6GK7243-1GX00-0XE0使用方式

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在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，可编程控制器（PLC）已成为解决的有效的工具之一。PLC控制系统设计时应注意以下几点。

一、 可编程序控制器（PLC）及编程器的选购：
目前市场上的PLC产品众多，除国产以外，国外的有：日本OMRON、MITSUBISHI、FUJI、IDEC、HITACHI、松下，德国的西门子，韩国的LG等，如何选购PLC产品呢？

1. 系统应确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络，由此计算输入、输出（I/O）点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。
2. 确定负载类型根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出，或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是很重要的。
3. 存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标，一般存储量越大、速度越快的PLC价格就越高，尽管国外各厂家产品大体相同，但也有一定区别。
4. "COM"点的选择，
不同的PLC产品，其"COM"点的数量是不一样的，有的一个"COM"点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带1个或2个输出点。当负载的种类多且电流大时，采用一个"COM"点带1-2个输出点的产品，当负载种类少数量多时，采用一个"COM"点带4-8个输出点产品。
5. 因为各生产厂家的开发软件不同，系统地兼容性也是选购时的，目前还没有发现兼容的产品，应根据系统合理选用PLC产品。
6. 编程器的选购：
PLC编程可采取三种方式：一是用一般的手持式编程器，它只能用厂家规定的语句表中的语句编程。正中方式易于现场调试并且体积低，但它的效率低适应机种类型少，比较适用于系统容量小、用量少的系统中。二是图形编程器编程，这种方式采用图形方式编程，方便直观，一般电气人员短期就可以应用自如，但编程器价格较高。三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程，这种方式是效率的一种方式，也是常用的一种方式，但大部分软件包价格昂贵。
7.尽量选用大公司的产品，因为其产品质量，且技术支持好，一般售后服务也较好，有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。

二、输入、输出回路的设计
1.电源回路
PLC供电一般为AC85-240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1：1隔离变压器等）
2.PLC上DC24V电源的使用
各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时应注意容量，同时做好防短路措施（因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行）。
3.外部DC24V电源
若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上的DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的"一"端不要与PLC的DC24V电源的"一"以及"COM"端相连，否则会影响PLC的运行。
4.输入的灵敏度
各生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定，当输入元件的输入电流大于PLC的大输入电流或有漏电流时，就会有误动作，降低灵敏度。所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施，并且选用输入为供漏型输入的PLC。
两线式传感器（光电开关、无触点开关）有LED的限位开关时，输入漏电流会产生错误输入或灯亮，对策为连接泄放电阻降低输入阻抗，阻值由图1中公式推导：
 
晶体管或双向可控硅输出时，若接到一个较大冲击电流的设备上，就考虑保护晶体管和可控硅。晶体管和可控硅可以经受额定电流10倍的冲击电流。
5. 对感性负载处理
在输入、输出端接感性负载时，要在负载两端并联一个冲击抑制器或二管，二管的阴与电压㈩侧连接。
6. 外部互锁与接地
利用PLC控制电机正反转等正、反动作时，为避免PC的异常动作引起事故及机械损坏，应在外部组成一个连锁回路。
接地：端子是大地接地端子。用防止感应电的接地线（截面积2mm2以上的电线）采用三种接地方式（接地电阻100Ω以下）。
LG是噪音滤波器中性端子，若因噪音大而产生误动作，或为了防止电击，把LG与短接，采用三种接地方式。接地线的长度在20m以内为宜。
接地线与其它设备共用或与建筑物的金属结构连接会适得其反，受到恶劣影响。

7. PLC外部驱动电路
对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，在外部采用驱动电路，可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。

三、 扩展模块的选用
对于小的系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块数量都有限制，当扩展仍不能满足需要时，可采用网络结构。同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编程时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请参阅相关技术手册。

四、 PLC的网络设计
当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多，应选用自己比较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则不能适应实时要求，造成系统崩溃。另外对通信接口，通信协议、数据传送速度等也要考虑。
后还要向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料，至于选用几层工作站，依照系统大小而定。

