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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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机械手的PLC控制系统和位置检测装置简介

（1）控制系统

有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

（2）位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。

1、常规检查与维护

2、外部故障的排除方法

1）总体检查

2）电源故障检查

3）运行故障检查

4）输入输出故障检查

5）外围环境的检查

6）故障的处理

3、内部错误的故障诊断

1）故障诊断的基本方法

2）利用CPU诊断缓冲区进行详细故障诊断

3）错误处理组织块

用编程机编辑顺序PLC程序

手工绘制的梯形图可先转换成指令表的形式，再用键盘输入编程机进行修改。

      如果设计员对编程机操作比较熟悉，且具有一定的PLC程序设计知识，也可省去手工绘制梯形图这一步骤，直接通过键盘在编程机上编辑梯形图程序。由于编程机具有丰富的编辑功能，可以很方便地实现程序的显示、输入、输出、存储等操作，因此，采用编程机编程可以缩短设计周期，大大提高工作效率。

  梯形图逻辑控制顺序的设计，可以从手工绘制梯形图开始。在绘制过程中，设计员可以在仔细分析机床工作原理或动作顺序的基础上，用流程图，时序图等描述，信号与机床运行间的逻辑顺序关系，然后再据此设计梯形图的控制顺序。

    在梯形图中，要用大量的输入触点符号。设计员应搞清输入信号与“1”和“0”状态的关系。若外部信号触点是常开触点，当触点动作时（即闭合），则输入信号为“1”，若信号触点是常闭触点，当触点动作时（即打开），则输入信号为“0”。

    对一台特定的数控机床来说，只要能满足控制要求，对梯形图的结构、规模并没有硬性的规定。设计员可以按各种思路和逻辑方案进行编程。但理想的梯形图程序除能满足机床控制要求外，还应具有**少的步数、**短的顺序处理时间和易于理解的逻辑关系。

SIMATIC S7 PLC 表取数指令应用举例

表取数指令应用举例。从图1的数据表中，用FIFO，LIFO指令取数，将取出的数值分别放入VW300，VW400中，程序及运行结果如图2所示。

图1 数据表

 

 

 

 

 图2题图

S7-200 PLC定时器的认识编程实验

定时器的控制逻辑是经过时间继电器的延时动作，然后产生控制作用。其控制作用同一般延时继电器。

   实验参考程序，表1

 

 

图1梯形图参考图

SIMATIC S7—200系列PLC是西门子公司继S7—300 、S7—400之后，**近几年才投放市场的小型可编程序控制器，可以单机运行，也可通过RS485或PROFIBUS-DP组网运行。它结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高，并配有功能强大、使用极其方便的编程开发软件环境。它在各行各业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备，可以满足各种各样的自动化控制的需要。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令系统，使得S7—200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性和可选择性。

电气控制线路板安装时的要求

   1.板上安装的所有电气控制器件的名称、型号、工作电压参数，按钮的颜色等，都应正确无误，安装要牢固，在醒目处应贴上各器件的文字符号。

    2.连接导线可采用的颜色

    (1) 接地保护导线(PE)必须采用黄绿双色线;

    (2) 三相电源U, V, W分别采用黄、绿、红三色;

    (3) 交流控制电路采用红色;

    (4) 直流控制电路采用蓝色。

    3.导线的绝缘和耐压要符合电路要求;进行控制板内部布线，要求走线横平竖直、整齐、合理，接点不得松动;进行控制板外部布线，对于可移动的导线应放适当的余量，使绝缘套管(或金属软管)在运动时不承受拉力。

    4.安装时按钮的相对位置及选择的颜色

      (1)“停止”按钮应置于“启动”按钮的下方或左侧，当用两个“启动”按钮

控制相反方向时，“停止”按钮可装在中间。

    (2)“停止”和“急停”用红色，“启动”用绿色。

    5.安装指示灯的颜色

        红—危险或报警

        黄—警告

        绿—安全

        白—电源开关接通

 时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，数控机床中一般由计算机软件实现时间控制，而不采用时间继电器方式来进行时间控制。

        见下图：

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。

读取或传送状态字——西门子S7系列PLC

  LSTW    //将状态字中0—8位装入累加器1中，累加器9—31位被清0

  TSTW    //将累加器1中的内容传送到状态字中

注：对 S7-300系列的CPU， LSTW不对状态字中的SC、STA、OR位进行操作,仅将状态字中的1,4,5,6,7位装入累加器1的对应位。

定时器字中的剩余时间值以二进制格式保存，用L指令从定时器字中读出二进制时间值装入累加器1中，称为直接装载。也可用LC指令以DCD码格式读出时间值，装入累加器1低字中，称为BCD码格式读出时间值。以BCD码格式装入时间值可以同时获得时间值和时基，时基与时间值相乘就得到定时剩余时间。

