西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0厂家质保

西门子模块6ES7231-7PF22-0XA0厂家质保

一、问题提出      可编程控制器技术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， 在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。
二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤 1 ．系统设计的主要内容 （ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据； （ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； （ 3 ）选定 PLC 的型号； （ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图； （ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计； （ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； （ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件； （ 8 ）编写设计说明书和使用说明书； 根据具体任务，上述内容可适当调整。 2 ． 系统设计的基本步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤。 （ 1 ）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立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 （ 2 ）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。 （ 3 ）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。 （ 4 ）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。 （ 5 ）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工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，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。 （ 6 ）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。 （ 7 ）进行软件测试     程序输入 PLC 后，应行测试工作。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。 （ 8 ）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。 （ 9 ）编制技术文件 系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。
三、 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，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。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”。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。 1. 图解法编程      图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。 (1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是方便的一种编程方法。 (2) 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 应用程序。 (3) 时序流程图法：时序流程图法使画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成 PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。 (4) 步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。
2. 经验法编程     经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。
3. 计算机辅助设计编程     计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件。
 7.3.2 PLC 软件系统设计的步骤

     在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。
1. 对系统任务分块     分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。
2. 编制控制系统的逻辑关系图     从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。
3. 绘制各种电路图     绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。
4. 编制 PLC 程序并进行模拟调试     在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，不要整个程序完成后一起算总帐。
5. 制作控制台与控制柜     在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格满足要求。设备的安装注意、。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题妥善处理。
6. 现场调试     现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。
7. 编写技术文件并现场试运行     经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要整流技术文件，包括整理电路图、 PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。

长期以来.PLC与DCS控制系统各自在离散和过程行业风骚。然而.随着自动化技术的进步，尤其是自动化系统通信技术的飞越式发展，两者正在呈现融合与集成的趋势。这篇来自ARC咨询集团的报告对这一热点加以了较为的探讨。

    离散控制系统(DCS)在过程控制行业中占有支配的地位，而可编程逻辑控制器(PLC)在离散制造行业中占有统治的地位。在过程控制行业中，过程控制的功能基本上通过采用专有的离散控制系统(DCS)来进行调节控制，而其停止运行的功能寻址则由可编程逻辑控制器(PLC)完成。本文将对DCS与PLC系统的集成应用前景进行探讨。过提控制行业和DCS轰统炼油厂、化工厂、发电厂、造纸厂和金属冶炼厂等一类过程控制行业，总是离不开采用DCS作为过程中的控制系统。其主要的一类控制功能特性，例如:控制器、历史状态、显示、现场输出数据等都是“分布式”的。包括处理器、v0卡分布、通路和现场连接装置(用于执行命令)在内的分布DCS系统流程图可保证灵活地添加、修正或取消控制点的连接。在某种意义上来说，它们能起到隔离的作用，不致使系统上某单部件的故障影响到其他部件的功能。例如，一个控制闭环的故障不致影响到其他相连闭环回路的功能特性。其工作性能和性确立了DCS系统在过程控制行业中的应用地位。

离散行业和PLC

    PLC是来源于离散行业中的应用。PLC不同于典型的DCS系统选项的地方主要在于，它与控制一个系统的逻辑程序有关。PLC采用物理装置代替硬连线逻辑，并借助于处理器来阅读所有的输入值，并执行程序，向编程状态发出输出指令。这一切都是在重复的扫描过程中完成的，每次扫描约持续几毫秒的时间。一般来说，像汽车和建筑自动化、电子和半导体、机械和运输等一类的离散行业传统上都采用PLC可编程逻辑控制器。

