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在机械工作运行过程中工作的速度与精度往往存在矛盾，为提高机械效率而提高速度时，停车控制上便出现了问题。所以进行定位控制是十分必要的。举一个简单的例子，电机带动的机械由启动位置返回原位，如以快的速度返回，由于高速停车惯性大，则在返回原位时偏差必然较大，如图1a所示；若采用如图1a所示的方式先减速便可保定位的准确性。

图1  定位控制模块

在位置控制系统中常会采用伺服电机和步进电机作为驱动装置。即可采用开环控制，也可采用闭环控制。对于步进电机，我们可以采用调节发送脉冲的速度改变机械的工作速度。使用FX系列PLC，通过脉冲输出形式的定位单元或模块，即可实现一点或多点的定位。下面介绍FX2N系列的脉冲输出模块和定位控制模块。

（1）脉冲输出模块FX2N-1PG  FX2N-1PG脉冲发生器单元可以完成一个对立轴的定位，这是通过向伺服或步进马达的驱动放大器提供数量的脉冲来实现的。FX2N-1PG只用于FX2N子系列，用FROM/TO指令设定各种参数，读出定位值和运行速度。该模块占用8个I/O点。输出为100KHZ的脉冲串。

（2）定位控制器FX2N-10GM  FX2N-10GM为脉冲序列输出单元，它是单轴定位单元，不仅能处理单速定位和中断定位，而且能处理复杂的控制。如多速操作。FX2N-10GM多可有8个连接在FX2N系列PLC上。大输出脉冲为200KHZ。

（3）定位控制器FX2N-20GM  一个FX2N-20GM可控制两个轴。可执行直线插补、圆弧插补或立的两轴定位控制，大输出脉冲串为200KHZ（在插补期间，大为100KHZ）。FX2N-10GM、FX2N-20GM均具用流程图的编程软件可使程序的开发具有可视性。

（4）可编程凸轮开关FX2N-1RM-E-SET  在机械传动控制中经常要对角位置检测。在不同的角度位置时发出不同的导通、关断信号。过去采用机械凸轮开关。机械式开关虽精度高但易磨损。FX2N-1RM-SET可编程凸轮开关可用来取代机械凸轮开关实现角度位置。配套的转角传感器电缆长度长可达100m。应用时与其他可编程凸轮开关主体、无刷分解器等一起可进行的动作角度设定和监控，其内部有EEPROM，电池。可储存8种不同的程序。FX2N-1RM-SET可接在FX2N上，也可单使用。FX2N多可接3块。它在程序中占用PLC8个I/O点。

"PLC 原 理及应用”是一门实践性很强的课程，在它的教学体系中实践环节占有相当大的比例。移位寄存器(SFT)的使用是在PLC应用中常涉及到

的一个内容，在顺序控制系统中，特别能显示出它的优点，可使编程思路清晰，程序简练。例如，交通信号灯的控制是PLC实验中的一个典型题目，实际是个双向红、绿、黄信号灯的时序控制间题，如果用SFT来编写梯形图，可使程序思路清晰。但是在实践教学中，尽管课堂上教师已讲述了SF'I、的基本使用方法，还有相当一部分学生不能正确编写或实际使用SFT。究其原因，还是对SF'I，的基本原理和使用方法没有掌握。故笔者特地设计并安排了一个将SF'I，的使用地穿插进去的实验。使学生能够通过实验掌握SFT的基本用法以及应用技巧。

1、实验要学生理解SFT基本用法

要正 确 使 用SFT，让学生正确使用SFT的三个输入端。为此，安排了这样一个实验:用PLC控制五个彩灯，要求用SFT编程，实现两种点亮方式，一种是经过五次移位后，五个彩灯依次点亮，如图1所示，头前的一行是次移位的结果，L1被点亮，头下的一行是经过五次移位后的结果，终L1-L5全亮;另一种是经过五次移位，使五个彩灯依次轮流点亮，如图2所示，头前的一行是次移位的结果，L1被点亮，头下的一行是经过五次移位后的结果，L5被点亮。输入/输出接点分配图和编程梯形图如图3和图4所示。 

