南宁西门子授权一级代理商CPU供应商

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一、概述
可编程控制器（PLC）是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、性强、环境适应性好、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越制系统都采用PLC来代替传统的继电器控制。特别是在联锁保护系统中，PLC 以其性强、动作速度快、性能好的特点得到了各行各业广泛的应用。
二、机车保护系统概述
对于一些机车控制、传动控制及重要岗位的操作人员身体状态在线检测是非常重要的。例如高速运行的火车驾驶司机由于突发疾病晕倒而无法操作，那么整列火车乘客的生命是非常危险的。所以在一些的动车组机车控制室内的操作岗位上，安装了操作人员检测的设备。在操作人员的脚下有了一个象“油门”式的踏板，操作人员每隔三十秒踩一下这个踏板，证明操作人员身体状态良好或在操作岗位上。否则，过三十秒没有检测到踏板返回信号，蜂鸣器就会发出报警，提醒操作人员踩踏板。如果操作人员由于身体突发疾病或擅自离岗，报警过两分钟，机车就会自动刹车，**整列火车乘客的人身;还有一种情况，如果操作人员由于身体突发疾病晕倒，正好压在踏板上面，或者有东西压在踏板上，这样踏板就一直有返回信号。在程序设计时考虑到这点，当踏板连续三十秒有返回信号时，蜂鸣器同样会发出报警，并且报警过两分钟自动刹车。本文以这个连锁保护为例，介绍PLC在连锁保护中的应用。
三、S7-300PLC简介
S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单的模块之间可进行广泛组合而构成不同要求的系统。S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速的指令运算速度;能用浮点数运算实现较为复杂的算术运算;带标准用户接口的软件工具可以方便地给所有模块进行参数赋值;S7-300操作系统内已经集成了方便的人机界面，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送;CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：时，模块换，等等）;多级口令保护可以高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改;S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。S7-300 PLC具备强大的通信功能，可通过编程软件Step 7的界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统;串行通信处理器用来连接点到点的通信系统;多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。 SIMATICS7—300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能有高速的指令处理、浮点数运算、人机界面（HMl）、诊断功能、程序保护。能实现列车自动防护系统ATP（Automatic Train Protection）的功能。在线实现火车的运行速度、轴温、电流等重要参数测控及紧急状态下联锁保护。如果加上人机界面（HMl）和存储设备，可以实现显示和记录功能，能有效防止列车速，还能以图形曲线、数字报表等形式再现列车运行过程。.
四、编程实现
PLC控制系统的设计主要包括硬件和软件两部分，而程序的设计是控制系统中工作量大、重要的一项工作。一个好的程序不仅可以减少I/O点数，节省硬件成本，而且还可以减少PLC程序步骤和占用的空间，收到事半功倍的效率。在本程序中，由于踏板有无信号定时器都要启动，也就是说无论是踩踏板的时间还是不踩踏板的时间都不能过30秒，如果过30秒报警就要启动，所以在写程序时把上升沿和下降沿边沿检测指令并联。这样无论踏板得信号的开始还是失信号的开始都能激发30秒的定时器启动。当扩展脉冲定时器定时到30秒后，报警线圈得电，蜂鸣器报警，提醒操作人员踩踏板。
当报警启动后，接通延时定时器启动，定时两分钟。如果在两分钟之内，操作人员踩了踏板，报警解除。T1重新定时，T2停止定时。如果在两分钟之内操作人员没有踩踏板，T2接通延时定时器定时到两分钟后，杀车启动。机车紧急停车，连锁保护乘客。
五、PLC的程序执行过程
当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。
PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同。电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作;而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，等扫描到该时才会动作。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。
六、结束语
以PLC为控制的连锁保护系统已经应用到各行各业，从欧洲各大公司生产的联锁系统可以看出，计算机联锁的进一步发展方向是：编制程序采用SIMATIC编程技术，使设备复杂程度低、规格小、灵活性大，价钱，且能确保。