OCS和PLC的共同功能特牲

    典型的DCS系统除了能起到控制功能以外，还可将其顺序控制的功能特性，应用于逻辑编程之中。在过程控制功能中发挥作用的同一个处理器也能用于逻辑控制。在连续的过程生产工厂中，逻辑控制和工艺控制是要求互相分离的。这也正是典型的PLC可以获得接受的地方(与DCS系统一起使用)。对于逻辑应用而言，采用DCS系统的方案相对要比采用PLC可编程逻辑控制器昂贵些。何况，过程的停产需要采用一种能立于过程控制系统的系统。一个时期以来，在连续过程控制行业的生产中，DCS系统变成了过程控制的同义词，而PLC的功能特性则适合于停工时使用。其中，DCS系统和PLC系统分别用于过程控制和逻辑功能特性，PLC接收来自DCS系统的数据(连续的输人数据)以及来自于现场的数字和模拟输人数据。 

     PLC驱动现场各装置的情况(工厂过程中的一部分)纯粹是响应其接收的来自现场的硬接线输入数据，其反应动作立于DCS系统的控制动作。由于PLC接收来自DCS系统的连续输人数据，因此PLC起到了一个数据汇集系统的作用。

3C功能通用的硬件、综合性的技术、加强的通信功能

     DCS和PLC系统的处理器始终在不断新换代，与其所鼓吹的强大处理功能保持同步。与这两者控制器连接的I/O卡也有很强大的处理器。工厂在控制器和I/O板上同时安设模拟和数字信号处理功能是符合逻辑的，这是一个它们可以共同发挥作用的地方，两者既“统一”但又“相互立”。在某些情况下，这一目标已经实现。在近一届的德国汉诺威博览会上，Yokogawa,ABB、西门子等一类生产厂越来越多地展示了这些产品。DCS和PLC系统的控制器都具有相类似的功能特性，但从应用来看则又是不同的。

    在过程生产工厂中，PLC的性是自动化仪表系统(SIS)运行中的一个主要因素。诸如IEC 61508, IEC 71511和ISA SP85一类的标准事实上已经代替了T它V认证机构所采用的DIN 19250标准。这涉及到对整个自动化仪表系统的认证，而不光是逻辑控制器部分。整体水平(SII,)的认证关系到额外的成本，因此，这使得企业用户会尽量设法去降低开发费用，尽t选用的“通用”硬件。对于用户来说，这样做的结果就是节省每一处系统访问的费用。 

    ARC咨询集团已经注意到了现场总线基金会(Fieldbu: Foundation, FF)和Proftbus用户组织Profibus Nutzer-organisation，PNO )将应用放在的位置上。FF已将其自动化仪表系统(FF-SIS )提交TVV认机构审批，并希望该系统能够在2005年底以前到位。 PNO组织在规范方面也做了类似的努力，近也送交TiJV认机构审批，以便使工厂的产品能够在相同的时间内发货。这些规范的要点就是要求享用共同的平台、公用的网络以及与DCS系统共享软件工具。但PLC系统仍然保留其停工关闭时的功能识别特性，同时，还要保证可以避免的停产时间。

    制造企业倾向于采用一种公用的平台解决方案，以代替不同系统单元连接和各自拥有的总线.DCS和PLC系统的工程功能始终处于分离的位置，并根据不同的访问控制模式进行必要的改变，这主要是因为一直受到传统的系统总线概念的影响。可以通过以太网设备那样的通用通信平台，从而采用单一的工程工作站来配置DCS和PLC系统，这样也可使公用报警和事故监控系统安装在单一的位置上，以避免租用昂贵的三方设备来完成源自DCS和PLC两大系统的数据流汇总。通用工程工作站概念有利于公认的标准编程语言(I E C 61134)成为主流语言。PLC与DCS这两种系统在配置的方式上(例如在功能块方面)有许多共同的特点，这为培训人员降低费用方面铺平了道路。事实上，DCS和PLC系统的操作员通用工作站正在不断地得视。至今为止，DCS和PLC系统之间的传统串行接口—Modbus RTU协议接口继续延长向PLC开放，以便从DCS系统提取数据后做进一步处理。在大部分情况下，PLC将能够从DCS系统进行“阅读”，但不用于作为对DCS系统的“写入”。这是因为除了数据的传输速度之外，当数据从PLC写入DCS系统时，通信数据的丢失也可能会影响过程的控制功能。PLC和DCS系统之间的接口通常通过一个位于DCS系统终端的附加“网关”硬件来完成。新的发展趋势是将DCS和PLC系统建立在像以太网那样的公用平台上，并使用TCP/IP协议进行数据交换。这样，不但可省去DCS系统终端的附加硬件，而且还可以保以高的速度来传输系统之间的数据，并将这些数据地建立在系统之中。我们可以想象.具有共同功能特性、应用于不同场合的DCS系统和PLC设置到同一“底板”上，大地发挥两大系统相互之间的潜力。  
工厂资产管理

