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PLC自20世纪70年代后期进入中国后，已然经过了三十多年的长足发展。不知正在阅读文章的各位，是否还记得您参与设计的款PLC电路？现如今，PLC及DCS仍然在工控领域发挥着重大作用，并且正在朝着模块小、速度快、通道密度高的方向发展。 

以PLC机架插槽的典型I/O卡为例，目前常见的8通道模块尺寸一般为90mm×70mm×23.5mm，但在市场需求驱动下，名片大小的产品已经问世。通道密度或数量的增加不仅能提升模块功能，而且可以增加产品价格竞争力，自然大受欢迎。但是，如何降低模块尺寸？如何在满足上述需求的同时解决由此产生的自热问题？如何进行低功耗设计？这些，也都是PLC系统设计时面对的实际问题。 

ADI过程控制系列之《工业现场环路供电仪器仪表的四大关键设计环节》一文，已就现场仪器仪表/变送器的设计需求和挑战进行了深入分析，作为该篇文章的姊妹篇，本文将着重关注PLC/DCS系统中的模拟输入输出部分的发展趋势。这里会将输入和输出模块区分开来，就其不同的系统要求进行分别探讨，并着重介绍ADI能够支持这些要求的新优势产品和解决方案。 

多通道全集成模拟输出解决方案 

模拟输出讲究的是集成、能效和性能。，模块尺寸要小。目前，设计人员早已通过在产品设计中选用0402封装电阻电容以及LFCSP封装IC，达到减少电路板尺寸的目的。与此同时，每个模块的功耗也由曾经的5W-10W，发展到了如今的3W-5W，未来势必降至低。在这方面，一些设计人员通过牺牲设计规格来满足功耗预算，此法虽然能达到降低功耗的目的，但势必也会导致产品竞争力下降，因此并不。 

其次，通道密度要增加，由原来的4通道、8通道增加至现在的12甚至16通道。众所周知，空间不变而通道密度增加，会**提升模块的环境温度，在某些情况下，高达100摄氏度的系统环境温度并不，而这本身却会对IC结温造成挑战。而且，通道密度的增加还意味着元件数量以及功耗的增加，这也从另一方面要求设计人员在选择元件时，要尺寸小、静态电流低而且。 

三，速度，即建立时间要提高，从而实现工厂自动化。目前，模拟输出通道建立的时间已经降低至20μs，但依然在向率发展。 

四，工艺要求也要提高，系统要引入完整性等级(SIL)来提高诊断性以及稳定性。 

ADI多年来深耕工业控制领域，其提供的模拟输出解决方案从初的“四通道DAC+外部增益放大器”式全分立方案，发展到“四通道DAC＋四个外部驱动器”式半集成方案，再到后来的单通道全集成式解决方案，以及新的多通道全集成式解决方案，其中涉及AD566x、AD5750、AD5422等多款工程师耳熟能详的芯片产品。

图1所示为ADI工业输出产品的发展历程。以现在的眼光来看，早期的分立设计方案毫无疑问存在很多缺陷：器件数量过多造成系统复杂、电路板尺寸过大以及成本过高；多个器件导致误差度随着不同性系数变化，从而造成总误差难以计算；无法提供短路监测/保护或任何故障诊断；不包括许多工业控制模块中所的电压输出等。 

正因如此，集成式解决方案毫无疑问胜一筹。例如AD5422/AD5412单通道16位/12位4mA～20mA和电压输出DAC，就是一款易于部署的解决方案，其紧凑型的封装中集成多种功能，提供集成的可编程电流源和可编程电压输出，Iout范围为0/4mA～20 mA以及0 mA～24 mA；Vout范围为0 V～5 V、0 V～10 V、±5 V、±10 V和10%量程，可以有效简化工厂过程控制和工业系统设计。 

AD5755则是一款四通道16位4 mA～20 mA和电压输出DAC，除了将AD5422的单通道增加到四通道外，该产品还增加了动态功率控制功能，这也是业内具备动态功率控制功能的数据转换器。新功能不但有利于节能，而且还可以增强过程控制I/O系统的工作稳定性。