.1 系统的i/o点分配 
    由硬件结构图可知，系统需要5个输入点和14个输出点。cpu222plc有8个输入点和6个输出点，因此需要增加一个扩展模块，选用有8点输出的数字量扩展模块em222。输入点是i0.0～i0.7;输出点是q0.0～q0.5和q1.0～q1.7。分配情况见表1和表2;
3.2 控制器 
    系统的关键设备是plc。plc是以单片机为，专门用于工业过程自动化控制的电脑器件，具有高的性和稳定性。本系统选用西门子公司的s7-200系列cpu222plc作为控制，利用cpu222的2路立的20khz的高速脉冲输出来控制步进电机的运动。此高速脉冲信号不能用来直接驱动步进电机，需通过步进电机驱动器将功率放大后才能起作用。5路数字量输入分别与5个传感器相连接，用来判断钻头位置，步进电机位置，工件的位置。14路数字量输出中，有6路用来控制步进电机驱动器，8路用来控制电磁阀开关。  
    plc本机有一个通信口，为标准rs-485接口，在plc与上位机进行通信时需将rs-485接口转换为标准rs-232接口，可以采用西门子提供的隔离型pc/ppi电缆进行转换。该电缆有拨码开关可以进行设置。在上位机上将控制软件编写好后，通过此线下载程序并监视程序的运行情况。为了降，在程序调试好以后就可以不必用上位机进行操作和控制，而是用简单的操作面板即可，本系统选用的是dp210操作面板。
3.3 系统的外设 
    根据系统对钻孔精度的高要求，选用步进电机来控制孔的加工。步进电机可以到一个脉冲，在本系统中一个脉冲的精度是0.005mm。步进电机驱动器用于驱动步进电机，从而控制钻头的动作，完成钻孔。步进电机驱动器接收plc的信号，包括cp步进脉冲信号，dir方向信号，free脱机信号，经过其内部的功放电路和处理电路后输出到后面连接的两相步进电机。步进电机根据信号的变化来产生相应的动作。电磁阀直接接受来自plc的控制信号产生动作。另外，plc直接接受传感器的信号，通过内部程序的运算和逻辑判断来决定输出。 
    变频器用来控制主轴三相电机的转速。本系统中变频器采用基本参数运行模式，由电位器来设定运行频率，变频器的启动和停止由外部端子控制。根据不同工件的特点，通过旋转电位器来改变主轴电机的转速，外部端子的信号由plc的12路数字量输出控制。 
4  系统的软件设计 
     系统的软件包括人机交互界面dp210程序和系统的主控程序plc程序。dp210程序完成操作人员同plc之间的对话，主要是各个操作画面之间的相互切换和每个操作画面当中各个按键动作所对应的plc程序的控制位。程序画面要与生产现场的工作流程相适应，越是的画面就越是使用频率高的画面。 
    plc程序接收到dp210的操作信号后，按照工作要求进行整个钻孔工作的控制。主程序的流程图如图4所示。
      plc主控程序中的控制是对步进电机的控制，启动1#步进电机的程序如图5，控制步进电机方向的程序如图6。

1 引言 
铁路继电器是铁路信号控制系统中的重要执行元件之一，在出厂时和使用过程中定期对其电气特性参数进行测试。然而，传统测试设备存在测试精度低，性差，效率低下以及对测试人员要求高等缺点，不能满足现代继电器测试的要求。PLC作为一种新型的控制装置与传统继电器控制系统相比，具有时间响应快，控制精度高、性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机相连、维修方便、体积小、重量轻、功耗低及等优点。触摸屏也是一种新型的人机交互设备，操作者只需用手触摸计算机显示屏上的图标或文字就能对主机进行操作，这样就摆脱了传统交互设备复杂操作，即使新手也能轻松操作整个设备。因此，既减少了对操作人员的要求，也提高了工作效率。本文采用PLC、触摸屏及相关辅助电路设计了一种综合电器测试台。
2 硬件电路设计
2.1系统概述
该继电器测试台采用欧姆龙CPM2A型号PLC作为控制单元、ET500系列触摸屏实现人机交互，测试普通继电器、接触器、过流继电器、接地继电器的吸合电压（电流）、释放电压（电流）及电磁（电子）式时间继电器的延时时间等参数。图1给出其硬件结构框图。