    ARC资源公司还特别注意到:“……许多供货商已经开发了有效的工厂资产管理(Plant Asset Management，PAM)解决方案，为用户提供了一个进入过程的有力窗口.使他们能够预先制订维修和操作策略，辨别发生事故前的一切问题，为提高工厂的生产性能和操作优化特性(OpX)提供一个关键的方法。”许多来源于PAM的数据将很有效地从FF HSE或Profibus DP一类的公用总线平台获得，而不是分别通过DCS和PLC系统的通道获得。例如OPC的连通性.保OPC服务器驻留在PLC/DCS操作员工作站上，为一个典型的PAM(客户OPC)提供连续的或历史性的数据。DCS和PLC系统在功能特性方面的结合连同其统一的构建风格，为地发挥PAM优越提供了一个机会。

PC-Based

    操作员工作站能够支持基于bbbbbbs风格的工业PC。这种情况在DCS和PLC系统中都是实际存在的。控制方式继续以各自拥有的硬件和软件为基础，而所采用的网络体系是一种为公开的标准。其本身不会转化成以PC机为基础的控制方式。用户仍然对传统的控制系统充满信心，同时还吸收了操作终端和网络部分的变化。然而，目前正在出现追捧和推销PC-Based控制器的情况。尤其对于单个控制器应用，这种情况为显著。PC-Based控制器是否会挤占传统PLC和DCS系统的应用空间还是一个值得讨论的问题.只是不知道PC-Based控制器的市场推销是否将进一步促进DCS和PLC技术走向融合?

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：

1. 图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑组件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑组件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎

2. 明确的变数常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。

3. 简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。

4. 简化应用软件生成过程：使用汇编语言和语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。

5. 强化调试手段：无论是汇编程序，还是语言程序调试，都是令编辑人员的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。

总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。

§2 编程语言的形式

本教材采用常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。

虽然一些的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、的语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。

l 编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。

l 指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前弄清PLC的指令系统

l 程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，难读，所以多数程序用梯形图表达。

l 梯形图：梯形图是通过联机把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的联机有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的

1 引言

PLC因为稳定、结构紧凑、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面广、广泛的通用工业控制装置，成为现代工业自动化控制的主要支柱之一。而单片机因为廉，使用灵活，功能多样，在自动化领域应用及其广泛，往往在一个控制系统中可能会出现单片机和PLC共存的情况，如果使二者互相联系，互相通信，具有非常重要的现实意义。

2 硬件以及通讯原理分析

西门子S7-200系列PLC拥有RS-485串行口，所以要使MCS51单片机与S7-PLC进行通讯，可以采用几种通讯方式。其中之一就是可以通过MCS-51的串行口与MAX485芯片相接，然后与S7-200 PLC的RS-485口进行通讯，其硬件连接如图1所示。

S7-200 PLC是串行通讯方式为丰富的小型PLC，支持多种通信协议，如点对点接口协议（PPI协议）、多点接口协议（MPI协议）和PROFIBUS协议以及自由通信协议等。其中自由通信协议又叫用户定义协议，利用自由端口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备，使用起来非常方便，在三方工程接入中了的成功。

在自由端口模式下，PLC的串行通信接口由用户来控制，通过梯形图程序以及和单片机的汇编语言进行配合，来使用完成中断、字符接收中断、发送完成中断等，通信协议由用户控制。这时单片机处于主机状态，由单片机主动发送握手信号，PLC接到信号后被动反馈信息即可。


