重庆西门子中国授权代理商变频器供应商

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1 引言
与其它工业控制系统相比，PLC控制系统具有性高、抗干扰能力强等优点，因而广泛应用于工业控制领域。对于那些不必采用上位机监控＋PLC现场控制的简易控制系统，操作面板的完善与否直接影响到整个系统的智能化程度高低。对小型控制系统而言，在满足功能的前提下，高性价比一直是设计人员追求的目标，若采用触摸屏(如SIEMENS的TP270)＋组态软件(如PROTOOL)的方式组成人机界面，势必使整个系统的性价比大为降低，因此，提出基于PLC的矩阵式键盘设计方案具有较大的实际意义。
2 矩阵式键盘工作原理
矩阵式键盘是相对于立式键盘而言的，也叫行列式键盘，是当键数较多时为节省I/O点而采取的一种结构。在微机系统中，矩阵式键盘的构成方式如图1所示。 

，判断整个键盘上有无键按下。方法是:将列全输出为0，然后读入行的状态，如果行读入的状态全为1，则无键按下，不全为1则有键按下。
其次，若有键按下则逐列扫描。方法是:依次将列线送低电平0，检查对应行线的状态;若行线全为1，则按键不在此列;若不全为1，则按键必在此列，且是与0电平行线相交的那个键。后，确定键值，并进入键处理程序。
3 矩阵式键盘硬件设计
在PLC系统中设计矩阵式键盘不仅要用到输入口，而且也要用到输出口，因此，了解PLC I/O口内部电路的结构以及工作原理是十分重要的。下面以S7-200的DC输入、输出模块为例，简要说明其工作原理。
3.1 输入模块
如图2所示，为PLC的DC输入模块，其中，K1-输入开关;M-公共端;I0.0-输入点;R1、R2的典型值为5.6K、1K。

工作原理:若输入开关K1闭合，则输入信号经RC滤波和光电隔离后，转换为PLC的CPU所需的电平(一般为5V)，再经过输入选择器与CPU的总线相连，从而将外部输入开关的“ON”状态输入到PLC内部，此时输入指示灯亮，且与该输入点对应的输入映像寄存器为“1”。若输入开关断开，则信号没有形成通路，此时输入指示灯不亮，表示为“OFF”状态。
3.2 输出模块

工作原理:若用户程序将输出置为“ON”状态，则在刷新输出阶段CPU将“ON”信号送给输出锁存器，再经过光电耦合送给场效应管，使之饱和导通，此时输出指示灯亮，且通过场效应管将DC24V和负载连通，从而使得负载获得工作电流。反之，若用户程序将输出置为“OFF”状态，则输出指示灯不亮，情况与上述相反。
3.3 键盘的硬件设计
由以析可知:PLC的I/O口内部电路与一般的计算机系统(如单片机系统)有较大的不同，这就决定了在PLC系统中设计矩阵式键盘也有其特殊性。，由于输入模块中有RC滤波电路，其滤波延迟时间可以通过编程软件设置，即其本身存在硬件消
抖动的功能，因此不再需要软件延时消抖动;其次，由于用到了PLC的输出口，它本身可以输出对M端有DC24V的电压，因此不再需要外接电源;后，由于PLC的输入口有6K左右的输入电阻，因此可以将DC24V的电压直接加上，若为了延长I/O口的使用寿命，一般按照输入模块的技术指标来配置限流电阻，经查阅输入电流的典型值为4mA，一般取R1=R2=R3=0.5K即可。

4 矩阵式键盘软件设计
4.1 PLC的扫描工作方式
当PLC处于“RUN”工作模式下时，除上电初始化外，其它程序都采取周而复始的循环扫描方式，称之为“PLC的扫描工作方式”，其执行流程如图5所示:

在设计键盘时可暂不考虑通信和自诊断，则在一个扫描周期内剩下以下三个主要阶段:
(1) 输入采样阶段，CPU将所有物理输入点的状态存入对应的过程映像寄存器中，到下次输入采样前，过程映像寄存器的内容均保持不变;
(2) 程序执行阶段，CPU按照从左到右、从上到下的顺序执行程序，将运算写到输出映像寄存器或数据存储区内;
(3) 输出刷新阶段，在程序执行完后，CPU将过程输出映像寄存器的状态几乎同时的新到物理输出点。
4.2 键盘的软件设计
矩阵式键盘的软件设计相对较为复杂，但无非是实现微机系统中所描述的键盘扫描程序的四个功能:
(1) 判断有无键按下;
(2) 去机械抖动;
(3) 求按下的键号;
(4) 键闭合一次仅进行一次键功能操作。
4.3 键盘设定及程序设计
再结合微机系统中矩阵键盘的原理，设计3×3矩阵式键盘，特做如下设定:
(1) 设定0～8号键分别与M0.0～M1.0对应，键按下，对应的位存储点为“1”，键松开则为“0”;
(2) 设定I0.0、I0.1、I0.2对应键盘的0列、1列、2列，Q0.0、Q0.1、Q0.2对应键盘的0行、1行、2行，M1.1为“有键按下”标志位;

随着自动化程度的提高，小型PLC的应用领域比以前为广泛，越来越多的行业开始使用小型PLC。小型PLC产品加多元化，不仅有度很高的，国内一些自动化企业也看到小型PLC广大的市场，纷纷推出自主的小型PLC产品，这为不同细分市场的中国用户提供了多的选择。
    我个人还是建议大家使用的产品，因为，从技术角度来讲，保证PLC在复杂的工业环境下的高性仍然是很多新加入小型PLC领域的厂家面临的技术难题。从角度来讲，持续的大规模的研发投入是不断，满足市场的日益增长的需求的保证，而这种投入对许多厂家来说也是很大的考验。从市场开发角度来看，大厂商拥有明显的强势和领域，拥有优势的技术，成熟的解决方案，和适合行业和市场开发的销售网络。西门子小型PLC经过十多年的市场考验，与服务已经得到了市场的广泛认可，这不仅靠市场宣传，靠的产品品质和完整的解决方案。
   近几年自动化产品用户除了稳定性、性价比等因素之外，越来越重视项目的维护成本，现在中国用户都已将维护成本列入整个自动化系统的成本中。西门子小型PLC为用户提供灵活多样的远程服务解决方案，可以基于固定电话，网络，GPRS无线通讯等，为客户后期维护节约可观的成本。为了进一步为广大用户降，2005年，西门子成功完成了S7-200PLC的本地化生产，同时还本地化生产了S7-200PLC触摸屏KTP-178和四行中文文本显示器TD400，进一步提高了西门子小型PLC整体解决方案的性价比，开放性已达到同类中型机水平，支持PPI、RS-485、Profibus－DP、以太网等多种通讯协议，保证了的无缝连接。
    我认为小型PLC的市场份额会持续保持快速的发展。
    随着中国加入WTO，出口额逐年提高，中国正逐步成为机械设备的制造基地，使得国内OEM厂商迅猛发展。一些OEM厂商为了避免激烈竞争，追求高的利润，将用小型PLC替代继电器或单片机控制方案。而且，小型PLC不再仅仅进行单机单站的控制，工厂信息化的潮流将会使多的生产设备联网，进行集中监控。西门子小型PLC开放的平台为工厂生产设备联网和工厂信息化提供了可能性，使客户增加额外的硬件投资即可实现联网。

PLC5控制系统优势：

1 PLC5可编机性能稳定，内部功能强大，资源丰富，结构牢固，模块及端子接线板换方便，防震性强，具有耐腐蚀性能，允许在较高温的工作环境温度下工作等特点，为环境恶劣的起重机电控系统提供了有力的支持，使起重机采用PLC进行改造成为可能，用户易接受，为本次电控系统改造奠定了基础。