PLC通过I/O捕获继电器触点动作，通过扩展模拟I/O模块记录待测继电器动作时的电压（电流）值。同时，PLC把检测到的继电器状态和动作信号送人触摸屏显示，并对各种故障报警等。
2.2测试原理
测试前根据待测继电器型号及类型通过触摸屏设定参数，测试开始后可选择自动、人工方式通过PLC控制增（减）电压（电流），待达到待测继电器吸合电压（电流）、释放电压（电流）后，动合接点（衔铁）动作，PLC记录此时的电压（电流）值或和接点传唤时间存入内部数据区，待测试完毕后通过触摸屏显示并打印。
由于测试对象包括直流或交流继电器，电子式或电磁式继电器。电子式又包括共阴或共阳型。因此，该测试台在设计中满足了各种型号、类型继电器的测试需求，其原理如图2所示。系统通过扩展单元的4～20 mA模拟量控制信号选择直流或交流电源。

在测试时间继电器时，被测的是额定电压下继电器的动作延时时间或释放延时时间。考虑到继电器线圈电压从0 V加至额定值需要一定时间，这会带来测量误差。所以该测试台采用在电源输出端加上一个固体继电器（SSR），图2所示的是使系统自动识别延时类型。开始测试时，系统自动调整输出电压为设定的线圈额定电压，然后通过SSR切断输出电压，等待6 s使线圈两端电压降为0 V，然后再触发SSR使之导通，此时设定额定电压直接输出到时间继电器线圈，并开始计时。
当操作人员在测试前选择电磁或电子式时，测试台根据触摸屏传来的参数自动切换辅助继电器J10的触点位置，以完成类型的自动识别。图2中J10触点向上构成电子式测量电路连接，J11为电子式继电器的负载继电器;J10触点向下构成电磁式测量电路连接。在选择电子式的同时还要选择被测继电器为共阴还是共阳，测试台中采用辅助继电器J12的自动切换来完成共阴和共阳的切换，触点向右构成共阴，向左构成共阳。
3 软件部分设计
继电器测试台的软件设计主要包括PLC控制软件和触摸屏组态软件两部分。由于欧姆龙CPM2A中增加了一个内置的RS232连接器，PLC配置的通讯模块就能方便地与外部设备进行通信，所以通过触摸屏与PLC之间的RS232传输就能实现实时通信功能，点击触摸屏向PLC发出各种控制信号，PLC接到触摸屏发出的指令信号后执行运算与控制任务。
3.1 PLC控制软件
PLC作为控制单元，是整个系统的控制。通过接收开关量和模拟量的输入，经处理后输出开关量和模拟量去控制继电器的动作。PLC控制软件主要由初始化模块、状态检测模块、控制模块、通信模块和故障处理模块组成，如图3所示。

初始化模块用于测试电流、电压、时间和日期的初始化，以及所测继电器类型的选择。状态检测模块用于各组成部分的状态检测和显示，并通知故障处理模块进行故障处理。通信模块用于接收触摸屏传来的参数信息，实现与PLC的通信。控制模块用于电流、电压调节和人工调节。
3.1.1状态检测
状态模块主要是继电器的状态转换。由于触点的物理特性。动触点在吸合接触静触点的瞬间往往会先吸合，再以微小的幅值弹开后再次吸合。针对这样的"抖动"，传统测试装置因灵敏度太差，而对测试结果不会造成影响;然而，该测试台因采用PLC检测触点接触，虽然仅仅是不到0.01s，但是PLC会因捕捉到这样的"抖动"而误认为触点吸合了两次或多次，以致测量无法正常进行。因此，在软件设计中采取了防抖功能，如图4所示。接点不动作时定时器002计时开始，20 ms后输出为"1"。当接点闭合或断开瞬间，辅助继电器20.09或20.10接通一个扫描周期，高速计数器002开始计时，计时到后辅助继电器20.12接通一个扫描周期，表示继电器状态已转换。

3.1.2输出控制
在测试中，当需要对线圈两端升（降）电压（电流）时，为防止电压（电流）上升过快而造成测量误差较大的问题，通过PLC发出0.2 s的定时脉冲。在PLC发出每个脉冲的同时对电压进行增减，步长为0.1 V。但是有时需要快速增加输出，操作人员可以选择手动输出方式，长按时间2 s以上触摸屏上输出增按钮。这种情况下，采用单位输出增量△a为变值来实现。图5所示快速输出增量图。可见，n-1次输出增量为an-1，n次输出增量为△an，控制输出增量△a使△an=an-1+1，使每相同时间△t内的输出增量递增，就可实现输出值a的快速增加。人工输出快速减少时其原理一样。