3 通信系统设计

3.1 通信协议设计

定义根据经验和有关参考资料，定义协议结构和参数。

（1）通信波特率为9.6kbps，无校验，8个数据位，1个可编程位，1位起始位，1位停止位。

（2）定义通信协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件址、字节数、数据块、BCC校验码和结束码。

● 起始码：表示单片机与PLC开始发送数据，是数据流个字符，告诉PLC开始进行通信了，可以用00H表示

● 命令码：表示单片机对PLC的各种操作：

40H：读取目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；

41H：修改目标元件 I、Q、V、M、SM、L、T、C等的数据或状态；

42H：强制目标单元为ON；

43H：强制目标单元为OFF；

● 元件址：表示PLC内部的元件类型以及寄存器的地址（但不能表示一个位地址）。前两个字节表示寄存器类型，后两个字节表示寄存器号。00 00（H）：I寄存器区 01 00（H）：Q寄存器区。02 00（H）：M寄存器区 08 00（H）：V寄存器区；

● 字节数：从元件地址起，读取或写入PLC元件的数据个数数据块：准备读取或者写入PLC的数据或状态；

● BCC校验码：在传输过程中，指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令当然是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的

● 结束码：结束字符标志着指令的结束，在本例中被定义为FFH，不同的PLC从站可以定义不同的结束字符以接收针对该PLC的指令。

3.2 通信程序的实现

（1）单片机端程序的实现。单片机在主程序中初始化，采用串行口工作方式3[2]，波特率为9.6kbps，采用单片机作为主机，向PLC进行呼叫，定期读取数据或者写入数据

可编程自动化控制器（PAC）是将的PLC，DCS和PC技术融合在一个统一的、多功能的单元上，并用于满足现代工业应用中愈来愈多的复杂要求。
      实施一个现代化的工业应用会引出一系列问题，有时甚至是艰巨的复杂要求。比如，众所周知，典型的控制系统接收传感器和激励发出的信号，但对于许多现代应用，这仅仅是一个开始。的控制功能、网络连通性、设备的互操作性及企业数据整合都是工业应用中所越来越强调的。
      这些现代化的要求大大出了传统基于离散逻辑的可编程逻辑控制器（PLC）对I/O信号的控制。大多数PLC使用梯形逻辑编程，它起源于用来描述控制系统内布局和连接的离散物理继电器及定时器的接线图。
      对于这一模式的偏离或需要扩展的应用，梯形逻辑编程有些力不从心。例如，数学上的复杂应用，如PID回路控制应用于温度控制包括浮点算法等。为了执行这些计算， PLC往往须增加立和单编程的硬件卡。
      使用PLC来满足应用中的网络连通、设备互操作、企业数据整合等要求时可能会遇到问题。这些类型的任务往往适合PC来处理。
为了在PLC的应用中提供这些功能，需要在立PC中运行多的处理器、网关或转换器、“中间件”软件，且企业系统中的特殊软件经常与系统进行整合。
      另一方面，一台用于工业环境下的PC能提供大量的现代应用功能，尤其是那些需要联网和数据通讯功能的。如同将PLC扩容至完成PC的任务，但是，工业用PC需要执行类似PLC的任务如机器或过程控制，同样需要扩展。
      例如，一台PC所使用的操作系统大多并不是、确定性工业应用的选择。附加I/O扩展卡或特殊扩展可能需要融入PC的操作系统中以提供、确定性或类确定性操作。