1)数 据 输 入端IN 在图4中当连接数据输入端IN端的触点接通时，表示把，"1'，送入SFT的位(本例为1000位)，反之，则把，"0”送到此位。为了

让学生理解输入端IN数据的不同对移位结果的影响，在SFT数据端接入(A) (B)不同的两条支路，在分别应用(A)支路或(B)支路时，梯形图的其它部分相同。当采用(A)支路时，合上K1，连续拨动开关K2五次，即可实现图1状态，由于输入端的输入状态始终为“1"，因此，在每次移位时，不仅将低位内容向高位内容顺序移位一次，而且，每次底位接受到的始终是“1"，这样经过五次移位后，1000^-1004均为“1"，因此，Ll-L5全亮。当采用(B)支路时，合上Kl，连续拨动开关K5五次，即可实现图2状态，由于输入端只有在次移位时状态为“1"，因此，在整个移位过程中，1000^-1004中只有一位为“1"，这样就实现了L1-L5信号灯依次轮流点亮的效果。通过上面两个实验使学生能够很好地掌握输入端对SF'I、移位结果的影响。

2)移 位 脉 冲端CP 当移位脉冲端每接受到一个“脉冲”时，SF'I，的各位从低位向高位顺序移位一次。但许多学生在编程和实际操作时对“脉冲”的概念并不很清楚。在上面的实验中有的学生不知如何操作CP端的信号。在此强调一点0002外接的K2用开关，不要用按钮，因为按钮能自动返回，不利于让学生充分理解移位脉冲的概念。学生通过亲手拨动K2开关来产生移位脉冲，使他们认识到CP端接受到一个由低到高的跳变，SFT才能进行一次移位，要产生多次移位就来回拨动K2，使它产生犹如脉冲的信号。这样的操作，有助于学生理解移位脉冲的概念。

3)复 位 信 号输入端R 当复位端的信号为状态"1”时，SFT全部清零。如果R端的信号一直处于接通状态，则数据输入和移位输入的信号全无效。同样

在实验中0003夕陕的K3是开关。当K3被接通时，0003接点接通，R端的输入信号为“1",SFT的所有位被清零，相应的所有灯熄灭。操作中，如果K3不被断开，就意味着R端的信号一直为“1"，这时数据端和移位端的信号均不被接受。只有K3断开，0003接点断开，SFT工作才能正常。

2、使SFT循环工作的要点

在实 际 使 用SFT时，常常会遇到需要自动循环工作的情况。但有不少学生搞不清SFT能够循环工作的实质问题，程序调试时常常在此受阻。为此，我们在实验的基础上，又添加了一个实验要求，即控制五个彩灯依次交替点亮1秒且能循环工作。要实现这个要求，就是要解决SFT循环工作的问题，其编程梯形图如图5所示。要使 SF T能重复工作，要解决的关键一点就是复位和下一轮移位脉冲的配合问题。移位脉冲和复位脉冲不能同时到达，若同时到达就是一个无效移位脉冲。移位脉冲在复位信号消失后出现，也即有一个时间差。这个时间差根据系统的实际情况，可大可小，对于要求不高的场合可以大些，但对于要求较高的场合就尽量缩短。在图5中SFT的复位信号有两个并联支路，一个为手动复位0003，另二个为自动复位信号1005,1005是该系统中SFT移位的后一位，并不控制彩灯，将它作为SFT的自动复位信号。要使SFT复位后能重新工作，就在复位信号消失后，产生有效的移位脉冲，在此，采用的是1005的后沿微分指令，在1005的下降沿接通1100接点一个扫描周期，作为SFT复位后的移位脉冲，使SFr 循环工作。如果用时间继电器延时等方法，也可实现有效的移位脉冲。 

3、结束语

上面 所 设 计的实验可作一次实验内容，也可把SFT原理放在实验室授课，讲课和实验同时进行，实践证明两种方案效果都很好。可编程序控制器是

一门实践性很强的课程，有些概念在实践环节中讲解，其效果好。在实践教学中，对于一些疑难问题，先让学生自己实践，当遇到问题解决不了时，再进行引导，让他们有个思考和总结的过程，从而有利于培养他们解决实际问题的能力和工程实践能力。

S5系列PLC有多种型号，根据I/O点数的多少、功能的强弱不同分为U型（通用型）、W型（字处理型）、R型（开关型）等，但基本结构相同，主要由电源模块、处理器（CPU）、输入输出（I/O）模块、总线模块、通讯模块等组成，其控制系统还包括用户程序、外围输入输出电路、接口电路等。故障产生的原因和部位也较为多样。一般地，分为软故障和硬件故障。软故障的处理较为简单，利用PG（西门子的编程器）就可以解决；对于PLC本身的硬件故障因为是模块化结构，为了加快维修速度采用确定故障模块，然后换的方法（板级维修），而模块的大都由西门子部或公司承担（芯片级维修）外围系统的硬件故障分析处理就比较复杂，对维修人员分析、判断电路的能力要求较高。

