西门子6ES7231-7PD22-0XA8型号参数

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在编写PLC程序之前，首先应对系统的特点和运行过程进行分析。在一般的工业生产过程中，系统内每台设备开始时均处于初始状态。

初始状态包括：

a．供设备用电的电源正常。

b．设备选择在自动方式，即PLC控制方式。

c．该设备的保护、控制及信号已复位。在确定每台设备均满足初始状态后，由操作员下达起动命令，整个系统从初始状态出发进入起动过程。自检中任一台设备不满足起动的初始条件均不能进行起动操作。在起动过程中各设备状态不断改变，各个单体设备根据工艺流程顺序起动运行，向稳定运行状态前进，最后进入稳定运行状态。稳定运行状态的时间视生产情况确定。当一段生产工作完成后，由操作员操作或由停车条件自动发出停车命令，系统即进入停止过程，待最后一台设备停止完毕后，整个系统又回到了初始状态，等待下一周期。

1）在初始阶段，系统各设备自检发生的故障

a．供电电源或设备不正常。

b．设备控制状态是否选择自动方式。

c．未排除故障。

2）起动故障常见起动故障为起动**时故障，即PLC驱动输出继电器动作，在正常时间内电动机未能相应起动。

3）运行故障在系统运行中，可能出现电动机过载跳闸、自动方式被人为改变、保护人身和设备安全的急停开关动作等突发性事件或故障。以上故障和信号任一种出现，均应将PLC程序立即转入执行停止命令阶段，按程序设定停止生产流程，对于这种需立即中止生产过程的故障，称之为一类故障。

在实际生产中还有另一种故障不需要立即停止生产流程，如除尘器，该类设备在整个生产流程中属于附属设备，如不运行也不会影响生产的正常进行，当其发生故障时，PLC系统可先停掉该设备并向操作员发出声、光报警信号，由总调度室指派维修人员进行设备检修而PLC系统可继续执行生产主流程程序，这类故障可称为二类故障。

 PLC技术较主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成PLC控制系统的一般方法。在中大型模块化的PLC产品中，CPU模块（*处理器）是PLC的中心。一些重大的工业生产线往往要求连续运行不能停顿，而可靠性再高的PLC也不能保证故障为零，因此，双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段.
深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求：
   a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
   b．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。
   确定 I/O 设备根据被控对象对 PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
    选择合适的 PLC 类型根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O模块的选择、电源模块的选择等。
   分配 I/O 点分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
   设计应用系统梯形图程序根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的较核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
    将程序输入 PLC当使用简易编程器将程序输入 PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC中去。
    进行软件测试程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
    应用系统整体调试在 PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功

PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。

为了安全考虑，较好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。据中国变频器维修网介绍，程序的具体调试要按照以下的方法进行。

1.程序的模拟调试

将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。

对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。

在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。

如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。

2.程序的现场调试

程序的现场调试完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。

PLC编程软件，现在仍处于较落后的面向过程的阶段，这种编程方法在小型PLC层面有其优势，但在中大型、复杂现场等条件下，依我这些年的感触和心得，我认为应当走这条道路：

将组态软件和PLC程序开发软件合二为一，然后利用面向对象的图形化编程方法进行控制程序编制。

具体应当这样实现：

1 在程序编制初期，形成一个空白“画布”，这就是未来的HMI的“底板”，控制器件、执行设备一样样往上“摆”，当这些“活”的东西都摆完了，再往上画建筑、底座等不可执行的“背景”部分，这就是未来的HMI的样貌;

2 选择进入后台编程状态，这张HMI的“底板”便被“撤掉”或“拿走”，在每一个执行或控制器件上一点击，它的外形立刻改变为类似变频器接线图式样的功能块图，上面输入点输出点清清楚楚摆在那里，而其他设备的功能块图也可以一一点击予以呈现，将这些设备之间的输入输出点进行一一仔细地定义，并对这些输入输出点之间用连线进行连接，或者以固定数值予以输入，便可确定每台控制或执行设备的数据、控制流态;

3 “盖”上HMI的“底板”，返回到HMI界面，通过编程/运行选择按钮进入到HMI编程状态，选择这些控制器件或执行设备的界面形式，并对界面中按钮、数据显示窗口等进行精确定义，HMI部分便编制完成;

4 从HMI编程状态转为执行状态，程序编制完成，可以运行了!

以上这种彻底面向对象的PLC程序编制方法的优点在哪里：

1 实现工控领域的“大一统”，做到无论是PLC，还是变频器，亦或是电动执行器件(如电动阀门等)，设备开发商只要提供你这种设备的驱动程序，那么在程序开发时，如果编程平台不认你这台设备，你只需就像安装光驱、显卡等一样，加进其驱动，你这台设备就“活”了，就可以连接了;

2 真正实现“傻瓜”化编程，将“工控系统程序编制”由过去的“技术工种”变为一种“体力活”，真正实现“工艺”吃掉“控制”，让只需懂得工艺，稍稍懂得点控制的人就可搭建控制系统，就如当今并非汽车*之人，人人都可以开汽车一样。

以上目标并不遥远，LabView其实已经大部分实现了上述功能，只不过拥有该软件的NI公司在工控领域的号召力还并不够强大，或者在工控领域的底层他们的实力还不太行而已。InTouch组态软件的工厂化模型部分也闪现出了这方面的火花，只不过这个组态软件当下把精力更多地转移到了后台部分，多少有些无暇顾及这方面的事情罢了。

