西门子模块6AV2124-0UC02-0AX1详细说明

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一、简述 
多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

二、PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业，使用情况主要分为如下几类：

1．开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2．工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3．运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4．数据处理

PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5．通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

三、PLC的应用特点

1．性高，抗干扰能力强

高性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了的抗干扰技术，具有很高的性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将高的性。

存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它是可编程控制器具有基本的智能，能够完成可编程控制器设计者规定的各种工作。系统程序由可编程控制器生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使可编程控制器完成用户要求的特定功能。用户程序存储在存储器的容量以字节为单位。

可编程控制器使用以下物理存储器：
1、随机存取存储器（RAM）

用户可以用编程装置读出RAM的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此，RAM又叫读写存储器，它是易失性的存储器，它的电源中断后，存储的信息将会丢失。

RAM的工作速度高，价格，改写方便。在关断可编程控制器的外部电源后，可用锂电池保存在RAM中的用户程序和某些数据，锂电池可用2~5年，需要换锂电池时，由可编程控制器发出信号，通知用户。现在部分可编程控制器仍用RAM来储存用户程序。
2、只读存储器（ROM）
ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失性的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程控制器的系统程序。

3、可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）

它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点，但是将信息写入它需要的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序和需要长期保存的重要数据。

在传统的传动系统中，要保证多个执行机构的速度同步控制，常采用机械传动刚性联接装置来实现。但当各执行机构要求输入功率较大，或各执行机构之间的距离较远时，就只能考虑采用立控制的非刚性联接传动方法，即实行多电机同步驱动。但在同步驱动系统中，由于系统受诸多因素的影响，各部分将会产生不同程度的波动，转速偏离正常值，造成系统的不同步运行。这样轻则损坏设备，重则造成人身事故。故同步调速控制具有实际工程意义。 下面我们介绍一种较的同步控制方法，即利用ＰＬＣ和变频器实现两个装置间速度同步。

１ 问题的提出

龙门起重机的运行设备大都采用大功率交流电机驱动，运行设备中的电动机是通过联轴器、传动轴和减速器驱动车轮，使之沿轨道运行。龙门起重机中使整台起重机沿轨道运行的部分被称为大车运行机构。另外，使起重小车沿着铺设在主梁上的轨道运行的部分被称为小车运行机构。若小车起重吨位较大时，用两台四轮小车驱动，可采用两台放在轨道两侧，成对角线布置的电动机驱动（如图１所示）。但由于两传动系统未采用刚性联接，当系统起动或传动系统间隙不均、制动器松紧调节有差异时，就会造成两主动轮转速不能同步，而使车体扭转，造成“爬轨”现象，严重影响了起重机的使用，甚至可能造成脱轨的危险。

２ 实现方法

为了实现两台牵引电机的速度同步，可以采用两台ＹＺＲ１６０Ｍ１－６／７．５ｋＷ的变频电机进行牵引，然后分别采用变频器进行调速控制，再用ＰＬＣ对两台变频器直接控制。

在闭环控制中，以牵引电机１的速度为目标速度，由牵引电机２的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机１的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接。于是编码器１和编码器２分别采集到上述两电机的速度脉冲信号，并送到ＰＬＣ的高速计数口或接在ＣＰＵ的ＩＲ０００００～ＩＲ００００３。以这两个速度信号数据作为输入控制量，进行比例——积分（ＰＩ）控制运算，运算作为输出信号送达ＰＬＣ的模拟量模块，以控制牵引电机２的变频器。因此，就可以保牵引电机２的速度跟踪牵引电机１速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步而避免“爬轨”现象发生。

取自编码器采集的脉冲信号，转换成电机速度数据，经过上、下处理以后，存储于某个ＤＭ区中，以作为运算中的Ｙ值。计算后的Ｐ值，送到模拟量输出通道，经过上下限标定后，换算成变频器能接受的电流或电压信号，用以控制牵引电机２的变频器。

另外，工作现场还存在数台大功率的大车驱动电机。因此，为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰，我们在设计ＰＩ控制算法时，考虑利用积分环节Ｉ来累积误差。这样，牵引电机１和牵引电机２就能很好地进行同步控制并且同步精度较高，从而确保运行机构的稳定性。

