西门子6ES7223-1PL22-0XA8售后

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可编程控制器（Programmable  Logic  Controller ，简称PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广生的学习带来诸多不便。本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生好地解决学习PLC技术中难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的。
现在各技校相关都开设这门课程，PLC成为了电气新的技术基础课，也成为广大非电学生要了解的基础知识。目前的PLC设备以欧美日等国家的产品占主导，技术日臻成熟，在关键的软件编程技术方面却未有统一标准。现有的教材也很难对众多的都进行介绍，学生在学习中就难免无所适从。学生对PLC这一新技术都产生浓郁的学习兴趣，在学习上碰到不少难题，对编程的掌握是尤为，是缺乏技巧。

PLC控制系统是以程序的形式来体现其控制功能的，因此在学习时大量的时间将用在程序的设计上，也就是软件编程的设计上。程序设计是整个控制系统设计的关键环节，应包含设计文件(包括电气原理图、软件程序清单、使用说明书、元件明细表)的编写、编程软件的使用、程序的编写和调试。教学工作中，针对学生学习PLC编程时因缺乏实际工作经验和设计思路模糊的情况，我总结出PLC的编程设计方案。该方案流程为：设计构思、逻辑分析、硬件配置、安装接线和程序设计、总装调试、实际运行。流程如上图所示。
PLC的控制系统设计阶段是设计构思，其任务是理顺设计思路，将控制系统的要求转化为PLC的控制模式，寻求程序设计的解决方案。这正是PLC控制优越性的具体体现阶段。依据控制系统的要求，设计构思时我们只需考虑期望的逻辑功能，确定被控制系统完成的动作和动作的顺序，提出简洁、完整的功能描述，画出完整的功能表图或控制流程图，以此作为设计蓝本，也为使用说明书的编写定稿。
二阶段是逻辑分析：以设计构思作为参考，在对控制系统的程序设计进行逻辑分析时要对被控制对象的工作要求、工艺特点以及控制系统的控制过程、功能和特性进行深入分析。明确地划分出控制的各个阶段及列出各阶段的特点、各阶段之间转换的条件。弄清哪些外围设备输入信号到PLC，哪些外围设备接收来自PLC输出的信号；输入、输出量是开关量还是模拟量。确定控制系统需要的输入、输出点数量，确定内部辅助继电器、定时器、计数器等参数。后画出逻辑时序图，为程序的设计提供指引。
三阶段是硬件配置，包括器件选择和I/O设备分配。根据前两阶段的分析，参照PLC的结构与功能特性，考虑PLC的指令系统是否完善、有没有模拟量输入输出、有没有扩展能力、有没有中断能力和联网能力，以及功能范围、I/O点数、存储器容量、处理时间，以便确定PLC的型号。选择机型时要考虑性价比、备品备件及技术支持等问题，根据系统的实际需要选用合适的型号，并且选择相应的外围配件，列出元件明细表。
设计时，为减少外界干扰和提高控制精度，一般以开关量为主，并根据实际I/O点数留有20%-30%的余量作为备用。将PLC的I/O接口与之对应进行分配后，列出I/O设备分配表和画出I/O设备接线图，为编写使用说明书和安装接线提供依据。
四阶段为安装接线和程序设计，可同时进行。在控制柜中，强电和弱电控制信号应尽可能进行隔离和屏蔽，防止强电磁干扰PLC的正常运行。PLC的程序设计和现场的安装接线施工可同时进行，从而大大地缩短控制系统设计及施工的周期。
程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。目前各个PLC的生产厂家都把梯形图作为用户编程语言。它是一种图形语言，由接触继电控制系统变换而来的，具有形象、直观、易懂好记的特点。设计梯形图时，一种办法是根据已知的继电器控制电路直接改画成梯形图；另一种办法是根据控制要求重新设计梯形图。对于初学者通常可采用继电系统设计方法中的逐步探索法作参考，以基本指令为基础，以步为，一步一步设计下去，一步一步修改调试，反复设计，调整逻辑关系，不断优化以达到设计要求，直到完成整个程序的设计。 

