中比较简单然而却是应用**广的电路。拿到一张电源电路图时，应该： ① 先按“整流 — 滤波 — 稳压”的次序把整个电源电路分解开来，逐级细细分析。 ② 逐级分析时要分清主电路和辅助电路、主要元件和次要元件，弄清它们的作用和参数要求等。例如开关稳压电源中，电感电容和续流二极管就是它的关键元件。 ③ 因为晶体管有 NPN 和 PNP 型两类，某些集成电路要求双电源供电，所以一个电源电路往往包括有不同极性不同电压值和好几组输出。读图时必须分清各组输出电压的数值和极性。在组装和维 修时也要仔细分清晶体管和电解电容的极性，防止出错。 ④ 熟悉某些习惯画法和简化画法。 ⑤ **后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起来。这张电源电路图也就读懂了。

    例 1 电热毯控温电路

   例 2 *电子灭蚊蝇器

    图 6 是利用倍压整流原理得到小电流直流*电的灭蚊蝇器。 220 伏交流经过四倍压整流后输出电压可达 1100 伏，把这个直流*加到平行的金属丝网上。网下放诱饵，当苍蝇停在网上时造成短路，电容器上的*通过苍蝇身体放电把蝇击毙。苍蝇尸体落下后，电容器又被 充电，电网又恢复*。这个*电网电流很小，因此对人无害。

接近开关的作用、外形图和电气符号

 接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内，就能发出信号。

   PLC由哪几个主要部分组成？各部分的作用是什么？
       PLC由中央处理器CPU、存储器、输入输出接口和编程器组成。
      中央处理器CPU是核心，它的作用是接收输入的程序并存储程序。扫描现场的输入状态，执行用户程序，并自诊断，
      存储器用来存放程序和数据；
     输入接口采集现场各种开关接点的信号状态，并将其转化成标准的逻辑电平。

      输出接口用于输出电信号来控制对象；
      编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以显示PLC的各种状态。

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

西门子S7-300PLC的触点边沿信号识别指令及示例

l        触点下降沿信号识别指令

在OB1的扫描周期中，CPU对<address1>的状态与其上一个扫描周期的状态进行比较（上一个扫描周期的状态保存在<address2>中。若该<address1>状态是0且存放在<address2>中的上次状态是1，这说明NEG指令检测到<address1>的负跳沿，那么NEG指令把RLO位置1。如果<address1>在相邻的两个扫描周期中状态相同（全为1或0），那么NEG指令把RLO位清0。

例 3.1.15 

当输入信号I 0.0、I 0.0、I 0.2、I 0.4全为“1”并且I 0.3 有一个负跳变，则Q 4.0输出一个扫描周期的正脉冲信号。

l        触点上升沿信号识别指令

     在OB1的扫描周期中，CPU对<address1>的状态与其上一个扫描周期的状态进行比较（上一个扫描周期的状态保存在<address2>中。若该<address1>状态是1且存放在<address2>中的上次状态是0，这说明POS指令检测到<address1>正跳沿，那么POS指令把RLO位置1。如果<address1>在相邻的两个扫描周期中状态相同（全为1或0），那么POS指令把RLO位清0。

例 3.1.16

当输入信号I 0.0、I 0.0、I 0.2、I 0.4全为“1”并且I 0.3 有一个正跳变，则Q 4.0输出一个扫描周期的正脉冲信号。

例 3.1.16

当输入信号I 0.0、I 0.0、I 0.2、I 0.4全为“1”并且I 0.3 有一个正跳变，则Q 4.0输出一个扫描周期的正脉冲信号。

西门子S7-200系列PLC与PC通信程序流程图及

 在上述通信方式下，由于只用两根线进行数据传送，所以不能够利用硬件握手信号作为检测手段。因而在PC机与PLC通信中发生误码时，将不能通过硬件判断是否发生误码，或者当PC与 PLC工作速率不一样时，就会发生冲突。这些通信错误将导致PLC控制程序不能正常工作，所以必须使用软件进行握手，以保证通信的可靠性。

由于通信是在PC机以及PLC之间协调进行的，所以PC机以及PLC中的通信程序也必须相互协调，即当一方发送数据时另一方必须处于接收数据的状态。如图7-18、图7-19所示分别是PC、PLC的通信程序流程。

图7-18  PC机通信程序流程图

图7-19  S7-PLC通信程序流程图

通信程序的工作过程：PC每发送一个字节前首先发送握手信号，PLC收到握手信号后将其传送回PC，PC只有收到PLC传送回来的握手信号后才开始发送一个字节数据。PLC收到这个字节数据以后也将其回传给PC，PC将原数据与PLC传送回来的数据进行比较，若两者不同，则说明通信中发生了误码，PC机重新发送该字节数据；若两者相同，则说明PLC收到的数据是正确的，PC机发送下一个握手信号，PLC收到这个握手信号后将前一次收到的数据存入指定的存储区。这个工作过程重复一直持续到所有的数据传送完成。

    采用软件握手以后，不管PC与PLC的速度相差多远，发送方**也不会**于接收方。软件握手的缺点是大大降低了通信速度，因为传送每一个字节，在传送线上都要来回传送两次，并且还要传送握手信号。但是考虑到控制的可靠性以及控制的时间要求，牺牲一点速度是值得的，也是可行的。

PLC方的通信程序只是PLC整个控制程序中的一小部分，可将通信程序编制成PLC的中断程序，当PLC接收到PC发送的数据以后，在中断程序中对接收的数据进行处理。PC方的通信程序可以采用VB、VC等语言，也可直接采用西门子专用组态软件，如STEP7、WinCC。