五、 软件编制
在编制软件前，应熟悉所选用的PLC产品说明书，待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可以减少出错，速度也快，编成完成后先空运转，待各个动作正常后，再在设备上调试PLC的日常保养
         1、日常准备工作：要的熟悉工艺流程，其次是对PLC各种模块的说明资料的熟悉，再次现场布局的了解，后确保自已的各种检测工具要完好无误。
         2、日常点检工作：定期进行CPU的电池的电压检测，正常常情况下为3V，定期对构成PLC系统的相关设备的点检和维护，如UPS定期维护，利用停机时机，对PLC各控制柜进行人工除尘、降温，PLC程序的定期人工备份和电池备份及各相关坏器件的换等工作。
PLC的故障维修步骤
1.总法则：
      对于PLC系统的故障检测法：一摸、二看、三闻、四听、五按迹寻踪法、六替换法。
      一摸，查CPU的温度高不高，CPU正常运行温度不过60℃，因手能接受的温度为人体温度37～38℃，手感为宜;二看，看各板上的各模块指示灯是否正常;三闻，闻有没有异味，电子元件或线缆有无烧毁;四听，听有无异动，镙丝钉松动、继电器正常工作与否，听现场工作人员的反映情况;五出现故障根据图纸和工艺流程来寻找故障所在地;六对不确定的部位进行部件替换法来确定故障。
2.具体步骤：
       当PLC的软件不正常时，主要看CPU的RUN状态是否正常，不正常则进行CPU后重新下载控制程序。
       当PLC硬件不正常时则要按以下顺序进行检查工作：
       1、查看PLC电源是否有电：有电则测量电压是否在+24V的±5%范围之内，有电且正常，则进行下一步;有电不正常则进行电源模块的输出端与输入端进行，若输出端不正常而输入端正常，则换模块;若输入端不正常，则进行输入端的逆流法则进行相应检查，如进行24V交直流变压器的输入电压端的交流电压220V的±10%检查，正常，则换直流24V变压器。无电则按迹寻踪，借助原理图+现场布置总图+接线图纸，检查给电源模块供电的各种电器器件的输出端的接线是否正确，不正确，重新接线;正确用万用表则检查空气开关的进线端与出线端有无正常供电，无正常供电，查明是外界还是自身原因，若为外界则是电压不足还是根本无电压，或负载过重，又或严重过流等等的分析，一直到将事故排除正常供电为止;若为本身器件坏则换之。
     2、了解过CPU工作模式及级：有STOP、HOLDUP、STARTUP（WARMRESTART、COLDRESTART）;低级有：RUN、RUN-P（PG/PC的在线读写程序）。查看CPU是在RUN模式，或是在STOP模式，又或是RUN模式的闪烁状态和STOP模式兼有的保持模式或叫调试模式。如果仅是RUN模式则CPU和各板为正常进行3步。如果是保持模式出现，可能是运行过程中用户程序出现断点而处于调试程序状态，或在启动模式下断点出现，对此情况重新调试好程序，再次将控制程序下载到CPU中方可。
     如果是STOP模式，目测引起STOP的原因分析：A、无电，分析无电原因，是因为供电部门出问题，还是异常掉电（因有有1K3AH的UPS保证很少发生异常掉情况），通常情况下为检修拉电了，待检修结束后进行人工送电。再利用PLC的在线功能将CPU的工作模式从STOP转换为RUN;B、CPU坏，换新的好的同种类型同版本的CPU;C、有板子坏了，有序进行板子的换。对于硬件换时要注意使用与原来的器件相同的产品同型号、同版本来进行，否则会造成实际的PLC配置与相应编程软件中硬件配置数据库中硬件配置不同而无法进行用户控制程序的正常循环执行。
     3、进行各个主板和扩展板上的通迅电缆检查和各模块各LED灯的检察，看是否有坏模块出现fault灯亮，若有则该模块不正常。对于数字量输出模块上各点其实与现实生活上的电灯开关是一样的功能且为常开点，所以在线检修该模块的任一点时，只要在无接线时且该在控制程序不给输出信号时来其通不通就可以了，若通，则该点不正常，不通则正常;不正常时要进行硬件连接线的另选点重接工作;另外我们也可以用新模块进行换后，对替换下来的模块的点进行测量通断状态，通，则该点坏，不通该点为好。对于数字量输入模块的点当于导通的线圈，为常闭状态，它可以在线或下线检测，用表检测若是坏点的话则是不通的状态，则换点重接线;好点则为通状态。只要对硬件接线重新换点重接后均要用相应编程软件对控制软件进行0X或1X地址替换工作。对于模拟量输入模块是与数字量输入模块相同，每个通道都相当于一根导线形式，也就是说相当于常闭点，所以检测通道好坏的方法为用表的测通断功能来检测，当通状态时为好，断状态时为坏通道;模拟量输出模块的方法与数字量输出模块相同。若坏通道则对硬件接线需要换通道与并同时替换控制程序中的相应3X或4X地址;另外对于模拟量模块则要进行量程块的选择的检查，保险丝是否断开的检查等工作。软件配置是否正常，一般为电压1～5V或电流4～20mA，这根据所用的传感器与智能转换器类型来选择。进行过硬件点或通道换工作后条件允许的话均要STOP
         PLC的CPU，再重新下载程序，若条件不允许则直接用新变化来下载变化的程序而不停CPU。对于不用的输入模块的好通道/好点与后一个已用的一好通道/好点进行串联或在软件中进行特别设置。
       4、对大量输出模块的板子上的电源模块在正常生产状态时是不能断电的，因为此时断电的话，将使继电器柜中的常开继电器变为常开状态，容易发生错误，因此要对此类的输出模块，要与现场操作人员进行联系，进行该部分相关设备进行手动操作后，再撤去数字量输出模块的供电线后对模块测点工作。
        5、各类开关类的检测工作：如继电器、接近开关、空气开关等器件的检测工作，是根据开关的类型是常闭型还是常开型来区分，用表来检测其通与不通的状态，其状态与好器件状态相反，则该器件坏了，换之。对于电路大部情况利用常开型，它们是用来人工控制或自动控制电流的接通与断开的;对于常闭型主要用在保护电路中。借此可以知道开关类和保护类器件的正常状态为如何而正常识别器件的好坏。