      随着现代工业应用需求范围扩大，自动化生产商已经做出积回应，一项融合PLC类似确定性机器的工业控制设备或拥有灵活配置的过程控制，使企业能基于PC系统进行优势整合的设备诞生。这个设备即被定义为可编程自动化控制器，或者叫PAC。
      来自ARC咨询公司的工业分析家Craig Resnick在2002年了“PAC”的定义。ARC创造这一新名词基于2个原因：帮助自动化硬件用户好地确定他们的应用需求；给予自动化硬件商一个明确的概念用于帮助他们阐述产品功能。
      合并PLC和PC技术用于工业控制的想法之前已出现过，但是只有通过如前述的“添加”的方法来实现，其中附加的中间件、处理器与一个或多个PLC协同工作。一个PAC，拥有的功能，需要纳入设计中。
      例如，执行功能包括计数、闭锁、PID回路控制、数据采集及传输，一个典型的PLC控制系统需要多的、价格较昂贵的过程硬件。一个PAC则内置了以上所有功能。
      PAC的瞩目之处在于模块化的设计和架构，同样使用开放式的架构提供扩展性和设备及商用系统的互联性。特别的是，PAC冠以处理及I/O扫描的特点，并以多种方式使其能够融入企业的商用系统。根据ARC，可编程自动化控制器符合下列要求：
 在多领域中的单一平台上操作包括逻辑、运动、驱动和过程控制
 采用一个单一的开发平台，使用通用的标签和一个单一的数据库用于不同门类的任务开发
 无缝集成控制器硬件和软件
 使用软件工具进行编程能设计控制程序以支持跨越多个机器或设备的“流程”
 在开放、模块化的架构中进行操作反映了工业应用中从设备布局到过程中的单元操作
 采用事实上的标准网络接口，语言和协议，使数据交换成为网络化的多供应商系统的一部分
 提供的处理和I/O扫描

优势所在
      定义一个PAC的典型同时也描述了在工业应用中使用PAC的主要优势。这些特点包括立满足复杂的要求而PLC需要额外的组件来完成，因为硬件和软件的无缝集成，改善了控制系统的性能。
      集成硬件和软件在编程时也是一个优势：集成开发环境（IDE）用于对PAC编程包括所有开发工具均能识别的通用标记名数据库。PAC使用一个软件包而不是来自不同厂商的多个软件包来解决现有及将来可能的自动化需求。
      PAC的另一个优势是控制系统的升级非常简单。模块化的处理器硬件轻松替换，拔下传感器和激励的接线。由于其小巧的尺寸，一个PAC能为机柜节省宝贵的空间。
PAC拥有现代化的网络和通信能力，还能实时的信息。这反过来使得数据收集准确和及时，因此有商业使用的。
至于价格上，PAC能够提供多种经济方面的优势：
1.由于硬件的费用较低，开发和集成所花时间少，所以控制系统的总成本降低。购买PAC的价格往往比在PLC上增加类似的功能为经济。
2. 由于自动化系统的应用范围（也称为其知识）的延伸，PAC在资产收益率，降低生命周期成本，降低总拥有成本（ TCO ）等方面都有提高。
3. 现金流动得到改善：添加I / O作为单的模块意味着在初始的开发阶段只需要少数量的模块，剩下的模块到项目结束前再添加。