 
图2：(左)系统输出的常见架构图 ，(右)带动态功率控制的系统输出

图2(左)为系统输出常见的架构。设通道配置为4mA～20mA通信，DAC需要驱动一个执行器负载，所以执行器的端接电阻决定环路所需的大电源电压。如今的系统能够驱动达(有时甚至过)1 kΩ的负载，这是很常见的要求。对于这一负载阻抗和20 mA 的满量程电流，电源需要提供至少20V电压。如果考虑到DAC的电源裕量，电源可能升至24V。再考虑到输出级的功率调节，输出级电压较好的估计值为28V。 

短路有可能是真实存在的条件，这主要是由于ADC模块可通过低至20欧的电阻值端接，以便检测。因此这样一来，8通道模块仅模拟部分的功耗就可能4W，再加上DC-DC级的功耗，如果以80%的效率来计算的话，仅模拟部分的功耗就将大于6W。这种情况下，自热效应和功耗预算的提高开始成为问题。模块内的温度升高可能导致系统误差增大，各个器件的漂移特性需要纳入系统整体的误差预算中加以考虑。 

一种有助于解决此问题的方法是从5V电源入手，在内部使用开关电源，根据输出负载情况智能且自动地对MOS管上端的电压进行调节，这就是ADI专有的动态功率控制解决方案。该方案可以输出负载，然后在负载变化或编程电流变化时，根据需要动态地升高输出顺从电压，如图2(右)所示，只需在片内集成DC-DC升压转换器即可。 

采用5V标称电源运行DC-DC转换器时，输出端的调节电压约为7V，而电源电压可过30V，具体取决于需求。注意，这种情况下，需要再次考虑零负载条件，这是电流输出的一种有效条件。图2(右)的实际结果表明，在部署动态功率控制时，每加入一个DC-DC可让每个通道的立功耗降至。在8个通道发生短路的情况，DC-DC将输出调节为7.5 V，从而限制了片内功耗和模块功耗。设DC-DC隔离级效率仍为80%，使用动态功率控制的8通道模块总功耗则降至3W。 

图3很清楚地表明了DC-DC控制启用前和启用后片内温度的对比。其中粉色为不启用DC-DC控制的情形，温升过200度；蓝色为启用后的情形，温升只有五六十度。事实证明，通过使用动态功率控制功能，设计人员不仅可以确保器件自我保护，而且可以将模块内的功耗降至较低水平。

 
图3：其中DC-DC调节功能后，片内芯片温度大幅降低

那么，加入片内DC-DC将会产生多少纹波？特别是考虑到后置调节阶段不使用LDO时，这样做对系统性能有何影响？事实上，AD5755电路设计时用到了DC-DC抑制元件，出于完整性考虑，还添加了可选低通RC滤波器，充当一阶抗混叠滤波器。实验证明，纹波幅度与建立时间和输出电容之间存在权衡关系。因此，系统设计人员在使用该产品时，确定系统可以容许的纹波大小情况。 

模拟输入的关键：佳稳定性和高速ADC 

与模拟输出相比，模拟输入发展为强调系统的稳定性以及高速、的ADC内核，其中稳定性包括过压保护和佳的50 Hz/60 Hz抑制等。 

在PLC/DCS模拟输入端，我们通常需要调理和转换两类电压，一类是输入范围包含±10V 的双性电压，一类是0-10V的单性电压。在将这些信号送入ADC进行转换前，我们需要至少在信号输入和ADC输入间放置一个运算放大器作为缓冲器。考虑到系统所追求的电压稳定性和性指标，ADI具有过压保护功能的微功耗RRIO(轨到轨输入/输出)运算放大器ADA4096-x非常适合此类应用。 

ADA4096-x的特点可以浓缩为几个关键词：32V、RRIO、精密、μPower以及过压保护(OVP)。其内部输入过压保护，多可以出供电轨±32V，放大器都不会损坏。此特性对存在电源时序控制问题的应用特别重要，该问题可导致信号源在放大器上电之前加入。 

放大器过压保护有不同的方案，其中为简单的就是内置静态放电(ESD)保护，很多基本的二管保护电路都采用此方法，但是强壮型较差。此外，差分二管以及外部二管保护，由于成本较低也被广泛使用，但存在本身的漏电流和寄生电容对放大器产生影响等问题。

