- 浔之漫智控技术(上海)有限公司
- 服务热线：
15221406036
产品描述
西门子6ES7253-1AA22-0XA0质保
一、PLC的主要特点
1．性高、抗干扰能力强
为保证PLC能在工业环境下工作，在设计和生产过程中采取了一系列硬件和软件的 抗干扰措施，主要有以下几个方面：
1)隔离，这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输人、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效地抑 制外部干扰源对PLC的影响，同时防止外部高电压串人，从而减少故障和误动作。
2)滤波，这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了 多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效抑制。
3)对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外使输入／输出接口电路的电源彼此立，以避免电源之间的干扰。
4) 内部设置了连锁、环境检测与诊断、Watchdog(“”)等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间过了警戒时钟WDT规定时间(预示程序进入了死循环)，立即报警，以 保证CPU工作。
5) 利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采取信息保 护和恢复措施。
6)对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以停电后有关状态或信息不丢失。
7)采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。
8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以高性。而采用循环扫描的工作方式，也提高了抗干扰能力。
通过以上措施，保证了PLC能在恶劣的环境中地工作，使平均故障间隔时间(MTBF) 指标高，故障修复时间短。目前，MTBF一般已达到(4～5)×104 h。
2．可实现三电一体化
PLC将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)这三电集于一体，可以方便、 灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。
3．编程简单、使用方便、控制程序可变、具有很好的柔性
4.体积小、重量轻、功耗低二、PLC的应用场合
随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。目前在工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业，诸如钢 铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、交通、建筑、食品、等各行各业。特别是在轻工行业中，因生产门类多，加工方式多变，产品新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、机床、塑料机械、包 装机械、灌装机械、电镀自动线、电梯等电气设备中。PLC日益跃居现代工业自动化三大支
柱(PLC、ROBOT、／CAM)的主导地位。 可编程控制器所具有的功能，使它既可用于开关量控制，又可用于模拟量控制；既可用
于单机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。它的应用可大致归纳为如下几类：
1．逻辑控制
PLC在开关逻辑控制方面得到了广泛的应用。用PLC可取代传统继电器系统和顺序控 制器，实现单机控制、多机控制及生产自动线控制，如各种机床、自动电梯、高炉上料、注塑机械、包装机械、印刷机械、纺织机械、装配生产线、电镀流水线、货物的存取、运输和 检测等的控制。
2．运动控制
运动控制是通过配用PLC的单轴或多轴等位置控制模块、高速计数模块等来控制步进电动机或伺服电动机，从而使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线运动或圆弧运动。可用于精密金属切削机床、成型机械、装配机械、机械手、机器人等设备的控制。
3.过程控制
过程控制是通过配用A／D、D／A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行单回路或多回路闭环调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。在各种加热炉、锅炉等的控制以及化工、轻工、食品、制、建材等许多领域的生产过程中有着广泛的应用。
4．数据处理
许多PLC具有数学运算(包括逻辑运算、函数运算、矩阵运算等)、数据的传输、转换、 排序、检索和移位以及数制转换、位操作、编码、译码等功能，可以完成数据的采集、分析和处理任务。这些数据可以与存储在数据存储器中的参考值进行比较，也可传送给其他的智 能装置，或者输送给打印机打印制表。数据处理一般用于大、中型控制系统，如数控机床、柔制造系统、过程控制系统、机器人控制系统等。
5．多级控制
多级控制是指利用PLC的网络通信功能模块及远程I／O控制模块实现多台PLC之间的 链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换和数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完 成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。
三、可编程控制器的发展趋势
目前PLC技术发展总的趋势是系列化、通用化和化，主要表现在：
1.在系统构成规模上向大、小两个方向发展 发展小型(小型)化、化、模块化、PLC以真正替代小的继电器系统；发
展大容量、高速度、多功能、价格比的PLC，以满足现代化企业中那些大规模、复杂系统自动化的需要。
