6ES7216-2AD23-0XB8诚信合作

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可编程控制器（PLC）的工作有两个要点：入出信息变换、物理实现，入出信息变换主要由运行存储于PLC内存中的程序实现。这程序既有系统的（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户的。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，同时，还进行必要的公共处理，如自检，I/O刷新，与外设、上位计算机或其它PLC通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。

      物理实现主要通过输入（I， bbbbb）及输出（O，OUTPUT）电路。每一输入点或输出点就有一个I或O电路。而且，总是把若干个这样电路集成在一个模块（或箱体）中，然后再由若干个模块（或箱体）集成为PLC完整的I/O系统（电路）。尽管这些模块相当多，占了PLC体积的大部分，但由于它们都是由高度集成化的，所以，PLC的体积还是不太大的。

输入电路时刻监视着输入点的（通、ON或断、OFF）状态，并将此状态暂存于它的输入暂存器（还可能有别的称谓）中。每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。

      输出电路有输出锁存器（还可能有别的称谓）。它也有两个状态，高、低电位状态，并可锁存。同时，它还有相应的物理电路，可把这个高、低电位的状态传送给输出点。每一输出点都有一个与其对应的输出锁存器。

      这里的输入暂存器及输出锁存器实际是PLC的I/O电路的寄存器。它们与PLC内存交换信息通过PLC I/O总线及运行PLC的系统程序实现。

      把输入暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称为输入继电器，或称软触点，或称为过程映射输入寄存器（the process-image bbbbb register）。这些位（bit）置成1，表示触点通，置成0为触点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入点的状态。

      输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈，或称为过程映射输出寄存器（the process-image output register）。通过PLC I/O总线及运行系统程序，输出继电器的状态将映射给输出锁存器。这个映射的完成也称输出刷新。

      PLC除了有接收开关信号的输入电路，有时，还有接收模拟信号的输入电路（称模拟量输入单元或模块）。只是后者先要进行模、数转换，然后，再把转换后的数据存入PLC相应的内存单元中。

      如要产生模拟量输出，则要配有模拟量输出电路（称模拟量输出模块或单元）。靠它对PLC相应的内存单元的内容进行数、模转换，并产生输出。
这样，用户所要编的程序只是，PLC输入有关的内存区到输出有关的内存区的变换。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是可能的。

      简单地说，PLC工作过程是：输入刷新---运行用户程序---输出刷新，再输入刷新---再运行用户程序---再输出刷新……停止地循环反复地进行着。

     有了上述过程，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监视得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化。只是响应的时间上，略有滞后。但由于PLC的工作速度很快，所以，这个“略有滞后”的时间是很短的，一般也就是几毫秒、几十毫秒，多也不会过100到200毫秒。

      监视循环时间的目的是避免用户程序“死循环”，保证PLC能正常工作。为避免用户程序“死循环”的办法是用“”（Watching dog），即设一个定时器，监测用户程序的运行时间。只要循环时，即报警，或作相应处理。

      外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或向编程器输出数据。

通讯处理是实现与计算机，或与其它PLC，或与智能操作器、传感器进行信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。

      也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理——I/O刷新——运行用户程序——再公共处理——…反复不停地重复着。图2b所示的是实际的过程。

      此外，PLC上电后，也要进行系统自检及内存的初始化工作，为PLC的正常运行做好准备。

      用这种不断地重复运行程序以实现控制，称扫描方式工作。是PLC基本的工作方式。

      此外，为了应对紧急任务，PLC还有中断工作方式。在中断方式下，需处理的任务先申请中断，被响应后停止正运行的程序，转而去处理中断工作（运行有关中断的服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。

      PLC的中断方式的任务，或称事件，是分等级的。同时出现两个或多个中断事件，则级高的先处理，继而处理低的。直到全部处理完中断任务，再转为执行扫描程序。

      PLC对大量控制都用扫描方式工作，而对个别急需的处理，则用中断方式。这样，既可做到所有的控制都能照顾到，而个别应急的任务也能及时进行处理。

      当然，PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。但如果能弄清上面介绍的思路，也可知到PLC是怎么工作的了。

 PLC以其显著的优点而广泛用于工业控制，其实际应用涉及的问题很多，本文只是就其现场安装和维护问题提出了一些注意事项，供从事PLC设计及应用人员参考。
 
 
        1、PLC的安装
 
PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所：
 
   （1）环境温度过0 ~ 50℃的范围
 
   （2）相对湿度过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；
 
   （3）太阳光直接照射；
 
   （4）有腐蚀和易燃的气体，例如、等；
 
   （5）有打量铁屑及灰尘；
 
   （6）频繁或连续的振动，振动频率为10 ~ 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；
 
   （7）过10g（重力加速度）的冲击。
 
小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作性，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境过55C，要安装电风扇，强迫通风。
 
为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。
 
当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。
 
       2、电源接线
 
PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。
 
FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。
 
如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断过10ms或电源下降过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。
 
对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
 
         3、接地
 
良好的接地是保证PLC可*工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能接近PLC。
 
        4、直流24V接线端
 
使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。
 
PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。
 
如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。
 
每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。
 
FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。
 
        5、输入接线
 
PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。
 
输入器件可以是任何无源的触点或集电开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二管亮。
 
输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。
 
若在输入触点电路串联二管，在串联二管上的电压应小于4V。若使用带发光二管的舌簧开关，串联二管的数目不能过两只。
 
另外，输入接线还应特别注意以下几点：
 
   （1）输入接线一般不要过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
 
   （2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。
 
   （3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。
 
         6、输出接线
 
   （1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。
 
   （2）输出端接线分为立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
 
   （3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
 
 
    （4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。
 
   （5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。
 
此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

从讨论PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；而是靠信息过程，用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息还可重用，等等。正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。

   下面介绍PLC的四个特点：

   1.功能丰富

   PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。
   它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。
   它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。
   它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多。
   它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。
   而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。
   它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。
   PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。
   PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的大的、地域广的控制系统。
   PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。
   丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。
   像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；是传统的继电控制电路所无法比拟的。

   2.使用方便

   用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：PLC控制逻辑的建立是程序, 用程序代替硬件接线。编程序比接线，改程序比改接线，当然要方便得多！
   其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。
   正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。

   具体地讲，PLC有五个方面的方便：
   （1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的 PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。

   （2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。

   （3）编程方便：PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。
   总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。
   PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。
   PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。

   （4）维修方便
   ①PLC工作，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的三个特点时，还将进一步介绍。
   ②即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以，PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。

   （5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。

   3.工作

   用PLC实现对系统的控制是非常的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能工作。事实上，如果PLC工作不，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。

   1）在硬件方面：PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。
   PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其工作提供了物质基础。
   在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80～90度。
   有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。
   还有进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，终输出取决于三者中的多数决定的。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。

   2）在软件方面：PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的“冒险竞争”，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能地工作。
   为监控 PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了“”（Watching dog）监控程序。运行用户程序开始时，先清""定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若时（一般不过100ms），则报警。严重时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不时，则重复起始的过程，PLC 将正常工作。显然，有了这个""监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的性。
   PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其工作。
   PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。
   正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的性措施，才确保了PLC具有工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。
   曾有人做过为什么要使用 PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作作为选用它的主要原因，即把PLC能工作，作为它的指标。

   4.经济合算

   的使用必将带来的社会效益与经济效益，这是科技是生产力的体现，也是生命力之所在。PLC也是如此。
   尽管使用PLC投资要大些，但从及长远看，使用PLC还是经济的。这是因为：使用PLC的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；使用时省电，运行费少；工作，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加等等，从中可得大的回报。所以，在多数情况下，它的效益是可观的。