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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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6ES7231-7PF22-0XA0使用说明
继电器输出型接口电路中，当CPU根据用户程序的运算把输出信号送入PLC的输出映像区后，通过内部总线把输出信号送到锁存器中。当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的发光二极管（LED）导通发光，继电器的线圈带电，其触点则把负载和电源连通起来，使得负载获得电流；当输出锁存器的对应位为“0”时,其对应的发光二极管（LED）不导通，线圈不带电，其触点则把负载L和电源隔断，使得负载不会获得电流。
图（b）晶体管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的晶体管导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二极管（LED）导通；当输出锁存器的对应为“0”时，其对应的晶体管截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二极管（LED）不导通。
图（c）晶闸管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的光耦合器导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二极管（LED）发光。当输出锁存器的对应位为“0”时，由于负载电源过零，其对应的光耦合器截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二极管（LED）不导通。
上述三种类型的输出接口电路中，继电器输出型较常用，它适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与相应速度慢。晶体管输出型适用于直流负载，其特点是动作频，相应速度块，但带负载能力小。晶闸管输出型适用于交流负载，相应速度快，带带负载能力不强。
在输出接口电路中，外部负载直接与PLC输出端子相连，负载电源由用户根据负载要求自行配备。在实际应用中，在考虑外驱动电源时，需考虑输出器件的类型，同时PLC输出端子的输出电流不能**出其额定值。
4）、电源部分
PLC内部配有一个**开关型稳压电源，它将交流／直流供电电源变换成系统内部各单元所需的电源，即为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
PLC一般使用220V的交流供电电源。PLC内部的开关电源对电网提供的电源要求不高，与普通电源相比，PLC电源稳定性好、抗干扰能力强。许多PLC都向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
对于整体式结构的PLC，通常电源封装在机壳内部；对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与PLC封装到一个模块中。
5）、编程器
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件。它是PLC的外部设备，是人机交互的窗口。可用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。编程器可以是**编程器，也可以是配有编程软件包的通用计算机系统。**编程器是由PLC生产厂家，该厂家生产的某些PLC产品使用，使用范围有限，价格较高。目前，大多是使用个人计算机为基础的编程器，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置，就可以得到高性能的PLC程序开发系统。
6）、扩展接口和外设通信接口
(1）外设通信接口
PLC配有多种通信接口，PLC通过这些通信接口可与编程器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。
(2）扩展接口
用于连接I/O扩展单元和特殊功能单元。 通过扩展接口可以扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量的I/0端子，也可配接智能单元完成特定的功能，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。I/0扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
工业控制中，除了用数字量信号来控制外，有时还要用模拟量信号来进行控制。模拟量模块有三种：模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入/输出模块。
(Ⅰ) 模拟量输入模块
模拟量输入模块又称A/D模块，将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC的CPU可以接收的数字量，一般多为12位二进制数，数字量位数越多的模块，分辨率就越高。
(Ⅱ) 模拟量输出模块
模拟量输出模块又称为D/A模块，把PLC的CPU送往模拟量输出模块的数字量转换成外部设备可以接收的模拟量（电压或电流）。模拟量输出模块所接收的数字信号一般多为12位二进制数，数字量位数越多的模块，分辨率就越高。
1.3.2 PLC的软件组成
PLC控制系统的软件主要包括系统软件和用户程序。系统软件由PLC厂家固化在存储器中，用于控制PLC的运作。用户程序由使用者编制录入，保存在用户存储器中，用于控制外部对象的运行。
1）、系统软件
系统软件包括系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块及系统调用。整个系统软件是一个整体，它的质量很大程度上影响了PLC的性能。通常情况下，进一步改进和完善系统软件就可以在不增加任何设备条件下大大改善PLC的性能，使其功能越来越强。
2）用户程序
PLC的程序一般由三个部分构成：用户程序、数据块和参数块。用户程序是必选项，数据块和参数块是可选部分。
用户程序即应用程序，是用户针对具体控制对象编制的程序。PLC是通过在RUN方式下，循环扫描执行用户程序来完成控制任务的，用户程序决定了一个控制系统的功能。