3.1.3故障处理
测试过程中有异常情况时，系统会根据检测的结果进行相应操作。例如，在测量继电器的吸合电压时，如继电器线圈断线。根据常识在这种情况下无论系统怎么增加电压，触点都不会吸合，继电器都不会动作。因此，当系统加压到一定值后继电器如果还未动作，系统即认为继电器损坏，结束测量，弹出错误。还有其他异常情况，诸如打印时未接打印机、调压模块故障等。
3.2触摸屏组态
触摸屏界面由支持软件设计、编译，然后从支持工具下载到触摸屏即可使用。触摸屏与PLC之间通过RS232通信电缆进行连接。由PLC对触摸屏状态控制区和通知区进行读写，以达到两者之间的信息交互。 触摸屏的组态是在EasyBuilder组态软件下完成。根据综合电器测试台的要求，设计了初始界面、测试主控界面、电压测试界面、电流测试界面、接地继电器测试界面、电磁式时间继电器测试界面、电子式时间继电器测试界面和手动输出界面共8个人机交互界面。
图6所示为测试主控界面。其过程为是先完成测试界面各个窗口、按钮的布局;其次为了使触摸屏和PLC能够正常通信，还要对测试界面的各个子窗口、按钮和输入区域进行相应的设置。设置完成后对其编译，编译通过后就可通过RS232通信电缆将组态信息下载至触摸屏中，这样触摸屏和PLC的通信就建立起来了。然后，运行组态软件，操作人员用手触控这些输入区域时，系统将弹出数字字母键盘，如图7信息输入键盘所示。在该界面可以输入设备名称、规格型号、产品编号、操作员代号、上车号、下车号等信息。根据需要测试的项目触控界面中相应的按钮进入相应的测试操作界面。

要搞清楚单片机与PLC的异同，得明确什幺是单片机，什幺是PLC。对此，我们简要回顾一下计算机的发展历程也许有帮助，按计算机的原始定义，计算机系统由五大部分--即控制单元（CU）、算术运算单元（ALU）、存储器（Memory）、输入设备（bbbbb）、输出设备（Output）组成。早期计算机（晶体管的或集成电路的，不包括电子管的）的CU或ALU由一块甚至多块电路板组成，CU和ALU是分离的，随着集成度的提高，CU和ALU合在一块就组成了处理单元（CPU）,接着将CPU集成到单块集成电路中就产生MPU或MCU,出现了如Inbbb4004、8008、8080，8085、8086、8088、Z80等MPU。此后，MPU的发展产生了两条分支，一支往、高速度、大容量方向发展，典型芯片如：Inbbb80186、286、386、486、586、P2、P3、P4等，速度从4.7MHz到现在的3.2GHz。另一支则往多功能方向发展，将存储器(ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH ROM、SRAM等)、输入/出接口（Timer/Counter、PWM、ADC/DAC、UART、IIC、SPI、RTC、PCA、FPGA等）全部集成在一块集成电路中而成为SOC（System On a Chip）。依愚之见，这就是当今广泛应用的单片计算机，简称单片机。这一分支可谓品种繁多，位宽从8位到32位，引脚数从6个到几百个，工作频率从几十KHz到几百MHz,体系结构既有CISC也有RISC,数不胜数。常用的有MCS-51系列、MCS-96系列、PIC系列、AVR系列、ARM7/9系列、TMS320系列、MSP430系列、MOTOROLA众多的单片机等等。

至此，我们可以将计算机处理器的发展划分为三个阶段：板级的CPU、芯片级的MPU和SOC。

PLC是什幺呢？PLC的全称是Programmable Logic Controller（可编过程控制器）,刚引入国内时，曾简称为PC。后来，IBM-PC获得广泛应用，PC成了个人电脑的代名词，才改为PLC。PLC还有另外的一个意思是Power Line Carrier(电力线载波)。
PLC是一种产品，但这种产品有点特别，在没有下载控制程序之前，它不具备任何控制功能，也就是说，没有应用程序的PLC是毫无用处的。PLC实际上是专为工业环境使用的通用控制平台，它进行二次开发才能完成终控制目的，因此，它还需程序编辑/调试软件的配合。

PLC是智能产品，它的控制器采用什幺方案呢？板级的CPU肯定是不能考虑的，MPU也要好几块集成电路构成，以Z80 MPU为例，需要Z80MPU、PIO、、SIO、EPROM、SRAM等，把这些集成电路安装在一块电路板上，这就是早期的单板计算机。这种方案体积太大，不适合现代要求。由此可见，PLC的控制器采用单片机是合适的。