RTU和PAC 
      远程终端设备(RTU)类似控制器设备，安装在远程位置以收集传感器和其他数据。流行了几十年后，RTU通常被用来作为监控和数据采集（ SA系统）网络，RTU向SA发送数据。RTU从SA主控接收信息而操控远程位置上的现场设备上。
RTU主要在遥远的地理区域部署，以监测，采集和控制远程分散设备，如管道、井、起重机、或电信设施等。传统的PLC在这些类型的应用中不具备的通讯功能。另外， PLC一般不提供承受恶劣的野外环境条件，也没有多数RTU应用中所需的灵活I/O配置。总的说来，RTU强调其通讯功能的开发，适用于严酷环境，拥有灵活的I/O配置。
     然而，传统的RTU通信能力通常是过时的，因为它们是在私营无线电或租用专线通讯网时期发展起来的。如今开放的，基于IP的有线和无线本地和广域的网络则加灵活，而且价格。由于这一原因，改造现有的RTU或执行新的应用程序时，使用过时的RTU技术在商业或技术上是没有太大意义的。
相反地，PAC能提供的通信能力，通用I / O选项，宽温和振动规格，并使用当今的通信标准。这些特点使得PAC适合替代传统户外RTU，尤其是旧网络，专有网络等由于维修费用增加或过时废弃的网络。
数据采集 
       数据采集系统（DAQ）基于PC设备，提供快速的信号采集、基本信号调试、数据保存功能和有限的联网能力。多数DAQ系统是基于PC，在物理环境或远程位置上的使用有一定限制。大多数DAQ系统喜欢呆在实验室里而非户外的环境。
      PAC提供通用且灵活的信号侦测、调试及多线路。其拥有强大的处理器和大量的内存，获得的原始数据可以在传送至数据库用于其他应用之前进行累加、校对或其他处理（例如，将原始数据转换成工程单位）。
      另外，数据可以保存在本地。由于PAC不是PC ，故不像PC需要较高的成本，它可以在现场应用中随意部署。所以PAC是个不错的选择。
各种工业自动化供应商现在提供PAC或类似PAC产品。在某些情况下，这些产品像PLC，，而在其他情况下则象是工业用PC 。如前所述，PAC与这些设备集成，从而使侧重PLC或PC功能的设备可能会并不适用于你的应用需求。
      在评估PAC或类似PAC自动化控制器时，只需考虑这一经验方法：为了满足您的要求，你是否需要添加附加的处理器，网络接口或中间件使得控制器拥有PLC或PC类似的特点？
如果是，查看一下控制器是否符合如前所述的PAC特点？
对于任何产品，一些厂商可能从业已久。许多供应商近引入了新PAC或PAC类似产品，有几个候选公司，包括OPTO 22，在PAC进入主流的前几年就已经用出色的销售业绩明了其强大功能。
在1990年，在PAC概念诞生前的11年，Opto 22引进了PAC雏形—以电脑为形式的硬件设备—mistic控制器。现在Opto 22 SNAP PAC系统以mistic为基础，其他PAC设备应用包括半导体处理、原料加工、水和水处理、管道监测等。
总之，PAC提供了一个拥有控制功能的紧凑型控制器，网络连接，设备互操作，以及企业数据集成功能，都能在PLC或基于PC的控制器中找到。有了这些功能，PAC在现代工业应用中已经成为满足各种工业需求不可获缺的部分。
 

PAC蓄势待发 

      单一的PAC正在多域内进行操作以监测管理生产线，包括化学工艺、测试台、物流等。为了完成以上任务，PAC同时管理模拟值如温度、压力；数字量阀门的开/关状态，开关及仪表；库存跟踪和测试设备中的串行数据等。
      PAC与OLE交换数据用于过程控制服务器（OPC）、操作界面及SQL(结构式查询语言)数据库等。且PAC能同时处理这些任务，附加任何处理器、网关或中间件等。
      PAC、操作员、工作台、测试设备、生产线、过程传感器、激励及条形码识别等一起连接在遍布设备区的标准10/100 Mbps以太网上。在一些实例中，一些无内置以太网连接功能的设备如温度传感器等是通过一个中继以太网I/O单元从而连接在I/O模块上，再依次与PAC通讯。
      使用以太网，使PAC与远程I/O模块通讯，对模拟、数字和串口信号进行读、写操作。以太网同时把PAC和OPC服务器连接起来，故PAC也可以和类似升降机、临时工作台等移动设备通讯。
      PAC能控制、监测，并与各种设备和系统交换数据，源于PAC与它们使用相同标准的网络技术和协议，包括有线和无线以太网、IP网络传输、OPC及SQL等。
      在另一种控制情况中，需要应用到基于的应用层的协议如Modbus、SNMP（简单的网络管理协议）及通过调制解调器的PPP(点对点协议)。而PAC能够满足这些不同的通讯要求。
      在一些工厂实例中，PAC与企业SQL数据库交换制造、生产及清单数据。这样依次与几个关键商务系统交换数据，包括企业资源计划（ERP）系统、总体设备效率（OEE）系统及供应链管理（SCM）系统等。因为从工厂车间来的数据不断由PAC新，所以整个商务系统的信息是实时、有的。