表1：各种内部和外部OVP解决方案对比 

从表1中ADI OVP解决方案的电路图中可以看出，ADA4092-x有两个不同的ESD电路，用于增强其过压保护功能。其中一个电路是一个5kΩ的串联电阻，连接至内部输入端和从内部输入端到供电轨的二管(D1和D2；D5和D6)。另一个保护电路为连接至供电轨的两个DIAC(D3和D4；D7和D8)，DIAC可以看作是带传递特性的双向齐纳二管。对于差条件设计分析，可考虑两种情况：从内部运算放大器输入端到供电轨，ADA4092-x采用正常的ESD结构；从外部输入端到供电轨，则采用42 V DIAC。 

除上述集成式OVP解决方案外，ADA4096-x还具有轨到轨输入/输出摆幅的特性。此外，该产品功耗很低，每个运算放大器的典型值只有60μA，只要**在其电压工作范围3V至30V之间，这也使得它非常适合于电池供电或监控电池供电情况。其单位增益带宽为800kHz(Vsy = ±15V时的典型值)，会随着电压下降而有所降低。低失调电压的典型值也只有35μV。与同类产品相比，ADA4096-x具有竞争产品的2倍带宽、1/2 Vos、1/3TcVos及1/2Vn。该器件提供业内水平的过压保护，可以在要求严苛的工业与仪器仪表应用中稳定工作。

 
图4：连接到SDP板的bbbb-CN0241-SDPZ评估板

图4为ADI公司针对ADA4096-x输入过压保护的电流检测实验。 

具有灵活滤波器选项的24位Σ-Δ型ADC 

在工业应用中，当测量来自热电偶、应变计以及桥式压力传感器的低电平信号时，通常需要差分输入信号，以抑制来自电机、交流电力线，或其他的噪声源(这些噪声源将噪声引入模数转换器的模拟输入端)的共模干扰信号。 

对于输入模块而言，Σ-Δ型ADC是的选择，因为它们能提供及分辨率。此外，其内置的可编程增益放大器(PFG)可以测量小的输入信号。AD7176-2是ADI今年新发布的24位Σ-Δ型ADC，在其内部滤波器设计方面，采用了新的方法和思路。

 
图5：AD7176数字滤波器功能框图

如图5所示，AD7176-2有三个灵活的滤波器选项，支持对噪声、建立时间和抑制性能进行优化。新的Sinc5+Sinc1滤波器部分，主要用于快速切换多路复用应用，可实现建立时间快的通道切换，使通道扫描速率达到大。Sinc5模块输出固定在250kSPS的大速率，Sinc1模块的输出数据速率可变，从而控制终ADC输出数据速率。 

Sinc3滤波器在较低速率时可实现单通道噪声性能，因此适合单通道应用，可以使单通道、低速应用的分辨率达到。 

增强型50 Hz和60 Hz抑制滤波器，旨在提供50 Hz和60 Hz同时抑制，并且允许以牺牲通道开关速率的代价换取抑制性能。这些滤波器是市面上快的50 Hz/60 Hz抑制产品，可以27.27SPS的速率工作，或者可以抑制90 dB的50 Hz ± 1 Hz和60 Hz ± 1 Hz干扰。这些滤波器是通过对Sinc5 + Sinc1滤波器输出进行后滤波实现的。因此，使用增强型滤波器时，选择Sinc5 + Sinc1滤波器。 

AD7176-2的可编程功能通过SPI串行接口执行，具有校验和模式，可用来提高接口的鲁棒性。CRC校验和在读写操作下都可工作，除了能够有效防止SPI通信错误外，还可以在内部对ADC配置进行校验，从而增强其稳定性。 

这里值得一提的是：AD7176-2集成交叉点多路复用器，可以通过选择不同输入引脚来配置伪差分或全差分输入对，从而将任何模拟输入组合作为要转换的输入信号，并将其路由至调制器正或负输入。这样一来，AD7176-2就可以实现通道间的差分，从而大大提高其灵活性，这也是AD717x系列较早前的AD719x和AD779x产品的一个地方。 

除此之外，AD7176-2还包括很多其他的优势：可以灵活设置输出速率，速率可高达250KSPS；在速率下，拥有17.2位的无噪声分辨率；大通道扫描数据速率为50kSPS，建立时间为20μs，而且在此扫描速率下，仍可以得到17位无噪声分辨率；INL仅为全量程的2.5ppm；内部集成2.5V基准和振荡器，减少了外部元件数；系统失调和增益误差，可针对各个通道进行校正，这种各通道可配置能力，适用于每一通道所用的滤波器类型和输出数据速率。 