我在电工中级证考核训练一体化教学中，对我校制冷0105班（中技班）学生实施PLC教学时，引用《电力拖动控制线路与技能训练》书（三版）P139图2-19（C）为例，作适当的修改后（见图A），要求学生根据它的控制逻辑关系，在满足顺序启动逆序停止的控制前提下，用基本指令进行编程设计，并画出梯形图草图。目的是检查学生对PLC知识的掌握程度和检验他们的编程技巧。结果在30分钟内，全班51名同学除5人（占10%）不会做外，只有12人（占24%）能按要求正确地完成。绝大多数人即使完成设计任务，要花费很大精力，设计出的程序出现了逻辑错误或者无法在计算机上编程的现象。
图B是有34人（占66%）设计出的程序，是具有代表性的一种错误。他们是直接将图A直接改画成梯形图，并且忽略了不能编程的电路和程序的次序等设计问题。具体解决对策如下：
①、不能编程的电路与对策：
如图B的Y1线圈支路中的5个触点构成了桥式电路，不符合从左到右、从上到下的顺序执行原则，属于不能编程的电路。
解决对策是：如图C所示，将它改变成为双向电流流动的电路，即将没有X1的电路与没有Y1的电路作并联处理。
②、程序的次序与简化对策：
在动作相同的控制电路中，借助触点的构成方法可简化程序与节省程序步数。如图B的Y2线圈支路中，由X2、X3、Y1和Y2四个触点构成的电路共需6步程序，用简化对策:即将串联电路多的电路写在上方；将并联电路多的电路写在左方进行简化后，不需要用ORB和ANB指令，节省2步程序，使程序简洁。
③、线圈的连接位置：
在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行终止于一个计数器、定时器或继电器线圈，且线圈不能直接与左母线相连，这一点与实际的电路图不一样。如图B的Y2线圈支路中在Y2线圈的右侧不能有Y1触点，应该将Y2线圈与Y1触点的位置对调。
通过以上的3点措施对图B进行优化修改后，如图C所示，共需要16步程序。修改后虽然能满足顺序启动逆序停止的控制要求，但采用直接改画成梯形图的这种办法所设计出的梯形图还是显得比较累赘，不够优化。若采用二种办法重新设计，依据PLC是以扫描方式按顺序执行程序的基本原理，按照动作的先后顺序，从上往下逐行绘制梯形图，如图D所示，只需要11步程序。这样设计出的梯形图比继电器控制电路改画成的梯形图加清楚、容易理解。这需要学生对PLC的概念要清晰、分析要透彻、思路要正确。
解决问题的方法可能不是的，我们在设计同一要求的程序也可能会有多个设计方案。比较这多个设计方案的优劣性可用扫描周期的长短来衡量。扫描周期=步数×每步时间，时间越短说明该程序越优越，显然二种办法设计出的程序为优越。编程设计时在符合要求的前提下要考虑尽量少占用内存，设计出来的程序也作比较和进行优化处理。在没采用本文介绍的编程设计方案之前，学生设计时片面地套用继电系统设计模式，急于求成，没有很好地深入研究电路的控制功能，缺乏对控制系统进行逻辑分析，显得设计思路不清晰，运用不够灵活，导致出现以上的错误。对于开始学PLC的学生来说，这是比较容易犯的毛病。通过对以上程序的对比分析和讲解编程设计方案的思路，的学生能很快地找到出错的原因，并意识到编程设计方案的重要性。经过一个星期的编程训练，学习交通灯控制和简单电梯的控制等比较复杂的编程设计时，运用编程设计方案对控制系统进行针对性的分析，教学讲解一遍后，85%的学生都能正确设计出来。
总装调试为五阶段，将已经设计好的程序输入到PLC用户存储器中。PLC所构成的控制电路可以先在模拟板上采用实际使用的检测元件和执行机构组成模拟控制系统进行模拟调试，以检查硬件是否完整和正确；软件是否满足工艺要求并检验控制器的实际带负载能力。满足系统控制要求后再安装到生产现场，进行现场调试，这时应对某些参数（如定时器设定时间、传感器的位置和信号大小）进行现场整定和调整。还需要对系统的所有措施（如接地、保护、互锁等环节）做的检查。经现场调试、校对无误，即可投入考验性试运行。若不满足系统控制要求，则应作相应的修改和检查，一切正常后，再将程序写入PLC的EPROM中，形成终的控制系统程序，即可完成整个设计任务，投入实际运行。
后整理设计文件，画出电气原理图、设备安装图以及接线图、列出软件程序清单、使用说明书和元件明细表，形成一整套完善的设计方案。
PLC在使用过程中当控制要求发生改变时，可不需换或较少地改变硬件设备，只要修改PLC控制程序就可以满足新的要求，具备较强的在线修改、功能扩展的能力，充分体现出其“可编、可扩展”的特性。PLC还能与计算机通讯，实现人机对话、远程控制，具有在线实时监控与故障自诊断功能，在自控领域中发挥着越来越重要的作用。
