PLC保障了机械等行业的系统安全

 机械安全是一项复杂的系统工程，需要考虑的因素很多，比如机械设备特点、工艺操作特点、安全设计理念等等。一般来说，安全控制系统应该包括安全输入设备（如急停按钮、安全门限位开关或联锁开关、安全光栅或光幕、双手控制按钮），安全控制电气元件（如安全继电器、安全PLC和安全总线）和安全输出控制（如主回路中的接触器、继电器或阀等）。其中，安全PLC是在应用中值得重点关注的产品。所谓安全PLC，就是专门为条件苛刻的任务或安全相关的应用而设计的PLC，在其失效时不会对人员安全或过程安全带来危险。在一台安全PLC根据要求达到了特定的可靠性/故障概率等级时，就意味着它具有广泛的自诊断能力，可以监测各个方面的硬件状态、程序执行状态和操作系统状态。此外，安全PLC还必须能够执行标准机构（例如TUV、FM等）认证的必须的故障安全动作，而这些故障安全动作都是根据特定的原则设计，并满足国际安全标准（如IEC61508和EN954-1等）中定义的要求。另外，安全PLC还可能包括警卫保护预警和权限管理的内容，用来保护安全PLC不受来自外界的干扰。

    从全球范围看，实践证明已经采用安全PLC的行业包括汽车、机床、机械、船舶等行业，以及过程工业中的石化、炼油、电厂、锅炉控制和燃烧控制、高压应用等。此外，它还可以在一些远程遥控、无人值守以及维护费用十分昂贵的应用场合（例如大型储罐区）一显身手。

图形、文字符号——电气控制系统图的基本知识

１．图形符号
图形符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。
电气控制系统图中的图形符号必须按国家标准绘制，
２．文字符号
文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。文字符号适用于电气技术领域中技术文件的编制，也可表示在电气设备、装置和元件上或其近旁以标明它们的名称、功能、状态和特征。
３．主电路各接点标记
三相交流电源引入线采用 L1 、 L2 、 L3 标记。
电源开关之后的三相交流电源主电路分别按 U 、 V 、 W 顺序标记。
分级三相交流电源主电路采用三相文字代号 U 、 V 、 W 的前边加上阿拉伯数字 1 、 2 、 3 等来标记，如 1U 、 1V 、 1W ； 2U 、 2V 、 2W 等。

   机电设备上经常会用到一些反射式光电传感器。

   反射式光电传感器也是集发射器与接收器于一体，但与漫射式光电传感器不同的是其前方装有一块反射板。当反射板与发射器之间没有物体遮挡时，接收器可以接收到光线，开关不动作，如图1（a）图所示。当被测物体遮挡住反射板时，接收器无法接收到发射器发出的光线，传感器产生输出，开关动作，如图1（b）图所示

PLC控制系统设计时应遵循的主要步骤和内容

 （1）工艺分析

深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。

（2）选择合适的PLC类型

在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：

1 功能的选择。 对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能（如中断、PID等）。

2 I/O点数的确定。 统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%～20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。

3 内存的估算。 用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。一般可按下式估算：存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8+模拟通道数×100+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。

（3）分配I/O点。 分配PLC的输入/输出点，编写输入/输出分配表或画出输入/输出端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

（4）程序设计。 对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出控制流程图或功能流程图，然后设计出梯形图，再根据梯形图编写语句表程序清单，对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。

（5）控制柜或操作台的设计和现场施工。 设计控制柜及操作台的电器布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气互锁图；根据图纸进行现场接线，并检查。

（6）应用系统整体调试。如果控制系统由几个部分组成，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，然后连接起来总调。

（7）编制技术文件。技术文件应包括：可编程控制器的外部接线图等电气图纸，电器布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和说明。

西门子PLC填表指令应用举例

填表指令应用举例。将VW100中的数据1111，填入首地址是VW200的数据表中（图1）。程序及运行结果如图2所示。

图1

LD     I0.0

ATT    VW100, VW200

图2

西门子S7-200系列PLC与PC通信程序流程图及

 在上述通信方式下，由于只用两根线进行数据传送，所以不能够利用硬件握手信号作为检测手段。因而在PC机与PLC通信中发生误码时，将不能通过硬件判断是否发生误码，或者当PC与 PLC工作速率不一样时，就会发生冲突。这些通信错误将导致PLC控制程序不能正常工作，所以必须使用软件进行握手，以保证通信的可靠性。

由于通信是在PC机以及PLC之间协调进行的，所以PC机以及PLC中的通信程序也必须相互协调，即当一方发送数据时另一方必须处于接收数据的状态。如图7-18、图7-19所示分别是PC、PLC的通信程序流程。

图7-18  PC机通信程序流程图

图7-19  S7-PLC通信程序流程图

通信程序的工作过程：PC每发送一个字节前首先发送握手信号，PLC收到握手信号后将其传送回PC，PC只有收到PLC传送回来的握手信号后才开始发送一个字节数据。PLC收到这个字节数据以后也将其回传给PC，PC将原数据与PLC传送回来的数据进行比较，若两者不同，则说明通信中发生了误码，PC机重新发送该字节数据；若两者相同，则说明PLC收到的数据是正确的，PC机发送下一个握手信号，PLC收到这个握手信号后将前一次收到的数据存入指定的存储区。这个工作过程重复一直持续到所有的数据传送完成。