ADI采用AD7176-2设计了一款实验室电路——CN0310，用于工业级信号的24位、250kSPSΣ-Δ ADC系统，为工业级信号提供了快速、的转换，具体的设计资源，可以在ADI的官网上(详情参考：//www./cn0310)。AD7176-2同时还提供了评估板套件，用户只需通过PC上的评估板软件，即可直接控制AD7176-2，评估板需要与SDP系统验证平台联合使用。

 
图6：CN0310——用于工业信号电平的精密24位、250 kSPS,单电源∑-△型ADC系统

除上述介绍的产品和解决方案外，ADI针对PLC/DCS应用新推出了一些产品参考设计，其中包括适用于电压、电流、温度(热电偶+RTD)输入的隔离式单通道通用模拟输入模块CN0325，以及支持HART且适合通道间隔离系统的单通道模拟输出演示板CN0321。两款演示板均以面世，用户可通过www./DC13-hardware查询具体价格信息。(end)

前言  西门子S7—200 PLC是小型化的PLC,它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7—200 PIE的强大功能使其无论单机运行或连成网络都能实现复杂的控制功能。  1 工作原理  机械手在原点位检测到工件时按启动按钮．下降电磁阀通电．机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关。下降电磁阀断电，下降停止：同时接通夹紧电磁阀。机械手夹紧。夹紧后。上升电磁阀通电。机械手上升。上升到时，碰到上限位开关。上升电磁阀断电。上升停止；同时接通右移电磁阀．机械手右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件。则光电开关接通。下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关，下降电磁阀通电。下降停止．同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到时．碰到左限位开关，左移电磁阀断电。左移停止．此时机械手经过8步动作完成一个周期的动作。  2 输入、输出端子的分配  本文的机械手控制系统所采用的可编程控制器是德国西门子公司生产的S7-200CPU214该机械手控制系统。一共使用了14个输入量。6个输出量。端子分配如表1所示。  3 自动操作程序设计  机械手自动操作流程如图1所示。下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关，下降电磁阀通电。下降停止．同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到时．碰到左限位开关，左移电磁阀断电。左移停止．此时机械手经过8步动作完成一个周期的动作。  2 输入、输出端子的分配  本文的机械手控制系统所采用的可编程控制器是德国西门子公司生产的s7-200CPU214该机械手控制系统。一共使用了14个输入量

传统的饮料灌装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器—— 接触器控制方式，在使用过程中，生产效率低，人机对话靠指示灯+按钮+扬声器的工作方式，响应慢，故障率高，性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查故障点。且在生产过程中产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用可编程控制器(PLC)控制，它使得生产线运行加平稳，定位加，功能加完善，操作加方便。 

可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动化技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来，成为工业自动化领域中重要、应用多的控制设备。电工(IEC)1987年2月颁布的可编程序控制器三稿中定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入／输出(I／O)，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其外围设备都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计”。简单说，可编程序控制器是一个专门用于工业控制的通用计算机。 

PLC顾及了工业现场的环境，具有性高、抗干扰能力强；功能完善、组合灵活；编程方便；安装、维修简单等特点。因此，在生产流水线，机床设计改造等复杂系统中，PLC代替继电接触控制已成为必然。 

在饮料灌装机设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高。我们可以通过这些国家的饮料灌装机的发展趋势来确定我们国家于他们之间的差距，应该向哪方面发展才能缩小之间的差距，是我国的饮料灌装机尽快跻身世界行列。本文在研究了PLC的特点、基本结构和控制方法的基础上，将PLC技术引入了饮料灌装生产线，设计了基于PLC的饮料灌装设备，并在杭州娃哈哈公司得到了初步应用。 

1 PLC的基本结构 

PLC本质上是一台用于控制的计算机，因此，它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC的主要特点是与控制对象有强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕适于过程控制的要求来进行设计。 