1 主要特点

    APEX20K是Altera公司生产的带有多核架构的可编程逻辑器件，密度在30 000到1 500 000门，时钟速度高达822MHz。这种多核结构克服了用多个器件来实现系统级设计的麻烦，同时也节省了PCB板的空间。由于APEX20K具有功耗低、体积小、集成度高、速度快、、用户可定义功能及可重复编程和擦写等许多优点，因此，可广泛应用于系统板级设计领域。APEX20K主要特点如下：

    ●是款带有多核架构的可编程逻辑器件；

    ●内含嵌入式系统模块，并可实现多种存储器功能，其中包括先出存储功能（FIFO）、双口RAM、CAM（内容可寻址存储器）；

    ●密度高，门数多，逻辑元素高达51840，RAM高达442368位，基于多核的乘积项高达3456，因此可以满足系统级设计的高密度要求；

    ●功耗低，采用1.8V-2.5V电压供电，并可与1.8V、2.5V、3.3V、5.0V供电的器件接口；

    ●带有4个锁相环电路，可提供时钟锁定、时钟管理和时钟移位功能，因此可以降低时钟的延迟和抖动，并可以提供时钟的1倍至60倍的倍频与1到256的分频，可编程时钟相位和延迟相移；

    ●具有强大的I/O功能，与PCI SIG局部总线标准外设兼容，支持低压差分信号（LVDS）、LVTTL、LVCMOS、GTL+、CTT、AGP、LVPECL、SSTL-3和SSTL-2及高速终端逻辑（HSTL Class I）；

    ●兼容64bit、64MHz PCI,支持PCI-X；

    ●支持高速外部存储器，包括DDR SDRAM以及ZBT SRAM；

    ●可在多重电压下工作，非常适合在混合电压系统中使用；

    ●采用FineLine BGA封装，减小了芯片的占用面积，同时具有好的温度特性；

    ●嵌入了SignalTap的逻辑分析仪，增强了芯片的功能验证性能；

    ●支持Altera的QuartusTM II开发系统的自动布线功能。

    2 功能描述

    APEX20K系列器件将查找表逻辑和乘积项逻辑以及存储器集成在一体。其4输入查找表功能可实现复杂的数字信号处理功能，并可用乘积项实现高速控制逻辑和状态机。APEX20K中每个IOE包含一个双向I/O缓冲器和一个寄存器，IOE可以作为输入管脚、输出管脚和双向管脚使用。APEX20K提供了2个的时钟管脚和4个输入管脚来驱动寄存器控制输入，这些输入信号可以产生高速低畸变的时钟分布。它们使用的布线通道，延迟非常小。有4个信号用于驱动全局信号，这4个全局信号同时可以由内部逻辑驱动，以产生一个高扇出的异步清零信号。APEX20K器件系列同时提供有ClockLock、ColckBoost和Clockshift时钟管理电路。

    APEX20K系列器件由一系列的MegaLAB结构构成，每个MegaLAB结构包含16个逻辑阵列块LABs、一个ESB和一个MegaLAB互连。每个LABs包含10个逻辑元素（LEs）、以及与LEs相关的进位链和层叠链。每个LE可以通过高速的局部互联驱动另外29个LEs。每一个LE包含一个4输入的查找表，另外，每一个LE又包含一个可编程寄存器和进位链以及层叠链。每一个LE驱动局部互连和MegaLAB互连以及FastTrack互联布线结构。

