西门子模块6ES7322-1BL00-0AA0支持验货

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  一、PLC的发展历史

    可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。
   
    1968年，通用汽车公司的液压部门为了既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。该招标由DEC公司中标，这套系统于1969年研制出来，这是台可编程控制器，型号为PDP-14，应用成功。其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些早期的控制器满足了初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。
   
    PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等的发展息息相关，正是这些的发展推动了可编程控制器的发展。
   
    从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：
   
    1．初级阶段：从台PLC问世到20世纪70年代中期
   
    由于代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。
   
    2．扩展阶段：从20世纪70年代中期到70年代末期
   
    这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATICS3系列，富士电机公司的SC系列产品。
   
    3．通信阶段：20世纪70年代末期到80年代中期
   
    这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。其次，产品功能也得到很大的发展。同时，性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO和TI公司的TI530等。
   
    4．开放阶段：从20世纪80年代中期开始
   
    由于标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。
   
    二、PLC的特点
   
    1．PLC的硬件和软件进展
   
    PLC的技术从诞生之日起，就不停地发展。PLC的定义也经过多次变动。1987年，电工IEC(InternationalElectricalCommittee)颁布了可编程序控制器新的定义：
   
    可编程控制器是一种能够直接应用于专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
   
    可见，PLC的定义实际是根据PLC的硬件和软件技术进展而发展的。这些发展不仅改进了PLC的设计，也改变了控制系统的设计理念。这些改变，包括硬件和软件的。
   
    以下列出了PLC的硬件进展：

采用新的、的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间；

小型的、的PLC，可以替代4到10个继电器，现在获得大的发展动力；

高密度的I/O系统，以提供了节省空间的接口；

基于微处理器的智能I/O接口，扩展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和语言模块（如BASIC，PASCAL）；

包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子加集成；

特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等；

外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为了PLC的标准功能。

    以上这些硬件的改进，导致了PLC的产品系列的丰富和发展，使PLC从小的只有十个I/O点的微型PLC，到8000点的大型PLC，应有尽有。这些产品系列，用普通的I/O系统和编程外部设备，可以组成局域网，并与办公网络相连。整个PLC的产品系列概念对于用户来说，是一个非常节约成本的控制系统概念。
   
    与硬件的发展相似，PLC的软件也了的进展，大大强化了PLC的功能：

PLC引入了面向对象的编程工具，并且根据电工的IEC61131-3的标准形成了多种语言；

小型PLC也提供了强大的编程指令，并且因此延伸了应用领域；

语言，如BASIC，C在某些控制器模块中已经可以实现，在与外部通讯和处理数据时提供了大的编程灵活性；

梯形图逻辑中可以实现的功能块指令，可以使用户用简单的编程方法实现复杂的软件功能；

诊断和错误检测功能，从简单的系统控制器的故障诊断，扩大到对所控制的机器和设备的过程和设备进行诊断；

浮点运算可以进行控制应用中计量、平衡和统计等所牵涉的复杂计算；

数据处理指令得到简化和改进，可以进行涉及大量数据存储、跟踪和存取的复杂控制和数据采集和处理功能。

    尽管PLC比原来复杂了很多，但是，他们依然保持了令人吃惊的简单性，对操作员来说，今天的高功能的PLC与三十年样那么容易操作。
   
    2．PLC的特点
   
    PLC发展如此的原因，在于它具有一些其它控制系统，包括DCS和通用计算机在内，所不及的一些特点。下面对这些特点做一个介绍：
   
    ① 性
   
    性包括产品的有效性和可维修性。可编程控制器的性高，表现在下列几个方面：
   
    a) 可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此性得到提高；
   
    b) 可编程控制器采用一系列性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉电保护，故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使性得到提高；
   
    c) 可编程控制器有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使性大大提高；
   
    d) 可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高性的措施。例如，采用性高的工业级元件，采用的电子加工工艺（SMT）制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用和自诊断措施，便于维修的设计等。
   
    一份用户选用PLC原因的调查指出：在各种选用PLC的原因中，原因是性高的，占93%，其次，才是性能和维修方面的原因。
    
    ② 易操作性
   
    PLC的易操作性表现在下列三个方面：
   
    a) 操作方便：对PLC的操作包括程序的输入和程序改操作，大多数PLC采用编程器进行程序输入和改操作。现在的PLC的编程器大部分可以用电脑直接进行，改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线改；
   
    b) 编程方面：PLC有多种程序设计语言可以使用，对现场电气人员来说，由于梯形图与电气原理图相似，因此，很容易理解和掌握。采用语句表语言编程时，由于编程语句是功能的缩写，便于记忆，并且与梯形图有一一对应的关系，所以有利于编程人员的编程操作。功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺人员设计思想的沟通。功能模块图和结构化文本语言编程方法的应用尚未普及，但由于它们具有功能清晰，易于理解等优点，而且与DCS组态语言统一，正受到广大技术人员的重视。
   
    c) 维修方便：PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和HMI屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为排除故障和修复节省了时间，降低了MTTR。

