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。

前 面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始， 怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十 来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电 路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。

按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选**常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。

一、电源电路的功能和组成

每 个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的**简单的供电方法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此**经济可靠而又方便的是使用整流电源。

电 子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，**后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。

二、整流电路

整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。

（ 1 ）半波整流

半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电

（ 2 ）全波整流

全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）。负载 R L 上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。

（ 3 ）全波桥式整流

用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图 2 （ c ）。负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。

（ 4 ）倍压整流

用多个二极管和 电容器可以获得较高的直流电压。图 2 （ d ）是一个二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通，C1 被充电， C1 上**高电压可接近 1.4U2 ；当 U2 正半周时 VD2 导通， C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电，使C2 上电压接近 2.8U2 ，是 C1 上电压的 2 倍，所以叫倍压整流电路。

三、滤波电路

整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。

  （ 1 ）电容滤波

    把电容器和负载并联，如图 3 （ a ），正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。

 （ 2 ）电感滤波

    把电感和负载串联起来，如图 3 （ b ），也能滤除脉动电流中的交流成分。

    （ 3 ） L 、 C 滤波

    用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”，被称为 L 型，见图 3 （ c ）。用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母“ π ”，被称为 π 型，见图 3 （ d ），这是滤波效果较好的电路。

    （ 4 ） RC 滤波

    电感器的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成 RC 滤波电路。同样，它也有L 型，见图 3 （ e ）； π 型，见图 3 （ f ）。

四、稳压电路

    交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。

    (1 ）稳压管并联稳压电路

    用一个稳压管和负载并联的电路是**简单的稳压电路，见图 4 （ a ）。图中 R 是限流电阻。这个电路的输出电流很小，它的输出电压等于稳压管的稳定电压值 V Z 。

置位、复位和脉冲指令说明、编程举例

SET：置位指令。

RST：复位指令。

以上两指令是一对指令，主要用于输出继电器、状态器、辅助继电器的保持及复位工作。

PLS：上升沿微分输出指令。

PLF：下降沿触发指令。

指令说明：

1．SET置位，功能是动作保持。

2．对同一软元件，SET和RST可多次使用，顺序也可随意，但RST有优先权。

3．RST复位，功能是清除动作保持，既寄存器的清零。

4．使用PLS指令时，仅在驱动输入ON后1个扫描周期内，软元件Y，M动作。

5．使用PLF指令时，仅在驱动输入OFF后的1个扫描周期内，软元件Y，M动作。

举例：

（1）SET和RST指令的应用

梯形图：如图1

程序清单

LD  X000

SET  Y000

LD  X001

RST  Y000

END

2）PLS和PLF指令的应用

梯形图：如图4-20   

程序清单

LD  X000

PLS  M0

LD  X001

PLS  M1

LD  M0

SET  Y000

LD  M1

RST  Y000

END

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 硬件系统设计

1 ． PLC 型号的选择

在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。

在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

（ 1 ）对输入 / 输出点的选择

盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。

要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。

另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ％； PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。

PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。

（ 2 ）对存储容量的选择

对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器/ 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 ～ 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。**后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。

（ 3 ）对 I/O 响应时间的选择

PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。

（ 4 ）根据输出负载的特点选型

不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。

（ 5 ）对在线和离线编程的选择

离线编程示指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的 CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。

（ 6 ）据是否联网通信选型

若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC 、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。

（ 7 ）对 PLC 结构形式的选择

在相同功能和相同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。

2 ．分配输入 / 输出点

一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。

分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。

在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。

（ 1 ）确定 I/O 通道范围

不同型号的 PLC ，其输入 / 输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。必须参阅有关操作手册。

（ 2 ）部辅助继电器

内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器 / 计数器时作数据存储或数据处理用。

从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。

未分配模块的输入 / 输出继电器区以及未使用 1 ： 1 链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC 的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。

（ 3 ）分配定时器 / 计数器

PLC 的定时器 / 计数器数量分别见有关操作手册。

7.3 PLC 软件系统设计方法及步骤

7.3.1 PLC 软件系统设计的方法

在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。

可编程控制器定义的各部分含义

国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案**稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁发了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，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围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。

这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。

定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

应该强调的是，可编程控制器与以往所讲的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。

可编程序控制器是应用面**广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，自研制成功开始使用以来，它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。

热继电器 ——常用的主令电器

热继电器是利用电流的热效应原理实现电机的过载保护的。

电动机在工作时，当负载过大、电压过低或发生一相断路故障时，电动机的电流都要增大，其值往往超过额定电流。如果超过不多，电路中熔断器的熔体不会熔断，但时间长了会影响电动机的寿命，甚至烧毁电动机，因此需要有过载保护。热继电器用于电动机的过载保护，它是利用电流热效应使双金属片受热后弯曲，通过联动机构使触点动作的自动电器。图1-23是热继电器的结构及图形符号。

它由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。图中所示的双金属片，下层一片的热膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离扣板，使常闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触点断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。

热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，按下复位按钮即可复位。

热继电器的主要技术数据是整定电流。整定电流是指长期通过发热元件而不致使热继电器动作的**电流。当发热元件中通过的电流超过整定电流值的20％时，热继电器应在20分钟内动作。热继电器的整定电流大小可通过整定电流旋钮来改变。选用和整定热继电器时一定要使整定电流值与电动机的额定电流一致。

由于热继电器是受热而动作的，热惯性较大，因而即使通过发热元件的电流短时间内超过整定电流几倍，热继电器也不会立即动作。只有这样，在电动机起动时热继电器才不会因起动电流大而动作，否则电动机将无法起动。反之，如果电流超过整定电流不多，但时间一长也会动作。由此可见，热继电器与熔断器的作用是不同的，热继电器只能作过载保护而不能作短路保护，而熔断器则只能作短路保护而不能作过载保护。在一个较完善的控制电路中，特别是容量较大的电动机中，这两种保护都应具备。

STEP7程序的使用简介

1 创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。 

2 组态一个站，组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。 

3 组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值。 

4 组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。 

5 定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代**地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，**不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。 

6 创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们**常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编程。 

7 下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P）, RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。  

PLC的软件设计步骤及设计举例

一、翻译法
翻译法是用所选机型的PLC中功能相当的软器件，代替原继电器—接触器控制线路原理图中的器件，将继电器—接触器控制线路翻译成PLC梯形程序图的方法。
1.设计步骤
2.设计举例
图1为用翻译法将原有继电器—接触器控制线路改用PLC进行控制的电路图和梯形图

二、功能图法
功能图又称状态流程图，主要是针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。
1.设计步骤
2.设计举例
三、逻辑设计法
在进行程序设计时以布尔逻辑代数为理论基础，既以逻辑变量“0”或“1”作为研究对象，以“与”、“或”、“非”三种基本逻辑运算为分析依据，对电气控制线路进行逻辑运算，把触点的“通、断”状态用逻辑变量“0”或“1”来表示具有多变量的“与”逻辑关系表达式可以直接转化为触点串连的梯形图。如图2(a)所示。
具有多变量的“或”逻辑关系表达式可以直接转化为触点并联的梯形图。如图2(b)所示。
具有多变量“与或”、“或与”逻辑关系表达式可以直接转化为触点串并联的梯形图。如图2(c)所示。