2.功能不断增强，各种应用模块不断推出 大力加强过程控制和数据处理功能，提高组网和通信能力，开发多种功能模块，以使各
种规模的自动化系统功能强、，组成和维护加灵活方便，使PLC应用范围加扩大。
3.产品加规范化、标准化
PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，并使PLC基本部件，如输入输出模块、接线端子、通讯协议、编程语言和工具等方面的技术规格规范化、标准化，使不同产品间能相互兼容、易于组网，以方便用 户真正利用PLC来实现工厂生产的自动化。
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、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、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。
在使用PLC之前，深入了解PLC内部继电器和寄存器的配置和功能，以及I/0分配情 况对使用者是至关重要的。下面介绍一般PLC产品的内部寄存器区的划分情况,每个区分配 一定数量的内存单元，并按不同的区命名编号。
1．I/0继电器区
I/0区的寄存器可直接与PLC外部的输入、输出端子传递信息。这些I/0寄存器在PLC 中具有“继电器”的功能，即它们有自己的“线圈”和“触点”。故在PLC中又常称这一寄存器区为“I/0继电器区”。每个I/0寄存器由一个字(16位)组成，每位对应PLC 的一个 外部端子，称作一个I/0点。I/0寄存器的个数乘以16等于PLC总的I/0点数。如某PLC
有10个I/0寄存器，则该PLC共有160个I/0点。在程序中，每个I/0点又都可以看成是一个“软继电器”，有常开触点，也有常闭触点。不同型号的PLC配置有不同数量的I/0 点，一般小型的PLC主机有十几至几十个I/0点。若一台PLC主机的I/0点数不够，可 进行I/0扩展。
2．内部通用继电器区
这个区的寄存器与I/0区结构相同，即能以字为单位使用，也能以位为单位使用。不 同之处在于它们只能在PLC内部使用，而不能直接进行输入输出控制。其作用与中间继电器 相似，在程序控制中可存放中间变量。
3．数据寄存器区 这个区的寄存器只能按字使用，不能按位使用。一般只用来存放各种数据。
4．特殊继电器、寄存器区 这两个区中的继电器和寄存器的结构并无特殊之处，也是以字或位为一个单元。但它们
都被系统内部占用，专门用于某些特殊目的www.，如存放各种标志、标准时钟脉冲、计数器和定 时器的设定值和经过值、自诊断的错误信息等等。这些区的继电器和寄存器一般不能由用户任意占用。
5．系统寄存器区 系统寄存器区一般用来存放各种重要信息和参数，如各种故障检测信息、各种特殊功能
的控制参数以及PLC产品出厂时的设定值。这些信息和参数保PLC的正常工作。这些信息 有的可以进行修改，有的是不能修改的。当需要修改系统寄存器时，使用特殊的命令，这些命令的使用方法见有关的使用手册。而通过用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内 容。
上面介绍了PLC的内部寄存器及I/O点的概念，至于具体的寄存器及I/O编号和分配使用情况，将在二章结合具体机型进行介绍。
介绍PLC特殊功能的应用。
一、传统仪器设计过程
回顾现代化的自动仪器设备均具有如下几方面的性能和特点：
的信号检测，适时数据采集，数据处理，实现其功能的光机电一体化的自动装置，以及人机操作界面，除此之外还有完备的上下位机的控制程序软件包。为实现以上几个方面的性能，以的微处理器为基础的嵌入式单板机就似乎成为迄今仪器设计的选择。从而，在仪器具体的性能要求确定以后，单板机的软硬件设计制造工作就进入议事日程。
二、新设计方案的提出和可行性分析
与单板机方案比较所谓的新方案的概念源于个人的技术经历和接触不同的技术领域，笔者分别从事过精密仪器设计和工业自动化领域的工作，PLC技术，特别是国产HOLLiAS LM 系列小型PLC的性能给我一个在精密仪器设计方案上重新审视的技术空间。
从设计方法学的角度来看待设计问题，全世界没有谁规定自动仪器一定要以单板机为，只要能够实现倾向用户使用要求的仪器设计就是成功的产品，换句话说用户和使用者不关心仪器的设计过程和内部构造，他们只关心仪器的性能价格比。而作为设计人员，我们所要考虑的是所有可以实现预期性能的设计方案和手段以及技术途径，这样较为符合设计方法学的思想方法和设计规程。
考虑技术可行性，先来看一下电子控制的硬件要求，一般地，系统需要有的CPU，一定数量的内存，DI，DO，AI，AO，与人机界面的通讯端口，以及根据具体运行要求所编制的程序。这些工作对一个单板机或DSP系统来说，无异于编制一套小型操作系统。在硬件上甚至往往需要设计单板机或DSP的PCB板，在SMT技术的今天设计完善这样的系统也非易事，调试的问题不用说，甚至一两个DI的扩展，都需要重新设计改动PCB板。
再看一下PLC的性能，PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的英文缩写。对有工业自动化控制经验的人来说，一点也不陌生，但对于那些仅从事仪器设计的人来说，也许不甚了解或者涉足使用。PLC通常具有的CPU，相当规模的内存，可任意扩展的DI，DO，AI，AO接口，其中AI的分辨率为16 BIT 以上，其DO接口可以直接驱动1A电流的功率器件或继电器, 因此PLC在硬件上可以代替单板机。
再从软件编程和运行的方面比较，单板机或DSP，即使借助于C语言或其他专门的开发环境，其工作也是相当厄繁的，而且不使用汇编语言，指令对硬件的直观控制效果不易观察，调试困难。对于仪器控制的特殊应用，运行时子程序调用比较多，在线调试困难。而对于PLC来说，其自身的功能块，指令组，就此类系统控制应用而言，比C语言完备得多，如各种微电机控制，定时，记数，脉宽调制，脉冲输出等等。另外PLC程序在运行时是实时重复扫描，可以根据逻辑计算结果的要求实时任意取舍子程序或功能块的运行，对于一个接近120K内存的较长程序,一次扫描仅需几十毫秒,就绝大多数应用而言,速度足够快。就编程而言，PLC的指令系统容易学，容易使用，调试方便。PLC 较之嵌入式的程序，具有好的可读性和易读性，它可以使得多公司和多工程技术人员从事开发工作.