一个完整的用户程序应当包含一个主程序、若干子程序和若干中断程序三大部分。
1.4 PLC的工作原理
PLC是一种工业控制计算机，它的工作原理建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来完成。
1.4.1 PLC可编程控制器的基本工作原理
PLC以微处理器为核心，具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式工作。
PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次循环扫描所用的时间称为一个扫描周期。
对每个程序，CPU从**条指令开始执行，按顺序逐条地执行指令做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从**条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至结束又返回**条指令，如此周而复始不断循环。
PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、输入采样、通信服务、程序执行、自诊断、输出刷新等工作。PLC工作的全过程包括三个部分，即上电处理、扫描过程和出错处理。PLC工作的全过程可用图4所示的运行框图来表示。
在图4中，PLC通电后，CPU在系统程序的控制下先进行内部处理，包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。
PLC有很强的自诊断功能，PLC每扫描一次执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。如检查出异常时，CPU面板的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成STOP状态。
PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户应用程序的长短、CPU的运算速度、I/O点的情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令执行时间是不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。PLC周期性循环扫描工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。
1.4.2 PLC的扫描工作过程
PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，PLC的扫描工作过程如图5所示。
（1）输入采样阶段。在这一阶段中，PLC以扫描方式读入所有输入端子上的输入信号，并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷断。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映像存储器与外界隔离，其内容保持不变，直至下一个扫描周期的输入扫描阶段，才被重新读入的输入信号刷新。可见，PLC在执行程序和处理数据时，不直接使用现场当时的输入信号，而使用本次采样时输入到映像区中的数据。一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则可能造成信号的丢失。
（2）程序执行阶段。在执行用户程序过程中，PLC按照梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左至右、从上到下的步骤逐个执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。程序执行过程中，当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行相应的运算，运算再存入输出映像寄存器中。对输出映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而变化。
（3）输出刷新阶段。程序执行阶段的运算被存入输出映像区，而不送到输出端口上。在输出刷新阶段，PLC将输出映像区中的输出变量送入输出锁存器，然后由锁存器通过输出模块产生本周期的控制输出。如果内部输出继电器的状态为“1”，则输出继电器触点闭合，经过输出端子驱动外部负载。全部输出设备的状态要保持一个扫描周期。
● 输入/输出滞后问题：
当PLC的输入端输入信号发生变化PLC输出端对该输入变化做出反应需要一段时间，这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。
由上述分析可知，扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输人、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输人、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，PLC的输入/输出响应滞后，对一般的工业控制要求，是完全允许的，还可以起到增强系统的抗干扰能力。
但是，对于控制时间要求严格、响应速度要求较快的系统，就要采取措施减小输入/输出滞后的不利影响。
1.5 PLC的编程语言
PLC的编程语言与一般计算机语言相比具有明显的特点，它既不同于一般高级语言，也不同于一般汇编语言，它既要易于编写又要易于调试。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。
目前，PLC为用户提供了多种编程语言，以适应编制用户程序的需要，PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图
1、梯形图
梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，但是在使用符号和表达式等方面有一定区别。
梯形图具有形象、直观、简单明了，易于理解的特点，特别适合开关量逻辑控制，是PLC较基本、较普遍的编程语言。
2、语句表（STL）
语句表是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，也是较为广泛应用的一种编程语言。使用语句表编程时，编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象。一般可以与梯形图互相转化，互为补充。目前，大多数PLC都有语句表编程功能。