根据本人的教学经验，结合教学中学生的学习情况，从应用的角度来说，想学习好PLC技术，是要注意对以下两方面的知识掌握：即硬件系统的配置和软件的程序设计。硬件系统的配置需要对PLC的类型、结构、单元或模块、外设等特点和性能作深入了解，相对而言是比较容易掌握。难点是软件的程序设计，要掌握编程设计方案，做到熟悉PLC各个内部器件的特点、掌握指令系统（基本指令和功能指令）的运用、理解编程方法及其正确使用的要求。要提高编程技巧，在学习PLC原理的基础上，不断地进行编程操作训练、指令系统训练、程序设计训练，才能加深对各种指令的功能及其特点的理解，达到熟练地掌握编程方法，提高编程技巧，从而可以提高PLC技术的综合应用设计能力。

1 引言
近半个世纪以来，经典控制理论和现代控制理论、方法和技术(简称传统控制)，了令人瞩目的成就。但是，无论是现代控制理论还是大系统理论，其分析、综合和设计都是建立在严格和的数学模型基础之上的。而在科学技术和生产力高速发展的今天，人们对大规模、复杂、不确定性系统实行自动控制的要求不断提高。因此，传统的基于数学模型的控制理论的局限性日益明显。
(1) 传统控制所面临的难题
l 传统控制方法的设计和分析是建立在系统的模型基础上的，而实际系统由于存在复杂性、时变性、不确定性和不性等，一般无法获得的数学模型;
l 采用传统控制理论进行系统设计时，提出并遵循一些苛刻的设，而这些设往往与实际情况不符，使得所设计的系统性能与实际情况相差很远;
l 对某些复杂的带有时变性与不确定性的系统，即使获得了良好的控制性能，当环境条件发生变化时，其性能也会显著变差;
l 为了提高控制性能，传统的控制理论可能变得相当复杂，从而增加了设备投资，降低了系统性。
(2) 传统控制的缺陷与不足
l 对环境的干扰和不确定性缺乏足够的鲁棒性;
l 突发事件的处理需要人工的干预;
l 无法处理非数字和不的信息;
l 无法通过在线学习以提高自身性能。
以上因素正是传统控制技术需要突破的一些症结，于是，控制的基本思想就应运而生了。
2 控制的基本思想[5][6]
控制是智能控制的一个重要分支，它是把系统的思想和方法引入控制系统及其工程应用。就其实质而言，控制是基于控制对象和控制规律的各种知识的总和，而且要以智能的方式使用这些知识，求得受控系统可能地优化和实用化，它反映出智能控制的许多重要特征和功能。
2.1 控制的基本思想
控制=自动控制理论和方法+人工智能系统技术
实际系统中存在的启发式逻辑本质上是实现控制目标的各种规律性的经验知识，这些经验知识难以用一般性的数值形式表达，而适合用符号形式加以描述;再者，这些经验知识既不能简单的罗列，有难以用用解析的方法综合，因而给予恰当的组织，并能自动地进行推理，人工智能中的技术恰恰为这种经验知识的表示和处理提供了有效办法。
人工智能领域中发展起来的系统是一种基于知识的、智能的计算机程序系统。
(1) 系统的两个要素
l 知识库:存储有某个专门领域中事先总结的按某种格式表示的水平的知识条目。
l 推理机制:按照类似水平的问题求解方法，调用知识库中的条目进行推理、判断和决策。
系统的知识库和推理机制在组织结构离建造，而在运行过程中又相互作用，这使得系统具有较大的灵活性:知识的增删、修正和新立于推理机制，具有很好的透明性—推理的结论和根据可以与系统外部交互。
总之，系统将专门领域的问题求解思路、经验、方式组织成一个实际运行的形式系统，表现出一种拟人的智能性，它与传统的自动控制理论和方法的结合，形成了控制的基本思想。
将系统技术引入控制领域，把控制系统看成一个基于知识的系统，而作为系统的部件的控制器则要体现知识推理的机制和结构。
知识库内部的组织结构可采用人工智能中知识表示的合适方法，其中，一部分知识可称为数据，例如事实(先验知识)、据(动态信息)、设(由事实、证据推得的中间状态)和目标(离线设定的或在线建立的性能指标)、数据组织在一起，形成数据库。另一部分知识可称为规则，即定性的推理知识，它们往往表示为产生式规则，组成知识库，在控制中，定量知识，即各种有关的解析算法，一般都立编码，按常规的程序设计方法组织。
推理机制的基本功能在于按某种策略选用推理规则，对于控制，同样可采用人工智能中的前向推理或后向推理策略.