2 PLC的应用，使主起升电控设备复杂的继电器之间的连锁接线省去了，并且省去延时继电器及逻辑控制继电器，使系统大大简化。全部的逻辑、延时控制全由PLC内部实现监控，且延时，程序稳定，大大增加了电控系统的性，大大地减少了维修量，大大地降低了故障率。

3 PLC改造后的系统，不但全部保留了原线路的控制功能，而且充分利用PLC内部资源优势，增加了系统无载"故障自检"功能，一旦发生故障，再不用人工封线或强制接点来分析寻找故障点，便可简捷直观地处理故障，特别受到维护人员的欢迎。

4 充分利用PLC内部功能，编制了防误程序，如在"下降"再生制动瞬间时，直接将主令控制器打"上升"位置时也能确保平稳过度，停车自如，杜绝了以往因上述操作而引起电动机转子反接击穿，甚至烧毁的事故。并且PLC可对过渡过程进行有效的监控，在规定的时限内没有完成升降渡，则停车保护。

   5 配合PLC监控优势，对主回路整流接线也做了改进，了电动机的三次谐波，使其发热减少，同时开发了低速装置，取代了原比利时的双线圈低速继电器。

6 在大车运行机构电气系统的改造中，利用PLC编程优越条件，采用4级加速接触器的调压线路，能够实现自动加减速的6级特性，保证了4台27.8KW积复激电动机在主令控制器由正向直接打反向运行时速度的平稳和自动过渡，这在原继电器控制的系统中，根本是不可能的。

PLC及其扩展模块

系统中选用德国金钟公司的PS416PLC作为主站，负责网络通信管理及运行状态和参数自动采集、汇总、交换；各断路器（开关）之间联锁保护；分配控制指令到各从站等任务。PS416主要配置：612KB－RAM，可扩展512/1024KB外部存储模块；机箱有9/13/19插槽，可根据需要选择；PS416的功能模块有电源模块、CPU模块、输入/输出模块和通信模块等。CPU模块本身具有一个编程口和一个大可扩展30个Suconet K从站的RS485通信口。PS416作主机时，可插6块Suconet K通信模块，每块通信模块大可扩30个从站；通过PS416－NET－230通信模块可以联接到Profibus总线上；使用bbbbbbs环境下IEC1131标准的Sucosoft S40编程软件。
系统中的智能从站主要由PS4－151－MM1来担任，完成立开关柜中的数据采集和控制，如无功功率补偿开关柜等　。PS4－151－MM1主要配置：32KB－RAM，可再插入32KB－RAM/128KB－EEPROM；16数字输入，8继电器输出；2模拟输入1模拟输出；一个编程口和一个RS485通信口。
系统中用作非智能从站的EM4远程扩展模块；16位数字输入扩展模块EM4－201DX2，每块EM4－201DX2可大扩展本地输入/输出模块6个
系统中用作数据采集从站的EM4－101AA2，含有4路电压/4路电流（8/12Bit）模拟输入和4路电压（8/12Bit）模拟输出；输入信号电平为0~10V或4~20mA，输出信号电平为0~10V，+10V。
用作非智能从站的输出口扩展的LE4扩展模块：LE4－108XR1为继电器输出。

一、控制系统性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程技术'>控制器本身都具有很高的性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：1、造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，连接处松脱等），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。2、机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC 扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制。3、现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有：

1、控制负载的接触不能动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。
2、控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。
3、各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统性。要提高整个控制系统的性，提高输入信号的性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统、、正确地工作。

二、设计完善的故障报警系统

在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统性运行水平。

三、输入信号性研究

要提高现场输入给PLC信号的性，要选择性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。数字信号滤波可采用如下程序设计方法，在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用如下程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉大和小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。在实际应用之中，工具情况还以延长采样的次数，以达到较好的效果。提高读入PLC现场信号的性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。又如各储罐有上下液位限保护，当开关动作时发出信号给 PLC，这个信号是否真实，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在限位置，判断可能是液位限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的。

四、执行机构性研究

当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC 执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否吸合，停止时接触器是否释放，这是我们关心的。我们设计了如下程序来判断接触器是否动作。X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如下所述。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。另外一般的开关输出都有中间继电器，多于比较重要的控制可以使用中间继电器的其他辅助触点向PLC反馈动作信息。

1.面板上POWER灯不亮?