L  T1   //将定时器T1中二进制格式的时间值直接装入累加器1的低字中

LC T1   //将定时器T1中的时间值和时基以BCD码格式装入累加器1 低字中

对当前计数值也可以直接装载和以BCD码格式读出当前计数值。

L  C1   //将计数器C1中计数值以二进制格式装入累加器1的低字中

LC C1   //将计数器C1中的计数值以BCD码格式装入累加器1低字中

对于地址寄存器，可以不经过累加器1而直接将操作数装入或传出，或将两个地址寄存器的内容直接交换。

指令格式： LAR1 

说明：将操作数的内容装入地址寄存器1(ARl)；

指令格式： LAR2

说明：将操作数的内容装入地址寄存器2(AR2)；

指令格式：TAR1

说明：将ARl的内容传送给存储区或AR2；

指令格式：TAR2

说明：将ARl的内容传送给存储区或AR2；

指令格式：CAR

说明：交换ARl和AR2的内容

例 3.4.2

   LARl  P#I0.0 //将输入位I0.0的地址指针装入ARl

   LAR2  P#0.0  //将二进制数2#00000000 00000000 00000000 00000000

                   装入AR2

LAR1  P#Start   //将符号名为Start的存储器的地址指针装入ARl

LARl  AR2       //将AR2的内容装入ARl

LARl  DBD20     //将数据双字DBD 20的内容装入ARl

TARl  AR2       //将ARl的内容传送至AR2

TAR2            //将AR2的内容传送至累加器1

TARl  MD 20     //将ARl的内容传送至存储器双字MD 20

CAR             //交换ARl和AR2的内容    

如何设计电气控制系统设计任务书

 设计任务书是整个电气控制系统的设计依据，又是设备竣工验收的依据。设计任务的拟定一般由技术领导部门、设备使用部门和任务设计部门等几方面共同完成的。
电气控制系统的设计任务书中，主要包括以下内容： 
（1）设备名称、用途、基本结构、动作要求及工艺过程介绍。
（2）电力拖动的方式及控制要求等。
（3）联锁、保护要求。
（4）自动化程度、稳定性及抗干扰要求。
（5）操作台、照明、信号指示、报警方式等要求。
（6）设备验收标准。
（7）其它要求。

三相异步电动机正反转控制电路图原理讲解

在图1是三相异步电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图，图2与3是功能与它相同的PLC控制系统的外部接线图和梯形图，其中，KM1和KM2分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器。

在梯形图中，用两个起保停电路来分别控制电动机的正转和反转。按下正转起动按钮SB2，X0变为ON，其常开触点接通，Y0的线圈“得电”并自保持，使KM1的线圈通电，电机开始正转运行。按下停止按钮SB1，X2变为ON，其常闭触点断开，使Y0线圈“失电”，电动机停止运行。

在梯形图中，将Y0和Y1的常闭触点分别与对方的线圈串联，可以保证它们不会同时为ON，因此KM1和KM2的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便操作和保证Y0和Y1不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮联锁”，即将反转起动按钮X1的常闭触点与控制正转的Y0的线圈串联，将正转起动按钮X0的常闭触点与控制反转的Y1的线圈串联。设Y0为ON，电动机正转，这时如果想改为反转运行，可以不按停止按钮SB1，直接按反转起动按钮SB3，X1变为ON，它的常闭触点断开，使Y0线圈“失电”，同时X1的常开触点接通，使Y1的线圈“得电”，电机由正转变为反转。

梯形图中的互锁和按钮联锁电路只能保证输出模块中与Y0和Y1对应的硬件继电器的常开触点心不会同时接通。由于切换过程中电感的延时作用，可能会出现一个接触器还未断弧，另一个却已合上的现象，从而造成瞬间短路故障。可以用正反转切换时的延时来解决这一问题，但是这一方案会增加编程的工作量，也不能解决不述的接触器触点故障引起的电源短路事故。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被粘结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，这时如果另一接触器的线图通电，仍将造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况，应在PLC外部设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路（见图2），假设KM1的主触点被电弧熔焊，这时它与KM2线圈串联的辅助常闭触点处于断开状态，因此KM2的线圈不可能得电。

图1中的FR是作过载保护用的热继电器，异步电动机长期严重过载时，经过一定延时，热继电器的常闭触点断开，常开触点闭合。其常闭触点与接触器的线圈串联，过载时接触器线圈断电，电机停止运行，起到保护作用。

有的热继电器需要手动复位，即热继电器动作后要按一下它自带的复位按钮，其触点才会恢复原状，即常用开触点断开，常闭触点闭合。这种热继电器的常闭触点可以像图2那样接在PLC的输出回路，仍然与接触器的线圈串联，这种方案可以节约PCL的一个输入点。

有的热继电器有自动复位功能，即热继电器动作后电机停转，串接在主回路中的热继电器的热元件冷却，热继电器的触点自动恢复原状。如果这种热断电器的常闭触点仍然接在PLC的输出回路，电机停转后过一段时间会因热继电器的触点恢复原状而自动重新运转，可能会造成设备和人身事故。因此有自动复位功能的热继电器的常闭触点不能接在PLC的输出回路，必须将它的触点接在PLC的输入端（可接常开触点或常闭触点），用梯形图来实现电机的过载保护。如果用电子式电机过载保护器来代替热继电器，也应注意它的复位方式。