1.引言
可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可*性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣，干扰源众多，如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰，电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等通过电磁耦合产生的工频干扰等，都会影响PLC的正常工作。 
尽管PLC是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可*，还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件， 并采取必要的抗干扰措施。 
2 PLC在安装和维护时应注意的问题 
2.1 PLC的安装
PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所： 
（1）环境温度过0 ~ 50℃的范围； 
（2）相对湿度过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）； 
（3）太阳光直接照射； 
（4）有腐蚀和易燃的气体，例如、等； 
（5）有打量铁屑及灰尘； 
（6）频繁或连续的振动，振动频率为10 ~ 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）； 
（7）过10g（重力加速度）的冲击。 
小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可*，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境过55C，要安装电风扇，强迫通风。 
为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。 
当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。 
2.2 电源接线
PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。 
FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。 
如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断过10ms或电源下降过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。

PLC的控制方式属于存储程序控制，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作必要修改，只需改变控制程序即可，这就实现了控制的软件化。可编程控制器的优点在于“可”字，从软件来讲，其控制程序可编辑、可修改；从硬件上讲，其外部设备配置可变。构建一个PLC控制系统的就在于控制程序的编制，但外部设备的选用也将对程序的编制产生影响。因此在进行程序设计时应结合实际需要，硬、软件综合考虑。本文就硬、软两方面，选取梯形图为编程语言，以松下电工FPO-C32型PLC为例，对PLC使用过程中易出现的几个问题及解决方法进行了分析。 

一、外部输入设备的选用与PLC输入继电器的使用 

（一）外部输入信号的采集 

PLC的外部设备主要是指控制系统中的输入输出设备，其中输人设备是对系统发出各种控制信号的主令电器，在编写控制程序时注意外部输入设备使用的是常开还是常闭触点，并以此为基础进行程序编制。否则易出现控制错误。 

在PLC内部存储器中有于输入状态存储的输入继电器区，各输入设备（开关、按钮、行程开关或传感器信号）的状态经由输入接口电路存储在该区域内，每个输入继电器可存储一个输入设备状态。PLC中使用的“继电器”并非实体继电器，而是“软继电器”，可提供无数个常开、常闭触点用于编程。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位（bit），该位状态为“1”，表示该“软继电器线圈”通电，则程序中所有该继电器的触点都动作。输入继电器作为PLC接收外部主令信号的器件，通过接线与外部输入设备相联系，其“线圈”状态只能由外部输入信号驱动。

PLC 的基本概念 
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员是为工业控制应用而设计制造的，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable LogicController) ，简称PLC 。它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展这种装置的功能已经大大过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC 。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 
PLC 的由来
在60 年代汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，随着生产的发展汽车型号新的周期愈来愈短，这样继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时费工费料，甚至阻碍了新周期的缩短，为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969 年公开招标要求用新的控制装置取代继电器控装置，并提出了十项招标指标，即：
1. 编程方便现场可修改程序
2. 维修方便采用模块化结构
3. 性继电器控制装置
4. 体积小于继电器控制装置
5. 数据可直接送入管理计算机
6. 成本可与继电器控制装置竞争
7. 输入可以是交流115V
8. 输出为交流115V 2A 以上能直接驱动电磁阀接触器等
9. 在扩展时原系统只要很小变
10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K
1969 年美国数字设备公司(DEC) 研制出台PLC ，在美国通用汽车自动装配线上试用获得了成功这种新型的工业控制装置，以其简单易懂操作方便、性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971 年已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视，1971 日本从美国引进了这项新技术很快研制出了日本台PLC ；1973 年西欧国家也研制出它们的台PLC ；我国从1974 年开始研制，于1977 年开始工业应用。

PLC 的定义
问世以来尽管时间不长，但发展，为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA
(National Electrical Manufactory Association)经过四年的调查工作，于1984年将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC 作了如下定义：
PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令用来执行诸如逻辑顺序、计时、计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序一部数字电子计算机；若是从事执行PC 之功能着亦被视为PC ，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。以后电工(IEC)又先后颁布了PLC 标准的草案稿、二稿，并在1987 年2 月通过了对它的定义：