一、软故障的判断和处理

S5PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常（输出无或乱）时，本着先易后难、先软后硬的检修原则检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题；没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN－－-ST－－-RUN－－-ST－－-RUN的顺序拨打一遍或在PG上执行“bbbbbb—Blocks—Delete－－-inPLC—allblocks－－-overall—Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。

检修实例：一次，本厂一台停机两个月的设备出现问题，上电后无法启动。检修人员在检查后认为程序出错，很自然地将EPROM卡插入PLC中，总清后拷贝程序，完成后重启，故障依旧，由于程序不大，逐条把EPROM上的程序读出，与手册上的指令核对后发现一样，重复拷贝无效后认为是PLC硬件故障。我们用PG将备份程序调出，与EPROM上的程序进行比对，结果语句指令表相同，但程序存放地址发生了变化，把备份程序发送到PLC后设备运行正常。可见EPROM上的程序也出现了错误，用紫外线擦除后重新写入问题解决。

二、PLC硬件故障

PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的换会带来不必要的损失。

1、电源模块故障

一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，换整个电源。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。“BATT”变色灯是后备电源指示灯，正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该换后备电池，手册规定两到三年换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要换整个模块。

2、I/O模块故障

输入模块一般由光电耦合电路组成；输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是换输入模块还是换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是不允许的。

3、CPU模块故障

通用型S5PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性大，因为换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。

检修实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到换了通信借口板后功能才恢复正常。

三、外围线路故障

据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号（如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等）和现场输出信号（电磁阀、继电器、接触器、电机等），以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能系数高的器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来大便利，应好好利用。

检修实例：本厂一台水下切粒机的控制系统出现故障，检修人员发现I5.4无输入导致Q7.0无输出，切粒机无法开启。检查后发现信号转换器和接近开关同时损坏，换后正常。象这类故障就具有一定的隐蔽性，排故时要借助万用表、系统原理图和逻辑图逐级排除。

SIMATICS5控制系统综合了数字电路、模拟电路、继电回路和计算机技术，具有较高的稳定性和性，但一旦出现故障就会造成整个系统停机损失较大，维修有一定困难且维修费用也较高，借助的维修工具除了万用表有时还要用到示波器甚至计算机，这就要求维修人员具有较高的技能，并且有一定的外语和计算机功底，只有对整个系统了解和熟悉后才能对常见的故障做到判断、排除，并尽可能地降低维修费用，确保系统的正常稳定。

控制系统的性在很大程度上依赖于硬件电路的设计, 其中包括 PLC 的使用环境、 安装、 电源、 输入、 输出电路等。

(1)PLC 的接地

良好的接地是保证 PLC 运行的重要条件, PLC 系统接地的基本原则是单点接地, 即将整个装配表面接到低阻抗地的参考点, 这个连接应具有低的直流电阻(<100 欧姆)和高频阻抗。 为了抑制附加在电源及输入线、 输出线的干扰, 应给 PLC 接地线, 并且接地点要与其他设备分开。此外, 接地线要足够粗,接地电阻要小, 接地点应尽可能靠近 PLC。

(2)PLC 的安装环境

PLC 在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施, 可直接在工业环境中应用。目前 PLC 的整机平均无故障工作时间一般可达 5～10 万小时。但工作环境过于恶劣或安装使用不当时, 性会降低。PLC 使用环境温度通常在 0～55℃范围,应避免阳光直射, 安装位置应远离发热量大的器件, 保证足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于 85%, 以保证 PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、 浓雾或粉尘的场合, 需将 PLC封闭安装。如果 PLC 安装位置有强烈的震动源, 应采取相应的减振措施, 避免有过度的振动和冲击。

(3)PLC 的输入设备

开关量输入信号, 常用的有按钮、 选择开关、 行程开关、 限位开关、 接触器或继电器的常开、 常闭触点等, 其器件质量的优劣、接线方式以及是否牢固是影响控制系统性的重要因素。器件触点接触要保持在良好状态, 接线要牢固。设计时, 应尽量选用性高的元器件。模拟量输入信号常用的有 4～20mA、0～20mA直流电流信号;0～5V、 0～10V直流电压信号。电源为直流 24V。 在布线时, PLC 的交流线与直流线应分开走线。 开关量与模拟量的输入 / 输出线也要分开敷设, 后者使用屏蔽线。此外 PLC 基本单元与扩展单元之间的传送信号易受干扰, 其传送电缆不能与别的线敷设在同一管道内。输入 / 输出线与系统动力线要分开布线, 并保持一定距离。PLC 的开关量和模拟量输入信号, 由于噪声的干扰、 开关的误动作、 模拟信号误差等因素的影响, 会形成输入信号的错误, 严重时将引起程序判断失误, 造成误动作。 所以应选择性高的电路设计,并在软件编程时采取措施来抑制错误信息, 提高系统的性。