基于PLC控制系统设计的八大步骤

（一）分析被控对象并提出控制要求

 

    详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

 

    （二）确定输入／输出设备

 

    根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

 

    （三）选择PLC

 

    PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。

 

    （四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

 

    1.分配I/O点

 

    画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第２步中进行。

 

    2.设计PLC外围硬件线路

 

    画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入可编程控制器的控制电路等。

 

    由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

 

    （五）程序设计  

    1.程序设计  

    根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：  

    1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。  

    2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。  

    3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。  

    2.程序模拟调试  

    程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。  

    1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

    2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

     （六）硬件实施  

    硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：  

    1)设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。  

    2)设计系统各部分之间的电气互连图。  

    3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。  

    由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。  

    （七）联机调试  

    联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。  

    全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。  

    （八）整理和编写技术文件  

    技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等.

西门子PLC高速计数器的控制字和状态字介绍

1. 控制字节

定义了计数器和工作模式之后，还要设置高速计数器的有关控制字节。每个高速计数器均有一个控制字节，它决定了计数器的计数允许或禁用，方向控制（**模式0、1和2）或对所有其他模式的初始化计数方向，装入当前值和预置值。控制字节每个控制位的说明如表7所示。

2. 状态字节

每个高速计数器都有一个状态字节，状态位表示当前计数方向以及当前值是否大于或等于预置值。每个高速计数器状态字节的状态位如表8所示。状态字节的0-4位不用。监控高速计数器状态的目的是使外部事件产生中断，以完成重要的操作。

表7   HSC的控制字节

HSC0	HSC1	HSC2	HSC3	HSC4	HSC5	说明
SM37.0	SM47.0	SM57.0		SM147.0		复位有效电平控制： 0=复位信号高电平有效；1=低电平有效
	SM47.1	SM57.1				起动有效电平控制： 0=起动信号高电平有效；1=低电平有效
SM37.2.	SM47.2	SM57.2		SM147.2		正交计数器计数速率选择： 0=4×计数速率；1=1×计数速率
SM37.3	SM47.3	SM57.3	SM137.3	SM147.3	SM157.3	计数方向控制位： 0 = 减计数1 = 加计数
SM37.4	SM47.4	SM57.4	SM137.4	SM147.4	SM157.4	向HSC写入计数方向： 0 = 无更新1 = 更新计数方向
SM37.5	SM47.5	SM57.5	SM137.5	SM147.5	SM157.5	向HSC写入新预置值： 0 = 无更新1 = 更新预置值
SM37.6	SM47.6	SM57.6	SM137.6	SM147.6	SM157.6	向HSC写入新当前值： 0 = 无更新1 = 更新当前值
SM37.7	SM47.7	SM57.7	SM137.7	SM147.7	SM157.7	HSC允许： 0 = 禁用HSC  1 = 启用HSC

 

表8  高速计数器状态字节的状态位

HSC0	HSC1	HSC2	HSC3	HSC4	HSC5	说明
SM36.5	SM46.5	SM56.5	SM136.5	SM146.5	SM156.5	当前计数方向状态位： 0 = 减计数；1 = 加计数
SM36.6	SM46.6	SM56.6	SM136.6	SM146.6	SM156.6	当前值等于预设值状态位： 0 = 不相等；1 = 等于
SM36.7	SM46.7	SM56.7	SM136.7	SM146.7	SM156.7	当前值大于预设值状态位： 0 = 小于或等于；1 = 大于

读写西门子S7-214的实时时钟的举例

 怎样读和写S7-214的实时时钟?

   下面这个程序示例涉及到关于实时时钟的两种特殊指令:读和写日期及时钟时间。为了进行这些操作，需要有如下结构的8字节缓冲区:

   为了读或写方便，这些数据用BCD码存储。当操作开关10.0为1时，就将预定日期和时间写入实际时钟。为了显示当前的秒值，将其值拷贝到输出字节QB0。当10.1=1时，则用BCD码显示;当10.1=0时，则用二进制码显示。

例程：

程序框图

程序和注释

   通过按输入开关10.0可调用子程序0。这个子程序按照要求的日期和时问，预先将其值置入VB100到VB107这8个字节，然后用TODW指令，将此设置传送给实时时钟。

每个周期都读出实时时钟的值，这些数据以BCD码形式(4位代表0至9的数字)存储在VB400到VB407这8个字节中。如果输入10.1为1，这些值就被自接拷贝到输出字节QB0，以供显示。

如果输入开关10.1为0，将数据定VW404拷贝到VW204，再将包含分钟值的VB204清零。这一步是必须的，因为把秒值从BCD码形式转换成二进制码形式，只能按字来转换。现时的二进制码的秒值被传输到输出字节QB0，以供显示。

本程序长度为46个字。