    采用软件握手以后，不管PC与PLC的速度相差多远，发送方**也不会**于接收方。软件握手的缺点是大大降低了通信速度，因为传送每一个字节，在传送线上都要来回传送两次，并且还要传送握手信号。但是考虑到控制的可靠性以及控制的时间要求，牺牲一点速度是值得的，也是可行的。

PLC方的通信程序只是PLC整个控制程序中的一小部分，可将通信程序编制成PLC的中断程序，当PLC接收到PC发送的数据以后，在中断程序中对接收的数据进行处理。PC方的通信程序可以采用VB、VC等语言，也可直接采用西门子专用组态软件，如STEP7、WinCC。

可编程控制器梯形图设计规则

1．触点的安排 

梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。 

2．串、并联的处理 

在有几个串联回路相并联时，应将触点**多的那个串联回路放在梯形图**上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点**多的并联回路放在梯形图的**左面。 

3．线圈的安排 

不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。 

4．不准双线圈输出 

    如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有**后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。

5．重新编排电路

 如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。

 6．编程顺序

     对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从**左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。

1．控制要求 

XCXDXEXF用PLC-01的常开开关表示，当XCXDXEXF取值不是（0001，0010，0011，0100，0101）时，L1闪亮表示出错，按停止按扭无效。必须取XCXDXEXF为（0001，0010，0011，0100，0101）后，再按停止按扭，复位一下，再按起动按钮，则L2亮表示可以进邮件，同时M5亮，S1产生1s的脉冲闪亮。在这基础上当XCXDXEXF取值0001时，表示邮编**个数字为1，当按下S2表示检测到了，脉冲开始计数，经五个脉冲后M1亮2s，表示开头为1的邮编进北京的邮箱，同时M5,L2,S1灭2s。当XCXDXEXF取值0010时，表示邮编**个数字为2，当按下S2表示检测到了，脉冲开始计数，经十个脉冲后M2亮2s，表示开头为2的邮编进上海的邮箱，同时M5,L2,S1灭2s。当XCXDXEXF取值0011时，表示邮编**个数字为3，当按下S2表示检测到了，脉冲开始计数，经十五个脉冲后M3亮2s，表示开头为3的邮编进天津的邮箱，同时M5,L2,S1灭2s。当XCXDXEXF取值0100时，表示邮编**个数字为4，当按下S2表示检测到了，脉冲开始计数，经二十个脉冲后M4亮2s，表示开头为4的邮编进武汉的邮箱，同时M5,L2,S1灭2s。当XCXDXEXF取值0101时，表示邮编**个数字为5，当按下S2表示检测到了，脉冲开始计数，经二十五个脉冲后，M5,L2,S1灭2s，表示开头为5的邮编进广州的邮箱。当开头为1的邮编检测到了，但M1还没亮时，转变XCXDXEXF的值，发生错误L1闪亮，情况就跟开头说的一样了，以此类推当其他号码检测到了，但还没投进箱子时，转变号码就发生错误。当邮编投进邮箱后再按S2表示检测到邮件工作。

图1  邮件分拣控制示意图

西门子S7-200网络的通讯设置和元件选择

S7-200的端口是不隔离的，如果想使网络隔离，应考虑使用RS-485中继器或者EM277。

注意：

●具有不同电位的互联设备有可能导致不希望的电流流过连接电缆。

●这种不希望的电流可能导致通讯失败或者设备损坏。

●要确保用通讯电缆连接的所有设备有相同的参考电位，或者彼此隔离，来避免产生这种不希望的电流。

为网络确定通讯距离、通讯速率和电缆类型

网段的**长度取决于两个因素：隔离（用RS-485中继器）和波特率。但连接具有不同电位的设备是需要隔离。当接地点之间的距离很远时，有可能具有不同的地电位。即使距离较近，大型机械的负载电流也能导致地电位的不同。

表1 网络电缆的**长度

1 如果不是用隔离端和中继器，允许的**距离为50m。测量该距离时，从网段的**个节点开始。到网段的**后一个节点。

在网络中使用中继器

RS-485中继器为网段提供偏压电阻和终端电阻。目的是为了：

●增加网络的长度：在网络中使用一个中继器可以使网络的通讯距离扩展50m。如果使用两个中继器而且中间没有其他节点，网络的通讯距离按照所使用的波特率扩展一个网段的长度。在一个串联网络中，**多可以使用9个中继器。但网络的长度不能超过9600m.

●为网络增加设备：在9600的波特率下。50米距离之内，一个网段**多可以连接32个设备，使用一个中继器允许在网络上增加32个设备。

●在不同的网段之间电隔离：如果不同的网段具有不同的地电位，将他们隔离会提高网络的通讯质量。

一个中继器在网络中被算作网段的一个节点，但没有被指定站地址。

                      图1带有中继器的网络

选择网络电缆

S7-200 网络使用RS-485标准，是用双绞线电缆。在一个网段上可以连接32个设备。

表2 网络电缆的通用指标

自动生产线小车PLC控制梯形图程序设计

设计一小车控制程序，如图所示，要求起动后，小车由A处开始从左向右行驶，到每个位置后，均停车2s，然后自行启动；到达E位置后，小车直接返回A处，再重复上述动作，当每个停车位置均停车3次后，小车自动停于A处。试用步进指令和移位指令两种方法设计。

解：设对应A、B、C、D、E点的检测开关由00000、00001、00002、00003、00004点输入，00005为启动按钮；小车右行为10000，左行为10001。用移位指令和步进指令实现的梯形图分别见图1和图2。

图1

图2