数控设备是技术密集型和知识密集型的机、电一体化产品，其技术、结构复杂、价格昂贵，随着生产企业规模的不断扩大及设备自动化程度的不断提高，数控车间里所用的数控设备种类和数量也在不断增加。要想好地利用数控机床，就对数控机床的结构功能及系统有充分的了解。数控机床的动作控制通常由两种方式来实现：一种是通过CNC系统(计算机)的数字信息来控制，即“数字控制”，如数控机床工作台的前、后、左、右移动，主轴箱的上、下移动和围绕某一直线轴的旋动位移量等。这些控制是用插补计算出的理论位置与实际反馈位置比较后得到的差值对伺服进给电机进行控制而实现的。这种控制的是**实现被加工零件的轮廓，即除点位加工外，各个轴的运动时刻都保持严格的比例关系；另一种是在数控机床运行过程中，以CNC系统内部和机床上各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号的状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序，对诸如主轴的开停、换向，的换，工件的夹紧、松开。液压、冷却、润滑系统的运行控制。这一类动作的控制主要是进行开关量信号的顺序控制，一般由PLC来完成。  1 PLC程序在数控机床上的应用  PLC为可编程控制器．在数控机床上所使用的PLC也称作PMC。它有以下优点：响应快。控制精度高，性好，控制程序可随应用场合的不同而改变，与计算机的接口及维修方便。通常，数控机床上所使用的PLC程序包括系统程序和用户程序。其中系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等，由PLC生产厂家提供，并固化在EPROM中，用户不能直接存取，也不需要用户干预。丽用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。常用的PLC程序设计语言主要有梯形囝、语句表、功能块图等。  由于数控机床很多执行机构的动作都是通过PLC的控制指令来实现的，可以利用PLC对数控机床进行故障的检测和维修，或者是通过修改、编写PLC程序为数控机床增添某个可执行动作或功能。  2 数控机床的控制设计  在使用数控机床的过程中作者发现：有些系统的机床在操作不当或因机床本身原因出现故障报警停机之后，需要报警并重新返回HOME点才能再次执行程序，可是有些系统的机床在报警后并不需要返回HOME点就可以直接再次运行程序。后者虽然节省了一点时间，可是却存在大的隐患。某企业有一台数控加工就出现过这样的情况：某次执行空运行时，产生了机床报警导致停机，操作工报警后未回HMOE点就再次运行空运转程序，使主轴与夹具发生碰撞，造成主轴精度及动平衡差，无法满足设备加工的工艺要求。分析其原因：当机床在运行过程中报警停机之后，机床夹具及主轴的位置状态已经发生了变化(不再是初始状态)，若是报警之后立即重新开始执行后续程序，就很容易导致机床主轴误动作造成主轴与夹具或工件发生碰撞。为了避免因碰撞造成的不必要的工废．进一步提高设备本身的防错能力，作者针对FUNUC系统加工设计了一个数控机床动作的控制程序，该程序的作用主要是**在执行加工程序或者空运行程序过程中发生了机床停机报警，在操作人员报警后，执行回参考点的程序，如果不执行回参考点程序使程序、设备的夹具、主轴、等恢复到初始位置，机床将无法执行加工程序或空运转程序，这样就有效避免了设备碰撞的可能性。  2.1 设计思路  为机床增加防错功能以实现机床动作的控制是通过修改数控机床的PMC程序及机床自动运行的条件，增加机床启动条件的限制，并在操作面板上增加循环启动准备好指示灯(STEN—L)、返修指示灯(RECUTL)及返修键按钮。具体方案是：  (1)设置的机床启动条件：①x，y、z轴回到二参考点，且A轴在90。状态(STA—ENI)；②主轴上的为初始(T6)或者为空(T14)(STA—EN2)；③A轴处于夹紧状态(STA—EN3)；④夹具处于松开状态(STA—EN4)。机床同时满足这4个条件才能够执行加工程序进行自动加工(STA—EN)。设计此限制条件的目的是使机床在发生报警后，先运行RETURN程序，待机床恢复至可以正常运行的状态后，才在AUTO或者MEM模式下运行机床，防止程序从中间状态启动，引起机床碰撞。  (2)如果未满足启动条件，循环启动准备好指示灯不亮时，按下[CYCLE START]按键，机床则产生“61．0 CYCLE START NOT REDAY，PLEASERETURN!”报警，提醒操作人员机床被禁止自动加工的原因及应该采取的措施。  (3)当有工件需要返修时，可能只需要执行某个特定的程序段，此时可以接下返修键，返修指示灯亮后，即可进行返修工件的加工。在返修加工或单段加工模式下，设备不受“循环启动准备好”条件的限制，可以循环启动。  2.2 梯形图设计  按照的设计思路，在数控机床PMC程序中增加P110子程序，生成R2.7(STS-A)；其中循环启动准备好指示灯信号输出点为Y5.1，返修键信号输入点为X4.6，返修指示灯信号输出点为Y4.6