国际电工委员会给PLC下的定义及PLC的特点

1．PLC概念

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会(IEC)先后颁布了PLC标准的草案**稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

为了避免与个人计算机PC（Personal Computer）相混淆，所以改为PLC（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器，但从功能上讲，现在的PLC早已不是原来意义上的“PLC”了。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

2.PLC特点

(1)可靠性高，抗干扰能力强

工业生产一般对控制设备要求很高，应具有很强的抗干扰能力和高的可靠性，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，故障修复时间短。这是PLC控制优于微机控制的一大特点。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障间隔时间长达30万h，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。

PLC控制系统的故障通常有两种：一种是偶发性故障，即由于恶劣环境（电磁干扰、超高温、过电压、欠电压）引起的，这类故障只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统本应随之恢复正常，但因PLC受外界影响后，内部存储的信息被破坏，必须从初始状态重新起动。另一类是**性故障，是由于元器件不可恢复的损坏引起的。

在PLC设计中，可以从硬件和软件两方面采取措施，防止以上故障的发生，以提高其可靠性。主要措施有：

①硬件措施有：

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。

滤波:对供电系统及输入/输出线路采用多种形式的滤波，如LC式π型滤波网络，以消除高频干扰和削弱各种模块之间的相互影响。

电源的调整与保护:对微处理器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、欠电压影响。

隔离:在微处理器与输入/输出电路之间，采用光电隔离，有效地隔离输入/输出间电的联系，减少故障和误动作的可能。

联锁:所有输出模块都受开门信号控制，而这个信号只在规定的各种条件都满足时才有效，这样就有效地防止了产生不正常输出的可能性。

采用模块式结构:这种结构有助于故障情况下短时修复。

设置环境检测和诊断电路:这种分电路与软件配合，可以实现灵活保护与故障指示等功能。

②软件措施有：

故障检测:软件定期地检测外界环境，对诸如掉电、强干扰信号等情况能及时进行处理。

信息保护和恢复:对偶发性故障只要故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的工作。

设置了警戒时钟WDT:如果程序每循环执行时间超过了WDT规定时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

加强对程序的检查和检验:一旦程序有错，立即报警并停止执行。

对程序及动态数据进行电池后备:停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会因此而丢失。

这样，PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高。例如美国通用电气公司制成的PC控制模块平均无故障率可达1千万小时之多，组成系统后的平均无故障率可达4至5千万小时。

（2）编程简单，使用方便

这是PLC优于微机的另一个特点。目前大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，即有传统控制线路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇编语言相比，更受欢迎。

这了进一步简化编程，当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。PLC是为车间操作人员而设计的，一般只要很短时间的训练即能学会使用。而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。当然，PLC的功能开发，需要有软件**的帮助。

（3）控制程序可变，具有很好的柔性

在生产工艺流程改变或生产线设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只要改变程序就可以满足要求。所以PLC取代继电器控制，而且具有继电器所不具备的无可比拟的优点。因此PLC除应用于单机控制外，在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS），以至工厂自动化（FA）中也被大量采用。

（4）功能完善

现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示功能，使用设备水平大提高。

（5）扩充方便，组合灵活

PLC产品具有各种扩充单元，可以方便地适应不同工业控制需要的不同输入输出点及不同输入输出方式的系统。

（6）减少了控制系统设计及施工的工作量

由于PLC采用软件编程来达到控制功能，而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能，同时PLC又能率**行模拟调试，并且操作化功能和监视化功能很强，这些都减少了许多的工作量。

（7）体积小、重量轻，是“机电一体化”特有的产品

一台收录机大小的PLC具有相当于1.8m高的继电器控制柜的功能，一般节电50％以上。

由于PLC是工业控制的专用计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，并由于具备很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现“机电一体化”较理想的控制设备。

由于PLC具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好地融合在一起，**发展的PLC产品，还把直接数字控制（DDC）技术加进去，并具有监控计算机联网的功能。因而它的应用几乎覆盖了所有的工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用于生产过程控制，实现工业生产的**、高产、节能与降低成本。

总之，PLC技术代表了当前电气控制的****水平，PLC与数控技术和工业机器人已成为机械工业自动化的三大支柱。

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。

PLC单流程控制设计及其编程方法

 功能流程图的单流程结构形式简单，如图1所示，其特点是：每一步后面只有一个转换，每个转换后面只有一步。各个工步按顺序执行，上一工步执行结束，转换条件成立，立即开通下一工步，同时关断上一工步。用顺序控制指令来实现功能流程图的编程方法，在前面的章节已经介绍过了，在这里将重点介绍用中间继电器M来记忆工步的编程方法。

在图1中，当n-1为活动步时，转换条件b成立，则转换实现，n步变为活动步，同时n-1步关断。由此可见，第n步成为活动步的条件是：X_n-1=1，b=1；第n步关断的条件只有一个X_n+1=1。用逻辑表达式表示功能流程图的第n步开通和关断条件为：

   式中等号左边的Xn为第n步的状态，等号右边X_n+1表示关断第n步的条件，Xn表示自保持信号，b表示转换条件。

编写出实现红绿两种颜色信号灯循环显示程序(要求循环间隔时间为0.5s)。

I/O分配

I0.0    启动按钮           I0.4     停止按钮

Q0.1    红灯               Q0.2     绿灯