考察性能价格比，显然在开发阶段，PLC的成本很低，它是工控市场化批量生产的产品，只需要设计少量外围电路，软件环境也容易在PC上设置，经常是PLC厂家提供的。在生产阶段，PLC与单板机的成本相差不悬殊。况且PLC较单板机的用户面宽，产品成熟，质量稳定，从而在生产订购上也节省时间。
综上所述，PLC的功能和实时运行能力以及系统开发的简易性过一般意义上的单板机。甚至具备单板机所不具备的实时在线能。因此，从理论到实践上看PLC作为仪器都是具有多优越性。
三、设计过程详实（以自动生化分析仪为例）
自动生化分析仪是用于医院临床检验血液生化指标的复杂仪器。生化分析仪的基本功能是按照各自不同的生化方法要求设定测试参数，然后自动机构取样并按照设定对各样品及同一样品的不同测试加入所需的试剂，按所需特定比例进行稀释。进而分别注入比色杯对反应液进行保温和延时（经稀释后的样品称为反应液），下一步对反应液按照所需编排好的测试方法和时间进行测试，后计算并储存和打印测试结果。 从而得到生化分析仪对电子系统的软硬件要求,并据此选择PLC的软硬件配置。
1) 硬件要求
120K程序内存
3 AI输入
24 DI输入
16 DO输出，包括2 -PTO，1-PWM输出
2 AO 输出
RS232（及485）串行口
如有必要可以选择2个或多PLC CPU模块联合控制。
2) 软件功能及内部函数要求
输入高速记数
高速脉冲输出
步进电机脉冲控制模块
PID 控制功能块
自由通讯功能块
基于ST文本的数据处理子程序
多种逻辑和计算结果判断指令。
3)总控制程序，自动机构微电机控制，数据采集及数据计算处理软硬件安排
仪器的PLC控制软件由主控制程序，初始化复位子程序，自动机构动作算法子程序，自动机构运动执行子程序，数据读取控制子程序，及数据计算处理子程序组成。
主控制程序完成各子程序的选择执行以及与人机界面的通讯，为梯形图程序。
初始化复位子程序完成自动机构的回位和数据初始化，为梯形图程序。
自动机构动作算法子程序完成安排自动机构的动作顺序判断，为梯形图程序。
自动机构运动执行子程序驱动自动机构完成要求的动作，为梯形图程序。
数据读取控制子程序执行检测数据的读取和机构为读取数据的配合动作，为梯形图程序。
数据计算处理子程序完成生化分析所需的分析计算，由ST语言编写子程序。
4) 硬件的安排
自动机构的运动和控制(包括比色用不同波长光源的自动选择转换)由高速脉冲输出端口配合普通DO端口选择控制多个微型步进电机来实现，其中机构的运动定位由 DI，高速DI以及AI接受运动和位置反馈信号用以控制步进电机来实现。
恒温槽的温度由AI接收温度传感器，经PLC的PID结合脉宽调制驱动电热元件实现。控制精度可达±0.05°C，典型值达到±0.1°C。
数据的读入由对数运算放大器接入AI实现。由于PLC可设置数字滤波参数。所以数据采集可以保持所需的精度要求。
PLC与人机界面的通讯由PLC的RS232串行口实现，可以采用PLC自身的MODBUS协议，也可以采用PLC提供的自由协议功能块，这样编程方便。本系统采用自由通讯协议。
四、结论和展望
近年来工控市场上新的PLC不乏高性价比的小型PLC，比如禾川PLC，使其设想成为可能。而且，仪器设计者如果多采用PLC产品，必将促使PLC制造商不断提高PLC的性能，以及向单板机容合，那样设计人员将有多便利的设计手段和软硬件可选择。从而缩短新产品的开发周期，增加产品品种，使用户、仪器开发商和PLC生产商都得到好处。
产品推荐