    APEX20K系列器件架构提供有进位链和层叠链2种类型的高速数据通道，可用来连接相邻的LEs。这种连接不用局部互连通道，而只用进位链可执行加法器、计数器和比较器（可被软件工具和Mega功能自动使用），的层叠链可以执行高速、高扇出逻辑功能。

    （1）正常工作模式

    该模式利用其内部的层叠链，适用于通用逻辑的应用，组合功能或是宽带解码功能。在此模式下，来自LAB局部互连和进位输入的四个数据输入到四输入LUT。

    （2）算术模式

    该模式适用于加法器、累加器和比较器的应用。在算术模式中，一个LE使用2个3输入LUT。其中个LUT利用进位输入信号及输入数据产生一个组合输出。二个LUT利用该组号产生进位输出，并以此形成进位链。

    （3）计数模式

    该模式可提供时钟使能、计数使能、同步加/减控制、同步清零、同步加载选择。同步清零和同步加载是LAB宽信号，其影响LAB的寄存器。因此，如果LAB中的任何一个工作在计数模式，LAB中其余的LEs被用作同一计数器的一部分或是复合功能。计数模式利用两个三输入LUTs，一个计数数据，另一个产生快速进位位。一个二选一复用器提供同步加载，另一个AND门提供异步清零。

    所有的20K器件均可重新配置在特殊功能用途的板上。APEX20K可通过配置芯片EPC1、EPC2和EPC16以串行数据充方式进行在系统编程。所以，APEX20K包括一个可选接口，允许APEX20K微处理器以串行或并行、同步或异步方式配置芯片，因此，微处理器可将APEX20K看作存储器，并可通过写入虚拟内存来配置器件，而且配置十分容易。APEX20K器件配置完成后，便可通过重置器件来载入新数据。

    3 应用举例

    APEX20K系列器件支持ClockLock和ColckBoost等时钟管理功能，这些功能由PLL保证。ClockLock电路使用一个同步的PLL来减少器件内部的时钟延迟和畸变。ColckBoost电路可以对时钟进行倍频。其内部带有高速的时钟分布树，而且设计者不需要对时钟分布树进行设计和优化。

    在设计电路板时可使用低频的信号来作为输入时钟，然后在片内通过倍频将其变成高频时钟。因为使用低频时钟可以降低传输线干扰，简化电路板的布局。APEX20K可进行2或4的倍频，而APEX20KE可进行复杂的倍频。

    3.1 倍频电路的应用

    在以微处理器为的应用中，系统的输入时钟频率可以比系统中其余器件的时钟频率低。一个嵌入式微处理或其外围电路可以以比I/O总线时钟快的速率运行。由于在嵌入式应用中，同步或计数时都需要快速时钟，因此，APEX20K中的时钟管理电路经常用于对低频总线时钟进行倍频，并可进行在系统开发。3.2 降低板上时钟的延迟

    利用APEX20KE系列器件的反馈引脚可以降低板上各个器件之间的时钟畸变，用PLL功能可将反馈输入端连接至CLK输入端。PLL可在工作期间动态调整由于温度或电压变化引起的输出变化。因此在进行电路板设计时，反馈输入端的延迟应与所涉及的每个器件产生的延迟匹配。相同的延迟可确保同步的反馈输入端与目标器件的同步，从而延迟。路板布线设计时，应使从CLKLK-OUT1端至每个器件的路径与反馈到CLKLK-FB1端的路径相等。

    4 结论

    利用APEX20K的ClockLock和ClockBoost功能可以显著提高系统的性能和设计灵活性。并可在器件内降低时钟延迟和时钟畸变。ClockBoost可以简化电路板的设计，而且在器件内部可以执行比输入时钟频许多的逻辑运算。此外，APEX20KE系列器件还可以执行m/（n）×k）的倍频，其中m和k的数值范围为2～160，n范围1～16。其具有的LVDS I/O接口和相位调整可以进行复杂的时钟合成处理。

    APEX20K系列器件可以支持很多电压标准，特别是LVDS的性能可以达到822M/s，且有很强的抵抗板级噪声能力，功耗也非常低。采用LVDS作为I/O接口的解决方案正逐渐成为一种趋势。因此，APEX20K系列器件会应用到越来越多的领域。