PLC程序编制的这条道路无疑是颠覆当下工控人思想、未来前途的一条彻底的、翻天覆地的道路，它或许是非常诱人的，但或许也是非常可怕的：它的出现，必定彻底改变目前工控领域的格局，对人如此，对那些国际的品牌而言就更是如此。也正因为如此，所以这条并不难设想、并不难实现的道路这些大佬们或许早已想到，但他们可能在面对这条道路同时“闭上了眼睛”，就像灯管发明后，硬生生在保险箱里躺了二十年一样。

 安全型PLC是为特殊用途的机器设备而设计的，用于关键型控制和安全型应用。这些控制器通常是安全仪表系统（SIS）的一部分，用在检测具有潜在危险的流程工业环境中。一旦出危险，SIS的应用程序能自动作用，把流程切换到安全状态。

2．7安全PLC的安全数字量输出模块

内部诊断：为了开关是否能够断开与闭合，要在输出模块（在模块内部电路，插入周期性的诊断循环）进行一个脉冲测试。

诊断序列包括：

更关命令，这个时间非常短，不会影响执行器，较大不**过1ms；

核实测试结果，并且

恢复正确的开关命令。

电源监视：每个输出电路包括两个串联的开关，有两个处理器分别进行控制。**个微处理器使用数字量输出还原器（DOD）驱动它的开关，而*二个微处理器则在还原器之后驱动它的开关。在每个周期里，两个微处理器系统的中点电压要与一个阀值进行比较，然后还要交换它们的如果，评估中点的状态，诊断开关的状态。如果在一个通道查到出错的行为，那么立即停机，并且设置诊断位，通知CPU。

三、小结

通过两个章节的介绍，了解了安全PLC和常规PLC的基本不同点，实际上还有象：外部传感器接线方式的不同、内部操作系统的不同、软件功能块的设置不同、软件编制的要求不同、以及安全通信协议的规范不同等，**会再与读者进行交流。

当然，安全PLC和常规PLC还有很多相似之处，比如说：两者都具有执行逻辑和算数计算的能力；两者都具有典型的输入和输出（I/O）模块，提供解释来自流程传感器信号和执行控制到较终元件的能力；两者都是采用扫描输入，然后进行计算，最后写到输出；两者都具有典型的数字通信接口。但常规PLC不是基于容错和失效安全而设计的，这是两者的较基本的不同。

由于很多用户发现常规的PLC不能用于关键应用的保护，因此产生了对安全PLC的需求。对安全PLC的设计、制造和安装的要求标准是非常高的。如果在项目的设施中，忽略这些标准，或者按低于这些高标准的方法执行，从职业和社会的角度来看，都是靠不住的、不负责任。 安全型PLC是为特殊用途的机器设备而设计的，用于关键型控制和安全型应用。这些控制器通常是安全仪表系统（SIS）的一部分，用在检测具有潜在危险的流程工业环境中。一旦出危险，SIS的应用程序能自动作用，把流程切换到安全状态。

过压诊断：因为电子元件，从理论上说，电源电压**过了较大值时，它们不应该工作，所以I/O模块必须对来自背板的电源电压进行监视。

下表描述了对电源电压的监视：

2．5安全PLC的安全模拟量输入模块

接地断线检测：安全模拟量输入模块具有监视接地失效（漏电流）的功能。外接线一端通常要连接到中性地，在接地端子与中性地之间可以接入一个分流电阻（比如250欧姆），那么模拟量输入的漏电流就可以通过这个电阻上的电压，出来。

内部诊断：现场侧包括了8个隔离独立的输入通道，每个输入具有2个相同的电路构成，每个电路的微处理器通过驱动它的模拟量－数字量转换器、再经过隔离器得到输入值。另外，当进行诊断时，微处理器还驱动它的数字量－模拟量转换器并且把它置成高阻抗（非干涉）或者低阻抗，强迫做为模拟量－数字量转换器的输入。

模拟量输入模块执行：

短期间的自检。使用常规的、周期的差异值检测，判断内部是否失效。

长期间的自检。使用每个通道的健康状态来核实内部是否失效。

现场电源监督：没有电源监督，这个功能由模拟量－数字量转换器期间，对模拟量－数字量转换器和数字量－模拟量转换器提供的根据它们电源电压的值来实现。

2．6安全PLC的安全数字量输入模块

内部诊断：每个输入通道使用一个公共输入电路和2个独立获取链路，每个微处理器驱动一个数字输入串行器（DIS）来实现对输入信息的采样。另外，微处理器还驱动一个数字输入还原器（DID），再驱动诊断功能块进行诊断，实现还原数据与输入数据的同步比较。

输入通道错误检测：数字量输视现场侧电源，利用外部接线来进行漏电流的检测，较小的漏电流是1mA，如果没有漏电流，就代表外部电路出现开路故障，在干接点的情况下，在接点两端并联一个10k的上拉电阻，用于外部线路的断线检测。每个输入电路都配置了开关，周期地强制为1或0，用于检测电路是否健康。每个输入电路独立进行检测，如果发现问题就对诊断位置1，声明通道处于非健康状态。