    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，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的有效、便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。

    2、PLC系统设备选型

    PLC主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

    目前市场上的PLC产品众多，国外有德国的SIEMENS；日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic；美国的GE；韩国的LG等。国产有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。

    2.1 确定PLC 控制系统的规模

    依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。

    小规模PLC控制系统：单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

    中等规模PLC控制系统：生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

    大规模PLC控制系统：生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。

    2.2 确定PLC I/O 点的类型

    根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。

    根据PLC输出端所带的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，或品闸管输出。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。

    电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出；各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。

    2.3 确定PLC编程工具

    （1） 一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。

    （2） 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。

    （3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编程。

    3、PLC控制系统的设计

    PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

    3.1 PLC控制系统的硬件设计

    硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的性、性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

    （1） PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，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）；隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。

    PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电和PLC至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。

    （2） PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短；如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

    如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

    当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。

    对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的性、性。

    对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

    （3） PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时考虑的问题。一般采用以下几种方式：

    隔离：由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1：1隔离变压器，并将中性点经电容接地。
    屏蔽：一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
    布线：强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔；模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

    3.2 PLC 控制系统的软件设计

    在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

    （1） PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

    基本程序：既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序；依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种：顺序结构、条件分支结构和循环结构。

    模块化程序：把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

    （2） PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大；尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的性。

    程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。
    在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

    （3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程遵循的原则。下面介绍几点技巧。
    PLC各种触点可以多次重复使用，用复杂的程序来减少触点使用次数。

    同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

    如果要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

    对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如：我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

    模块化编程思想的应用：我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。

    4、PLC控制系统程序的调试 

   PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

    4.1 I/O端子测试
 
    用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常；反之，应检查接线或者是I/O点坏。

    我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。

    4.2 系统调试

    系统调试应按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

    把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行：

    （1） 对每一个现场信号和控制量做单测试；
    （2） 检查硬件/修改程序；
    （3） 对现场信号和控制量做综合测试；
    （4） 带设备调试；
    （5） 调试结束。

    5、结束语

    PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。

   1、吸覆机简介

    吸覆机属于木工机械的一种，实现对木板等材料的覆膜功能。它分为单工作台式和双工作台式，主要由传动装置、加热装置、加压装置、加压装置和控制柜组成，如图1所示。

图1

    工作时由电机带动工作台将覆盖膜的木料送入加热箱，通过一定时间的加热将膜软化，再通过真空泵加压后将膜紧紧吸覆到木板上，后把成品送出。工作过程如图2所示。

图2

    2、PLC对吸覆机的控制

    由于卸料和装料过程是由人工完成的，对于双工作台式吸覆机，当一侧工作时，另一侧可以完成卸料和装料，因此，双工作台式吸覆机比单工作台式的节约时间，生产。本文针对双工作台式设计，这样吸覆机既能单台工作，也可以双台工作。

    (1) 控制过程

    该系统设计采用欧姆龙公司生产的CP1L-M40DR-A作为控制系统的，其特点为自动化程度高，操作方便，编程灵活，抗干扰能力强，性高，使用维护方便。

    通过00100点作为手动/自动选择位，00101点作为停止位，00102和00103分别为左右工作台启动位。为了防止撞车，只有当右工作台的右限位压下时，左工作台才可以启动；同样，当左工作台的左限位压下时，右工作台才可以启动。当手动/自动转换开关选择手动档时，送料、预压、成形、泄压、出料过程分别由相应的按钮控制；当手动/自动转换开关选择自动档时，按下左工作台或右工作台启动按钮即可自动完成从送料到出料的整个加工过程。当左工作台允许启动时，按下左工作台启动按钮，电机正转将料送入工作箱，由TIM000设定定时加热一定时间，开启真空泵电磁阀进行短暂预压（大约三秒，由TIM001设定），然后成形（由TIM002设定），延时一定时间（由TIM003设定），后将产品送出，直到左工作台的左限位压下时，整个工作过程结束。右工作台的工作过程与上述过程相同。

    (2) PLC程序
   
    对于不同的材料，要求加热的时间不同，我们可以通过CP1H的外部模拟电位器来方便的设定时间，而不需频繁读写程序来改变定时器的设定值。它的使用方法是在CP1HCPU单元的外部模拟设定输入端子上施加0～10V的电压，则输入电压可进行A/D转换，并可将特殊辅助继电器A642CH的当前值在0～225的范围内自由变。将A642CH的内容存入D2中，将其转换为BCD数，然后乘以一定的倍数后存入D0，把D0内的值作为定时器的设定值即可实现