介绍PLC双线圈输出的规则，一般情况下不允许出现双线圈输出，在三种特定的条件下允许双线圈输出。合理使用双线圈输出可以解决程序设计中的一些问题，还可以减少执行程序的时间。 
1、问：什么是双线圈输出？ 
答：在用户程序中，同一编程元件的线圈使用了两次或多次，称为双线圈输出。 
2、问：一般情况下为什么不允许双线圈输出？ 
答：图1a中有输出继电器Y0的两个线圈，在同一扫描周期，两个线圈的逻辑运算结果可能刚好相反，即Y0的线圈一个“通电”，一个“断电”。因为在程序执行完后才将Y0 的 ON/OFF 状态送到输出模块，对于Y0控制的外部负载来说，真正起作用的是后一个 Y0 的线圈的状态。 
由 P L C 的工作原理可知，PLC程序执行的结果（即运算得到的线圈的通断状态），马上就可以被后面的逻辑运算使用。Y0的线圈的通断状态除了对外部负载起作用外，通过它的触点，还可能对程序中别的元件的状态产生影响。图1a中Y0两个线圈所在的电路将 
梯形图划分为3个区域。因为PLC是循环执行程序的，A区和C区中Y0 的状态相同。如果两个线圈的通断状态相反，不同区域中Y0的触点的状态也是相反的，可能使程序运行异常。作者曾遇到因双线圈引起的输出继电器快速振荡的异常现象。所以一般应避免出现双线圈输出现象，例如可以将图1a改为图1b。有时同件的线圈分别在不同的程序段中（如自动程序和手动程序），不能用这种合并控制电路的方法来处理双线圈问题。 
3、问：为什么在某些情况下允许双线圈输出？ 
答：虽然同件的线圈在程序中出现两次或多次，只要能保证在同一扫描周期内只执行其中一个线圈对应的逻辑运算，这样的双线圈输出是允许的。 
4、问： 那几种情况允许双线圈输出？ 
答：下列三种情况允许双线圈输出： 
（1）在跳步条件相反的两个程序段（如自动程序和手动程序）中，允许出现双线圈现象，即同件的线圈可以在两个程序段中分别出现一次。图2中的X10是自动/手动切换开关，当它为ON 时将跳过自动程序，执行手动程序；为OFF时将跳过手动程序，执行自动程序。实际上CPU 只执行正在处理的程序段中双线圈元件的线圈输出指令。 
（2）在调用条件相反的两个子程序中，允许出现双线圈现象，即同件的线圈可以在两个子程序中分别出现一次。图3中X20为ON时调用在指针P0 处开始的子程序，X20 为 OFF 时调用在指针 P1 处开始的子程序。图中的 SRET 为子程序返回指令，FEND 为主程序结束指令。

本文先阐述了顺序控制系统的特点及设计思路，接着再介绍四种由PLC控制的顺序控制系统的设计方法。 
引言 
在生产机械的自动控制领域，PLC顺序控制系统的应用量大面广。然而，工艺不同的生产机械要求设计不同的控制系统梯形图。目前，不少电气设计人员仍然采用经验设计法来设计PLC顺序控制系统，不仅设计效率低，容易出差错，而且设计阶段难以发现错误，需要多次调试、修改才符合设计要。本文提出的4种简易设计方法，能快速地一次设计成功PLC顺序控制系统。 
顺序控制系统的特点及设计思路 
1．特点顺序控制系统是指按照预定的受控执行机构动作顺序及相应的转步条件，一步一步进行的自动控制系统。其受控设备通常是动作顺序不变或相对固定的生产机械。这种控制系统的转步主令信号大多数是行程开关（包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关），有时也采用压力继电器、时间继电器之类的信号转换元件作为某些步的转步主令信号。 
为了使顺序控制系统工作，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电以步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。 
2．设计思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。 
由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S×，复位指令为R×；移位指指令为SR×。其中的“×”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。 

设计可编程控制器时，性是重要的，即即使在外部的电源发生异常时，可编程控制器出现故障时，整个系统也能在状态下工作，请务必在可编程控制器外部，设置电路，误操作，误输出是产生事故的原因。

1.务必在可编程控制器外部，设置如下几种电路， 
紧急停止电路，保护电路，正转逆转等相反操作的连锁电路，定位的上限/下线等防止损坏的连锁电路。

2.可编程控制器CPU有监视定时器等自检功能
可编程控制器CPU以监视定时器等自检功能，出异常时，输出全部关闭，担当可编程控制器的CPU不出输入输出控制部分的异常时就不能控制输出，这时，为使机器在状态下运行，请设计外电路及机构

3.设计确保传感器的后备电源产生过负荷时的：
传感器的后备电源产生过负荷时，电压自动下降，除可编程控制器输入不工作之外，全部输出都关闭，这时，请设计外电路和机构，以使其在状况下工作。｜

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