(4)PLC 的输出电路

对于开关量输出来说, PLC 的输出有继电器输出、晶闸管输出、 晶体管输出 3 种形式, 具体选用哪种形式的输出,应根据负载要求来决定。选择不当会降低系统性, 严重时可能导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载, 晶体管输出只能用于直流负载。此外, PLC 的输出端子带负载能力是有限的, 如果过了规定的大限值, 外接继电器或接触器, 才能正常工作。PLC 输出电流的额定值是与负载性质有关的。额定负载电流还与温度有关, 当工作环境温度高时, 额定负载电流相应减小。

可编程控制器类型很多，可从不同的角度进行分类： 

1按控制规模分 

控制规模主要指控制开关量的入、出点数及控制模拟量的模入、模出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数。但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。 

依这个点数，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、大型机。 

微型机控制点仅几十点，为OMRON公司的CPM1A系列PLC，西门子的Logo仅10点。 

小型机控制点可达100多点。如OMRON公司的C60P可达148点，CQM1达256点。德国西门子公司的S7-200机可达64点。 

中型机控制点数可达近500点，以至于千点。如OMRON公司C200H机普通配置多可达700多点，C200Ha机则可达1000多点。德国西门子公司的S7300机多可达512点。 

大型机：控制点数一般在1000点以上。如OMRON公司的C1000H、CV1000，当地配置可达1024点。C2000H、CV2000当地配置可达2048点。 

大型机：控制点数可达万点，以至于几万点。如美国GE公司的90－70机，其点数可达24000点，另外还可有8000路的模拟量。再如美国公司的PC－E984--785机，其开关量具总数为32k（32768），模拟量有2048路。西门子的SS－115U－CPU945，其开关量总点数可达8k，另外还可有512路模拟量。等等。 

以上这种划分是不严格的，只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。 

一般讲，根据实际的I/O点数，凡落在上述不同范围者，选用相应的机型，性能价格比必然要高；相反，肯定要差些。 

自然，也有特殊情况。如控制点数不是非常之多，不是非用大型机不可，但因大型机的特殊控制单元多，可进行热备配置，因而采用了大型机。 

2按结构划分 

PLC可分为箱体式及模块式两大类。微型机、小型机多为箱体式的，但从发展趋势看，小型机也逐渐发展成模块式的了。如OMRON公司，原来小型机都是箱体式，现在的CQM1则为模块式的。 

箱体的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展箱体，由主箱体及若干扩展箱体组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。 

模块式的PLC是按功能分成若干模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。大型机的模块功能单一一些，因而模块的种类也相对多些。这也可说是趋势。目些中型机，其模块的功能也趋于单一，种类也在增乡。如同样OMRON公司C20系列PLC，H机的CPU单元就含有电源，而Ha机则把电源分出，有单的电源模块。 

模块功能单一、品种多，可便于系统配置，使PLC能物尽其用，达到高的使用效益。 

由模块联结成系统有三种方法： 

①无底板，靠模块间接口直接相联，然后再固定到相应导轨上。OMRON公司的CQM1机就是这种结构，比较紧凑。 

②有底板，所有模块都固定在底板上。OMRON公司的C200Ha机，CV2000等中、大型机就是这种结构。它比较牢固，但底板的槽数是固定的，如3、5、8、10槽等等。槽数与实际的模块数不一定相等，配置时难免有空槽。这既浪费，又多占空间，还得占空单元把多余的槽作。 

③用机架代替底板，所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂，但牢靠。一些特大型的PLC用的多为这种结构。 

3按生产厂家分 

目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的公司有： 

德国西门子公司：它有SS系列的产品。有SS－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。 

日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。 

美国GE公司、日本FA合资的GE－FA的90－70机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。 

美国公司()的984机也是很的。其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在大与小之间，共20多个型号。 

美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC－5系列是很的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，SLC－500即为其中一种。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。 

日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。 

日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16～160之间组合。 

日本公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其的编程器用梯形图语言编程。另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多，也是用梯形图语言编程。 

日本松下公司也生产PLC。FPI系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0•l微秒。 

日本富士公司也有PLC。其NB系列为箱体式的，小型机。NS系列为模块式。 

美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。 

国内PLC厂家规模多不大。有影响的算是无锡的华光。、它也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，在价格上很有优势。相信会在世界PLC之林中一定有其位置的。