3、顺序功能图(SFC)
顺序功能图编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。它的编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。采用顺序功能图编程，可以使具有并发、选择等复杂结构的系统控制程序大为简化。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令，它是一种效果显著、深受欢迎的编程语言，目前国际电工**（IEC）也正在实施并发展这种语言的编程标准。
4、 功能块图（FBD）
逻辑功能图是一种由逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。对每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的来说，使用非常方便
PLC作为专为工业控制而开发的自控装置，其主要使用者为工厂的广大电气技术人员，考虑到他们的传统习惯和掌握能力以利于使用推广普及，通常PLC不采用微机的编程语言，而采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。在这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言较为常用。
本书主要介绍梯形图语言和助记符语言。应该指出，由于PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，因而不同厂家生产的PLC所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的 基本结构和功能是大同小异的，所以了解其中一种就很容易学会其他。本节只介绍一些有关PLC编程语言的基本知识，在以后的章节中将结合具体产品详细介绍。
一、梯形图语言
PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器—接触器控制图，是在原继电器—接触器控 制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件(如 继电器的触点、线圈、定时器、计数器等)和各种具有特定功能的命令用**图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它在继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大**过传统的继电接触控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用得较多的PLC编程语言。
在梯形图中，分别用符号 表示PLC编程元件(软继电器)的常开触点和常 闭触点，用符号 表示其线圈。与传统的控制图一样，每个继电器和相应的触点都有 自己的特定标号，以示区别，其中有些对应PLC外部的输入、输出，有些对应内部的继电器 和寄存器。应当注意的是它们并非是物理实体，而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对
应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、 常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。还应注意PLC梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。
另外一些在PLC中进行特殊运算和数据处理的指令，也被看作是一些广义的、特殊的输 出元件，常用类似于输出线圈的方括号加上一些特定符号来表示。这些运算或处理一般是以的逻辑运算作为其触发条件。
二、指令助记符语言
助记符语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。 对于同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符 语言常用于手持编程器中，因其显示屏幕小不便输入和显示梯形图。特别是在生产现场编制、调试程序时，经常使用手持编程器。而梯形图语言则多用于计算机编程环境中。
小 结
本章主要介绍有关PLC的一些基本概念、基本结构、工作原理、功能及特点。
PLC作为取代传统的继电器—接触器控制系统而设计的**计算机，它能把计算机的许 多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学。PLC控制系统采用软件编程来实现控制功能，其外围只需将信号输入设备（按钮、开关等）和信号输出设备（如接触器、电磁阀等执行元件）与PLC的输入、输出端子相连接，安装简单、工作量少。当生产工艺流 程改变或生产线设备更新时，不必改变PLC硬设备，只需改变程序即可，灵活方便，具有很 强的柔性。PLC硬件基本结构由控制单元、I／O接口电路所组成。控制单元在功能上与继电器—接触器控制系统的逻辑控制电路作用相似，在结构上与微机相同，也是由CPU、存储器 及三总线组成。PLC的I／O接口电路作用与微机的一样，起着实现控制组件与外围设备连接的作用。为提高抗干扰能力，I／O接口电路均采用光电耦合器来传递信号，可有效地抑制外 部干扰源对PLC的影响。输出接口电路有继电器、晶闸管、晶体管输出三种输出方式，以适应不同负载的控制要求。PLC配有**的编程器，可随时输入、修改程序，还可以通过通信口与计算机相连，利用PLC编程软件输入、编辑程序并实时监控程序的运行。
PLC采用循环扫描的工作方式，这一点与微机的工作方式不同。采用循环扫描工作方式有助于提高PLC的抗干扰能力，但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，有时会产生输出滞后等不良影响，在使用中应特别注意这一点。
PLC的主要技术指标有I／O点数、程序容量、扫描速度、指令条数、内部寄存器和继电 器、编程语言及编程手段、高级模块等几项。按照其I／O点数和程序容量分类，PLC可分成**小型机、小型机、中型机和大型机。按结构形式，PLC可分为整体式和模块式，小型PLC 一般为整体式，中型和大型PLC一般为机架模块式。按功能分类，PLC又可分为低档机、中 档机、高档机。
本章还简要地介绍了PLC的两种主要的编程语言：梯形图语言和助记符语言。特别是梯 形图语言，它的较大特点是与继电器梯形图的符号和定义基本一致，易于被一般电气技术人员所掌握。