可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产领域得到了广泛的使用，西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列，S7系列是传统意义的PLC产品，其中S7-400是用于中性能要求的大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-300／400可以组成MPI(多点接口)，PROFIBUS网络和工业以太网。  1 S7-400的基本结构与特点  1.1 基本结构  S7-400采用大模块结构，由机架、电源模块(PS)、处理单元(CPU)、数字量输入／输出(DI／DO)模块、模拟量输入／输出(AI／AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。DI／DO模块和AI／AO模块统称为信号模块(SM)。机架用来固定模块、提供模块工作电压，并通过信号总线将不同模块连接在一起。S7-400提供了多种级别的CPU模块和种类齐全的通用功能模块。$7-400采用模块化无风扇设计，性能范围宽广的不同模块可以灵活组合，扩展方便。  1.2 特点  S7-400的特点有：  a．运行速度高，存储器容量大；  b．I／O扩展功能强，可以扩展21个机架；  c．强的通信能力，容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的MPI能建立多32个站的简单网络，大多数CPU集成由PROFIBUS—DP主站接口，可以用来建立高速的分布式系统；  d．能通过钥匙开关盒口令实现保护；  e．诊断功能强，新的故障和中断时间保存  在FIFO(先入先出)缓冲区。  2 S7-400的配置和工作原理  2.1 S7-400的配置  S7-400按冗余方式设计，主要器件都是双重的，可以在发生故障时继续使用备用的元器件。S7-400由两个子系统组成，每个系统有一块有容错功能的CPU414-4H，一块PS407电源模块。子模块用于连接两个处理器，放置在处理器内部，并由光缆互连。每个处理器上有S7I／O模块，控制器也可以有扩展机架或ET200M分布式I／O。  功能总是冗余配置的，I／O模块可以是常规配置、切换型配置或冗余配置，具体说明如下：  a．常规单通道单路配置。两个子系统只有一个有一套I／O模块(单通道)，它可以在一个控制器中，或者是分布式的I／O站。I／O模块只能被该子系统访问，读出的I／O信息同时提供给两个控制器。如果出现故障，属于故障控制器的I／O模块退出运行。  b．单通道切换式配置。单通道切换式配置的I／O模块虽然是单通道设计，但是两个控制器都可以通过冗余的PROFIBUS-DP网络访问I／O模块。切换式I／O模块只能在ET-200M远程I／O站中。  c．双通道I／O模块容错冗余配置。系统中有两套相同的容错冗余配置的I／O模块，每一个子系统都可以访问这两套I／O模块。  2.2 S7-400H冗余控制PLC的工作原理  S7-400H采用“热备用”模式的自动冗余原理，在发生故障时无扰动的自动切换。无故障时子单元处于运行状态，如果发生故障，正常工作的子单元能立完成整个过程的控制。为了**无扰动切换，实现控制器链路中间的快速、的数据交换。两个控制器使用相同的用户程序，自动的接受相同的数据块，过程映像和相同的内部数据，例如定时器、计数器及存储器等。  这样可以确保两个控制器同步的新内容，在任意一个系统有故障时，另一个可以承担全部控制任务。  S7-400H采用“事件驱动同步“，在两个子单元的内部状态不同时，例如在直接I／O访问、中断、报警和修改实时时钟，就会进行同步操作。通过通信功能修改数据，由操作系统自动执行同步功能，不需要用户编程。  S7-400H对控制器之间的链接、CPU模块、处理器、ASIC和存储器进行自检。在启动后每个子单元完成执行所有的测试功能。每个周期只执行部分自检功能，以减轻CPU的负担。  3 S7-400H冗余故障分析及相应处理  3.1 丙烯循环气压缩机控制系统  聚丙烯装置丙烯循环气压缩机(PK301)的控制系统是一套典型的S7-400H PLC，其结构如图1所示。   