由此可得出结论：

1．PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。 

2．单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。

3．不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。 字串5

后，从工程的角度，谈谈PLC与单片机系统的选用；

1．对单项工程或重复数少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可*性好，手尾少，但成本较高。

2．对于量大的配套项目，采用单片机系统具有、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可*地运行。的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到，效益也就。

PLC与单片机的区别

看到网友在讨论PLC与单片机的区别,我也来瞎说几句: PLC其实就是一套已经做好的单片几(单片机范围很广的喔)系统.

PLC的梯形图你可以理解成是与汇编等计算器语言一样是一种编程语言,只是使用范围不同!而且通常做法是由PLC软件把你的梯形图转换成C或汇编语言(由PLC所使用的CPU决定),然后利用汇编或C编译系统编译成机器码!PLC运行的只是几器码而已.梯形图只是让使用者加容易使用而已. 字串8
       同样MCS-51单片机当然也可以用于PLC制作,只是8位CPU在一些应用如: 大量运算(包括浮点运算),嵌入式系统(现在UCOS也能移植到MCS-51)等,有些力不从心而已.我公司在使用的一套工业系统就是使用MCS-51单片机做的,不过加上DSP而已,已经能满足我们要求(我们设备速度较慢,而且逻辑控制为主,但是点数不少喔,128点I/O呢!!),而且同样使用梯形图编程,我们在把我们的梯形图转化为C51再利用KEIL的C51进行编译.你没有注意到不用型号的PLC会选用不同的CPU吗!!

       当然也可以用单片机直接开发控制系统,但是对要求相当高(不是一般水平可以胜任的),开发周期长,成本高(对于一些大型一点的体统你需要做实验,印刷电路板就需要一笔相当的费用,你可以说你用器,用实验板来开发,但是我要告诉你,那样做你只是验了硬件与软件的可行性,并不代表可以用在工业控制系统,因为工业控制系统对抗干扰的要求非常高,稳定,而不是性能,所以你的电路板设计不断实验,改进).当你解决了上述问题,你就发现你已经做了一台PLC了,当然如果需要别人能容易使用你还需要一套使用软件,这样你可以不需要把你的电路告诉别人(你也不可能告诉别人). 

       以上一些拙见,有说错的地方请指正,可不要打我喔!也不要骂我喔!我只是想和大家讨论一下而已!!! 

许多人觉得PLC很神秘，其实PLC是很简单的，其内部的CPU除了速度快之外，其他功能还不如普通的单片机。通常PLC采用16位或32位的CPU，带1或2个的串行通道与外界通讯，内部有一个定时器即可，若要提高性再加一个看家狗定时器足够。

PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序，梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC的性能，通讯程序决定了PLC与外界交换信息的难易。对于简单的应用，通常以立控制器的方式运作，不需与外界交换信息，只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。实际上，设计PLC的主要工作就是开发解释梯形图语言的程序。

PLC加密的方式：

 通过编程软件将密码（明文）同程序文件一起写入PLC中。在用编程软件连接PLC时，提示输入密码，然后PLC返回实际密码，在编程软件内部实现密码的比较。此种加密方法在写入PLC中的密码没用经过任何加密计算。比较容易破解！                                                                                                              
 通过编程软件将密码同程序文件一起写入PLC中。写入PLC的密码（密文）在编程软件内部经过一定的加密计算（大都是简单的加密算法）。在用编程软件连接PLC时，提示输入密码，然后PLC返回密文密码，在编程软件内部实现密文的比较。此种加密方法，破解有一定的难度！需要跟踪分析编程程序，找出加密算法。 字串3
通过编程软件将密码明文同程序文件一起写入PLC中，由PLC对密码明文进行加密计算出密文存储在PLC内部。在用编程软件连接PLC时，提示输入密码，PLC不用返回密文，在PLC内部实现密文的比较。这种加密方式也不易实现，需要PLC硬件及PLC操作系统支持。此种加密方式难破解。
 