(2) 控制的两个特点
l 定量知识和定性知识分离构造。数值算法直接与受控对象或过程相连，以便得到快速的控制响应。知识系统处于较高的智能层次，实现以智能启发式逻辑推理为主的控制功能。
l 知识库系统。数值算法和人—机通讯三个子过程并发运行，其中，用户通过人—机接口可以直接地与知识库系统，进而间接的与数值算法交互，以便操作人员对于控制系统进行离线的修改或在线的监督、干预。
2.2 控制的目标与实现
控制系统≠系统
系统的理想目标是要实现这样一个控制器或控制系统:
(1) 满足复杂动态过程的控制需要，例如任何时变的、非线性的，受到各种干扰的控制过程;
(2) 控制系统的运行可以利用一些经验知识，而且只需要一些少量的经验知识;
(3) 有关受控过程的知识可以不断的增加、积累，据以改进控制性能;
(4) 潜在的控制知识以透明的方式存放，易于修改和扩充;
(5) 用户可以对控制系统的性能进行定性的说明，例如“速度可能快”、“调要小”等;
(6) 用户可以访问系统的内部信息，进行交互，例如受控过程的动态特性、控制性能的统计分析、限制控制性能等因素，以及对当前采用的控制作用的解释等等。
控制的上述目标可以看作是一种比较含糊的功能定义，它们覆盖了传统控制在一定程度上可以达到的功能，但又过了传统控制技术。作一个形象的比喻，控制是试图在控制闭环中加入一个有经验的工程师，系统能为他提供一个“控制工具箱”，即可对控制、辩识、测量、监视等各种算法选择自便，调节自如。因此，控制实质上是对一个“控制”的思路、经验、策略的模拟、延伸、扩展。
3 基于PLC的控制系统开发工具[2][4]
3.1 现代PLC技术的发展
可编程序控制器问世以来，经过近30年的发展，产品已经发展到四代。其技术日臻完善，应用范围也不断扩展。目前，为了适合大中小企业的不同需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展:其一是低档PLC向小型、简易、廉价的方向发展，使之能加广泛地取代继电器控制;其二是中、PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
3.2 基于PLC的控制系统开发工具
“基于PLC的控制系统开发工具”(ECST V2.2)所开发出的控制系统是用于工业实时控制，它是控制与常规控制的集成，即控制的控制策略通过常规的控制机构来实现，从而到达智能控制与常规控制相结合。Paradym-31是世界工控厂家Wizdom公司的Paradym-3(P31)工作平台，它有硬件和软件两部分组成，软件部分是基于bbbbbbs操作系统逼供内具备图形化开发环境的工作平台，在图形化的编程界面下，用户可以在其中制作和调试自己的应用程序(如梯形图、顺控图、功能模块图)，编译过的应用程序可下载到硬件部分进行工作;硬件部分拥有立的CPU模块，具备实时的控制器内核。同时，通用的通讯端口可方便地与外部设备进行RS232、Modbus、及以太网通讯。因此，P31可通过该通讯端口进行监视、暂停、开始、改某一变量数值等操作，从而达到可视化的控制被控对象的目的。
(1) “基于PLC的控制系统开发工具”结构图
“基于PLC的控制系统开发工具”结构图如图2所示。与其它开发工具相比，“基于PLC的控制系统开发工具”的不同之处是:在主窗口处增加了“导入控制器”;在编辑子窗口处，“设计系统”菜单下的内容又有所变化，该菜单下各项子菜单的作用如下:“创建系统控制器”是创建一个新的系统控制器，“导出系统控制器”是把创建好的系统控制器打开在“多页编辑窗口”。在“创建系统控制器”中，“创建功能块对话框”为用户提供了创建输入输出变量以及内部变量的接口，该窗口为用户产生了一个空的系统，具体实现要在“多页编辑窗口中”添加。
“多页编辑窗口中”共有五项，它们分别是“控制头文件”、“控制模块”、“控制算法集”、“动态数据库”、“知识库”。其中，需要说明的是“控制头文件”是由“创建功能块对话框”产生的，在一般情况下，无须添加和修改。“存储控制器到P31”是把编辑或修改后的内容作为P31常规控制的一部分保存起来。
(2) 基于PLC的控制器的产生过程
l ，利用“基于PLC的控制系统开发工具”产生一个系统;
l 其次，通过相应常规控制的开发平台嵌入到常规PLC控制中，与常规控制的其它模块一起构成了控制器;
l 然后，下载控制器的程序(梯形图)到常规PLC控制设备中，就能够完成对一实际被控对象的控制任务。如图4所示:

图 4 基于PLC的控制器对实际过程的控制
4 结束语
本文所介绍的基于PLC的控制系统开发工具ECST具有控制系统的开发环境，灵活的知识表示和正向、反向的推理方法，可以与常规控制相结合，构成实时控制系统。但是，与其它新技术一样，控制所要求的目标既难于实现，也难于一步到位，它仍需进一步地完善。