图1 冗余控制系统 由于该PLC系统的一个稳压电源(220V AC.24V DC)故障，在PK301停车检修时对故障电源进行换。可在稳压电源换好之后，PLC系统再上电，发现后启动的CPUl状态为S**，且两CPU上的REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)红灯亮，控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断系统出项冗余故障造成外部故障。  将两个控制器的模式选择开关都扳到S**位置，然后将先前没有起来的CPUl模式选择开关扳到RUN位置，等RUN绿灯亮，S**黄灯灭后，再将CPU0模式选择开关扳到RUN位置，RUN绿灯闪烁后灭，S**黄灯一直亮，故障无法排除。系统下电前有一输入变量被强制，现在FRCE(强制)黄灯亮，将该输入点的强制取消(两CPU)，FRCE黄灯灭后，再次将状态为S**的CPU0模式选择开关从RUN_S**—RUN位置依次扳动，CPU0 RUN绿灯亮，S**黄灯灭。这时两CPU都为RUN绿灯亮，REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)灯都灭，故障排除。  故障排除后，又强制了一输出点，然后将热备CPU1模式选择开关从RUN—S**—RUN位置依次扳动，RUN绿灯闪烁后灭，S**黄灯一直亮，两CPU上的REDF(冗余故障)和EXTF(外部故障)红灯亮。将强制解除后重复以上动作，CPU1恢复运行状态，热备冗余正常。由此可知，如果S7-400H系统有输入／输出点被强制时，两个子控制系统控制器任意一个或同时状态为S**，或是系统掉电，均会出现冗余故障，先启动的控制系统会运行正常，而后面的一个则无法启动到运行模式，此时系统不冗余，只有将强制解除后方可排除该故障，系统恢复冗余。  3.2 挤压机控制系统  高压聚乙烯装置的挤压机控制系统同样是一套典型的$7-400H PLC。某El巡检时发现系统出现冗余故障，两CPU上的REDF和EXTF红灯亮，IF(模块2故障)红灯亮，热备CPUl状态为S**黄灯亮，CPUl中(子模块)bbbb OK灯灭，控制器上其它状态指示灯和故障指示灯正常。判断为模块2故障造成冗余故障，引起外部故障灯亮。  如图1所示，S7-400H的每个处理器都有两个子模块，用于连接处理器。将CPUl的和CPU0的对调，结果CPU0的bbbb OK灯灭；再将CPU0的和CPU0的FMl对调，4个bbbb OK指示灯的状态没有变化，判断出现在CPU0的FMl和是好的；之后将CPUl的FMl和对调，结果CPU0的FMlbbbb OK灯灭，至此判断出：现在CPU0的FMl卡是坏的。将其换后，控制器中故障指示灯灭，4个bbbb OK指示灯均为亮，系统恢复正常。  从以上操作过程及相应结果可知，如果模块故障，同一组中，bbbb OK灯亮的一个是坏的，相反bbbb OK灯灭的一个是好的。  3.3 S7-400H PLC与HMI的PC机通信  某聚丙烯装置挤压机的控制系统是一套S7-400H PLC，并有HMI(人机界面)座位操作站，其结构如图2所示。   图2 PLC系统结构示意图 运行过程中有一个操作站出现故障，经检查发现主机主板损坏。找来新PC机，将原两块西门子网卡装好后，再将原硬盘数据备份到新机中，启动Inbbtion ifix3．5，下位PLC数据没有传到PC机，PLC和PC机通信不通。打开Station Configure界面，看到CPl613和CPl613(1)两网卡，双击CPl613后打开西门子网卡编辑画面，双击properties，看到 address，修改此处地址为原地址。如果地址不能改，则可按照  以下步骤进行操作：  a．将OPC server状态改为停用；  b．删除两块CPl613网卡；  c．安装SIMATIC NET配置文件；  d．逐个增加两块CPl613网卡，并将网卡的地址改为原地址(80-00-06-01-00-10，80—00-06-014)0-11)；  e．运行OPC servero  4 结束语  通过对PLC系统维护工作中碰到的一些故障进行分析，提出了解决方案，并已经成功应用到石化行业的生产当中，为正在使用S7-400PLC企业的**提供宝贵的经验。(end)