解密：

直接监视通讯口，找出明文密码。
监视通讯口、跟踪编程软件，找出密码明文与密文的关系（算法）。
目前没有十分有效的方法。
 
各种破解需要一定的技巧及经验、相关软件，真正的高手不屑于此。写此篇文章的目的不是要教大家如何破解，只是看不惯某些收费PLC密码的人，提醒PLC厂家提高密码的保密强度。

（一）数字量输入和输出映象区
1.输入映象寄存器（数字量输入映象区）（I）
数字量输入映象区是S7-200 CPU为输入端信号状态开辟的一个存储区。输入映像寄存器的标志符为I，在每个扫描周期的开始，CPU对输入点进行采样，并将采样值存于输入映象寄存器中。
输入映象寄存器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口。
可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。
（1）按“位”方式：从I0.0-I15.7，共有128点
（2）按“字节”方式：从IB0-IB15，共有16个字节
（3）按“字”方式：从IW0-IW14,共有8个字
（4）按“双字”方式：从ID0-ID12，共有4个双字
2.输出映象寄存器（Q）
数字量输出映象区是S7-200 CPU为输出端信号状态开辟的一个存储区。输出映像寄存器的标识符为Q（从Q0.0-Q15.7,共有128点），在每个扫描周期的末尾，CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。

可以按位、字节、字、双字四种方式来存取。
（1）按“位”方式：从Q0.0-Q15.7，共有128点
（2）按“字节”方式：从0-15，共有16个字节
（3）按“字”方式：从QW0-QW14,共有8个字
（4）按“双字”方式：从QD0-QD12，共有4个双字
（二）模拟量输入映象区和输出映象区
1.模拟量输入映象区（AI区）
模拟量输入映象区是S7-200 CPU为模拟量输入端信号开辟的一个存储区。S7-200将测得的模拟量（如温度、压力）转换成一个字长（2个字节）的数字量，模拟量输入映像寄存器用标识符（AI）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。
从AIW0-AIW30,共有16个字，总共允许有16路模拟量输入。
说明：模拟量输入值为只读数据。

2.模拟量输出映象区（AQ区）
模拟量输出映象区是S7-200 CPU为模拟量输出端信号开辟的一个存储区。S7-200将1个字长（2个字节，16位）的数字量按比例转换为电流或电压。模拟量输出映像寄存器用标识符（AQ）、数据长度（W）及字节的起始地址表示。
从AQW0-AQW30,共有16个字，总共允许有16路模拟量输出。

S7-300 PLC的存储区可以划分为四个区域：装载存储器(Load Memory)、工作存储器(Work Memory)、系统存储器（System Memory）和保持存储区（Non-Volatile memory）.
        1. 系统存储器：
        系统存储器用于存放输入输出过程映像区（PII,PIQ）、位存储器(M)、定时器(T)和计数器(C))、块堆栈和中断堆栈以及临时存储器(本地数据堆栈)。
        2. 工作存储器：
       工作存储器仅包含运行时使用的程序和数据。RAM 工作存储器集成在CPU中， RAM中的内容通过电源模块供电或后备电池保持。除了S7 417-4 CPU可以通过插入的存储卡来扩展工作存储器外，其他PLC的工作存储器都无法扩展。
        3. 装载存储器：
        装载存储器是用于存放不包含符号地址分配或注释(这些保留在编程设备的存储器中)的用户程序。装载存储器可以是存储器卡、内部集成的RAM或内部集成的EPROM.
        4. 保持存储器： 
         保持存储器是非易失性的RAM，通过组态可以在PLC掉电后即使没有安装后备电池的情况下，保存一部分位存储器（M）、定时器(T)、计数器（C）和数据块(DB)。在设置CPU参数时一定要要保持的区域。（注意：由于S7-400 PLC没有非易失性RAM，即使组态了保持区域，再掉电时若没有后备电池，也将丢失所有数据。这是S7-300 PLC 与S7-400 PLC 的重要区别）