主机、I/O扩充机座、I/O扩充模块、特殊模块之正面均有一个"POWER"之LED指示灯，当主机通上电源时，LED之灯亮。若主机通上电源后，此指示灯不亮，此时，请将"24＋"端子之配线拔出，若指示灯正常亮起，表示FX2之DC负载过大，此种情况下，请不要使用FX2"24＋"端子之DC电源，请另行准备DC24V电源供应器。

若将"24＋"端子之配线拔出后，指示灯仍然不亮，有可能PLC内部保险丝己经烧断，此时请您与我们各地营业所联络，我们将尽快为您处理。

2.POWER灯呈闪烁状态?

若POWER灯呈闪烁状态，很有可能是"24＋"端子与"COM"端子短路，请将"24＋"端子之配线拔出，若是指示灯回复正常，那请检查您的线路。若指示灯依然闪烁，那很可能PLC内的POWER板己经故障，请您将该部PLC送回我们各地营业所，我们将尽快为您处理。

3."BATT‧V"LED灯亮

当这个红色LED灯亮时，表PLC内的锂电池寿命己经快结束了(约剩一个月)，此时请尽快换新的锂电池，以免PLC内的程序(当使用RAM时)自动消失。

若换新的锂电池之后，此LED灯仍然亮着，那很可能此部PLC的CPU板己经故障，请您将该部PLC送回我们各地营业所，我们会尽快为您处理。

4."PROG‧E"LED灯闪烁

一般来说，当此红色LED灯闪时，大部份是程序回路不合理的情况较多，另一原因亦有可能是参数设定出错，或者是外来之噪声干扰导致程序内容产生变化。若您是使用掌上型书写器(FX-20P-E)建议您检查D8004，再依D8004的内容检查D8060～D8069，从D8060～D8069中可得到一个数据，此为侦错号码。欲知侦错号码内容，请参阅"三菱可程序控制器编程手册！

5."CPU‧E"LED灯亮

当"CPU‧E"LED灯亮时，有可能是以下几种原因所造成：

1.PLC内部有导电性的粉尘侵入

2.PLC的扫瞄时过100ms以上(检查D8012即可知道长执行时间)

3.通电中，将RAM/EPROM/EEPROM记忆卡匣拔下。

4.PLC附近有噪声干扰

若排除上述的问题，而"CPU‧E"LED灯仍然亮着的话，此部PLC可能真的故障了，建议您将它送回来给我们，让我们来帮您找出它的病因。

热门话题

1.我的PLC被人设定了密码，怎么办?

若您拥有原始程序，您只要将PLC内存全部即可。

方法如下：
a.若您使用掌上型程序书写器

当书写器与PLC连接后选择ONLINE模态，按GO键，屏幕会要求您打入密码，此时请您按SP键8次，再按GO键3次，如此一来，您的PLC就回复到出厂时的状态，您只要再将原始程序打入PLC即可。

b.若您使用FXN，DOS版V2.0以上版本软件

于MODE窗口中按7，5，3，再于出现的画面中选项，以上、下键选择"MEMORYALLbbbbb"再按"Enter"键，如此，PLC内部存储器将全部被。使用者再将原始程序写入PLC内即可。

c.若您使用FXNbbbbbbs版V1.0以上版本软件

将原始程序颢示于屏幕上，将PLC置于STOP状态，再于画面上功能选择列中选PLC，再选PLCmemorybbbbb…，跳出新画面后，将三项选项全部圈选，再按"Enter"键，画面将出现"确定"及"取消"两选择让您做决定，此时，该做决定的您，"确定"，按"Enter"键吧!该画面若消失了，亦表示该PLC已回复到出厂时状态，您可以重新写入程序了。