可编程控制器的结构特点

1 ． 单元式
单元式的特点是结构紧凑。它将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体，这样体积小巧、成本低、安装方便。
FX2 系列可编程控制器由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器等四种产品构成。仅用基本单元或将上述各种产品组合起来使用均可。
基本单元（ M ）：内有 CPU 与存贮器，为必用装置。
扩展单元（ E ） : 要增加Ｉ／Ｏ点数时使用的装置。
可利用扩展模块，以 8 为单位增加输入／输出点数。也可只增加输入点数或只增加输出点数，因而使输入／输出的点数比率改变。
2 ．模块式
模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统，在一块基板上插上 CPU 、电源、Ｉ／Ｏ模块及特殊功能模块，构成一个总Ｉ／Ｏ点数很多的大规模综合控制系统。
这种结构形式的特点是 CPU 为独立的模块 , 输入、输出也是独立模块。
3 ．叠装式
它的结构也是各种单元、 CPU 自成独立的模块，但安装不用基板，仅用电缆进行单元间联接，且各单元可以一层层地叠装。
FX2 系列 PLC 是单元式和模块式相结合的叠装式结构。

PLC的运行对环境的要求注意事项

国产plc因而正在运用中应留意以下成绩：电源：PLC关于电源线带来的搅扰存正在一定的抵抗力。正常PLC都由直流24 V输入需要应输出端，当输出端运用外接电流源时，应选用直流稳压电源。 

 环境：防止有侵蚀和易爆的气体，相似化学的酸碱等。 国产plc关于环境中有较多粉尘或者侵蚀性气体的条件，可将PLC装置正在开启性较好的掌握室或者掌握柜中。相似电厂的干排渣、干除灰等，正在基建前期增多了开启蜗居。  

震动：应使PLC远离激烈的震动源，预防振动频次为10～55 Hz的屡次或者陆续振动。当运用条件没有可防止震动时，必需采取减震措施，如采纳减震胶。 

湿度：为了保障PLC的绝缘功能，环境的**于湿度应小于85％(无凝露)。 

温度：PLC请求条件温度正在0～55℃，装置时没有能放正在发烧能大的部件上面，四处透风散热的时间应剩余大。

PLC是国产plc一种用来轻工业消费主动化掌握的设施，正常没有需求采取什么措施，就能够间接正在轻工业条件中运用。但是，虽然有如上所述的牢靠性较高，抗搅扰威力较强，但当消费 条件过于顽劣，电磁搅扰尤其激烈，或者装置运用没有当，就能够形成顺序谬误或者演算谬误，从而发生误输出并惹起误输入，这将会形成设施的失控和误举措，国产plc从而没有能保障PLC的畸形运转。要进步PLC掌握零碎牢靠性，一范围请求PLC消费厂家进步设施的抗搅扰威力；另一范围，请求设想、装置和运用保护中惹起高低注重，多方合作能力完美处理成绩，无效地加强零碎的抗搅扰功能。

1）控制规模不断扩大，单台PLC可控制成千乃至上万个点，多台PLC进行同位链接可控制数万个点。

    2）指令系统功能增强，能进行逻辑运算、计时、计数、算术运算、PID运算、数制转换、ASCⅡ码处理。**PLC还能处理中断、调用子程序等。使得PLC能够实现逻辑控制、模拟量控制、数值控制和其他过程监控，以至在某些方面可以取代小型计算机控制。

    3）处理速度提高，每个点的平均处理时间从10μs左右提高到1μs以内。

    4）编程容量增大，从几K字节增大到几十K，甚至上百K字节。

    5）编程语言多样化，大多数使用梯形图语言和语句表语言，有的还可使用流程图语言或高级语言。

    6）增加通信与联网功能，多台PLC之间能互相通信，互相交换数据，PLC还可以与上位计算机通信，接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。通信接口多采用RS-422／RS-232C等标准接口，以实现多级集散控制。

    目前，为了适应不同的需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展。其一是低档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之广泛地取代继电器控制；其二是中、**PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模的复杂系统进行综合性的自动控制。

在数控机床上采用PLC代替继电器控制，使数控机床结构更紧凑，功能更丰富，响应速度和可靠性大大提高。在数控机床、加工中心等自动化程度高的加工设备和生产制造系统中，PLC是不可缺少的控制装置。

STEP7-Micro/WIN32编程软件硬件连接及软件的安装

1、硬件连接

    为了实现PLC与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过PC/PPI 电缆直接连接，另一种是通过带有MPI电缆的通信处理器连接。