  系统由西门子PLC和上位IPC组成，现场PLC互联构成工业控制网络，完成对各种仪表数据采集和设备控制。上位IPC运行STEP7和WinCC工业组态软件，通过Ethernet与PLC双向通信，实现对本套工艺流程的管理和监控。
    开始是一台机组投运，一切正常。但当2003年11月开始调试#2炉时，发现当送上#2炉电源后，出现一个负压值、两个料位、一个压力无数值。经反复实验，将电缆按单点接地、两点接地没有变化；将模拟量的负端全部接地后，又有另一个负压和3个电流无法显示；每将27个模拟量中的一个或多个负端接地时，均会有无法显示的组合。
    从现象分析应是干扰。干扰一般来自两个方面：盘内和盘外。盘外的干扰较复杂，避免的办法是：对模拟信号采用屏蔽双绞电缆(本工程所用电缆均为DJYVP 4*1.5的计算机电缆)，并两端接地；如电缆两端有电位差存在，为避免此电位差产生持续电流造成干扰，应采用单点接地。盘内的干扰一般为模块间的干扰。分析模块电路后发现，西门子的模块接线有3个地端：模拟地、数字地、电源地。不同的输入只要采取合理的接线，应可以解决。
    因接入信号有两线制和四线制，两线制由模块供电或串联24V直流，四线制由就地另供电源。对于两线制输入，因负载的不同会在同一模块的负端产生电位差，造成干扰；两线制串联24V直流的模块不会有问题，而四线制由就地另供电源，如滤波不好，可能将杂波引入使模块的负端，与数字地之间产生电位差造成干扰。  
    将两线制模块供电的负端连接等电位线，四线制的将数字地与模块负端加等电位线，接好后上电一次成功，全部模拟量都显示正常，问题得以解决。

一、问题提出
     可编程控制器技术主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统， 在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。
二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤
1 ．系统设计的主要内容
（ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；
（ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；
（ 3 ）选定 PLC 的型号；
（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图；
（ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；
（ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；
（ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件；
（ 8 ）编写设计说明书和使用说明书；
根据具体任务，上述内容可适当调整。
2 ． 系统设计的基本步骤
可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤。
（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。
（ 2 ）确定 I/O 设备
    根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
（ 3 ）选择合适的 PLC 类型
    根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。
（ 4 ）分配 I/O 点
    分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
（ 5 ）设计应用系统梯形图程序
    根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
（ 6 ）将程序输入 PLC
    当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。
（ 7 ）进行软件测试
    程序输入 PLC 后，应行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
（ 8 ）应用系统整体调试
    在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。
（ 9 ）编制技术文件
系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。
三、 PLC 硬件系统设计
1 ． PLC 型号的选择
    在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。
    在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。
    目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。
（ 1 ）对输入 / 输出点的选择
盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。
要先弄控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 ～ 20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。
    另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得过总输入点的 60 ％； PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。
    PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。
（ 2 ）对存储容量的选择
    对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点＋输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器 / 定时器按（ 3 ～ 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 ～ 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。
（ 3 ）对 I/O 响应时间的选择
    PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。
（ 4 ）根据输出负载的特点选型
    不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。
（ 5 ）对在线和离线编程的选择
    离线编程示指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的 CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。
（ 6 ）据是否联网通信选型
    若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC 、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。
（ 7 ）对 PLC 结构形式的选择
    在相同功能和相同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。
2 ．分配输入 / 输出点
    一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。
    分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。
    在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。
（ 1 ）确定 I/O 通道范围
    不同型号的 PLC ，其输入 / 输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。参阅有关操作手册。
（ 2 ）部辅助继电器
    内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器 / 计数器时作数据存储或数据处理用。
    从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。
    未分配模块的输入 / 输出继电器区以及未使用 1 ： 1 链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排 PLC 的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。
（ 3 ）分配定时器 / 计数器
PLC 的定时器 / 计数器数量分别见有关操作手册。
7.3 PLC 软件系统设计方法及步骤
7.3.1 PLC 软件系统设计的方法
    在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制 PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。
1. 图解法编程
     图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
(1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是方便的一种编程方法。
(2) 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 应用程序。
(3) 时序流程图法：时序流程图法使画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成 PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。
(4) 步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。
2. 经验法编程
    经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。
3. 计算机辅助设计编程
    计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件。
7.3.2 PLC 软件系统设计的步骤
    在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。
1. 对系统任务分块
    分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。
2. 编制控制系统的逻辑关系图
    从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。
3. 绘制各种电路图
    绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。
4. 编制 PLC 程序并进行模拟调试
    在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，不要整个程序完成后一起算总帐。
5. 制作控制台与控制柜
    在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格满足要求。设备的安装注意、。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题妥善处理。
6. 现场调试
    现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。
7. 编写技术文件并现场试运行
    经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要整流技术文件，包括整理电路图、 PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束