    典型的单主机与PLC直接连接如图1所示，它不需要其他的硬件设备，方法是把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口（一般是COM1），把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485通信口即可。

    2、软件的安装

    （1）系统要求 
    STEP7-Micro/WIN32软件安装包是基于Windows的应用软件，4.0版本的软件安装与运行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系统。

    （2）软件安装

    STEP7-Micro/WIN32软件的安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导），按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以使用“浏览”按钮弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。

首次运行STEP7-Micro/WIN32软件时系统默认语言为英语，可根据需要修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，在主界面执行菜单Tools→Options→General选项，然后在对话框中选择Chinese即可将English改为中文。    

图1    典型的单主机与PLC直接连接

    所有紧急情况电路的配线和操作一般应独立于可编程控制器电路。不过，可编程控制器可以方便地对启/停进行控制。

    可编程控制器可以控制启/停时序。这意味着，附加的软件安全控制对硬件安全线路是一个补充。本例中，夹具系统和用户防护装置可直接被检测。如果它们在运行过程中发生差错或失效，则主轴会自动停止。

    当所有条件都满足时，“启动按钮”时输入。一收到输入信号，“锁定标志”可被激活，提供输入X011。这个“启动按妞”只提供一个瞬M100就起作用止按钮”来的输入，M100建立的“锁定”回路被切断，，使钻头处于连续工作状态。而一收到从“停从而使得钻头停止工作。

    本例中，钻头转速由PLSY输出间接控制，PLSY通过输出Y000驱动主轴电机。电机驱动信号的频率由数据寄存器D025确定。如果要直接改变数据必须注意要确保电机速率调整不是瞬时完成的一这种做法对机器和使用者是极其危险的。

PLC的维护与检修主要内容

   虽然PLC的故障率很低，由PLC构成的控制系统可以长期稳定和可靠的工作，单对它进行维护和检查是必不可少的。一般每半年应对PLC系统进行一次周期性检查。检修内容包括：
（1）供电电源。 查看PLC的供电电压是否在标准范围内。交流电源工作电压的范围为85～264V，直流电源电压应为24V。
（2）环境条件。 查看控制柜内的温度是否在0～55℃范围内，相对湿度在35%-85%范围内，以及无粉尘、铁屑等积尘。PLC之家 www.plc100.com
（3）安装条件。 连接电缆的连接器是否完全插入旋紧，螺钉是否松动，各单元是否可靠固定、有无松动。
（4）I/O端电压。 均应在工作要求的电压范围内。

PLC应用中减少输入点数的方法

 在实际应用中，经常会遇到I/O点数不够的问题，可以通过增加扩展单元或扩展模块的方法解决，也可以通过对输入信号和输出信号进行处理，减少实际所需I/O点数的方法解决。

（1）分时分组输入。 一般系统中设有“自动”和“手动”两种工作方式，两种方式不会同时执行。将两种方式的输入分组，从而减少实际输入点。如图1所示。PLC通过I1.0识别“手动”和“自动”，从而执行手动程序或自动程序。图中的二极管用来切断寄生电路。若图中没有二极管，转换开关在“自动”，S1、S2、S3闭合，S4断开，这时电流从L+端子流出，经S3、S1、S2形成的寄生回路电流流入I0.1，使I0.1错误的变为ON。各开关串如入二极管后，则切断寄生回路。

（2）硬件编码，PLC内部软件译码。如图2所示。

    （3）输入点合并。 将功能相同的常闭触点串联或将常开触点并联，就只占用一个输入点。一般多点操作的起动停止按钮、保护、报警信号可采用这种方式。如图3所示。

（4）将系统中的某些输入信号设置在PLC之外。系统中某些功能单一的输入信号，如一些手动操作按钮、热继电器的常闭触点就没有必要作为PLC的输入信号，可直接将其设置在输出驱动回路当中。

浮点数算术运算指令——西门子S7系列PLC

S7300系列CPU 可以处理符合IEEE标准的32位浮点数。可以完成32位浮点数的加、减、乘、除运算，以及取**值、平方、开平方、指数、对数、三角函数、反三角函数等指令。 

l        基本的浮点数算术运算指令 

l        扩展的浮点数算术运算指令

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）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、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。所以全面权衡利弊、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。

要先弄清除控制系统的 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超过总输入点的 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，价格相对较便宜，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。专用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”。必须参阅有关操作手册。

（ 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。

组合逻辑设计法的编程步骤

组合逻辑设计法适合于设计开关量控制程序，它是对控制任务进行逻辑分析和综合，将元件的通、断电状态视为以触点通、断状态为逻辑变量的逻辑函数，对经过化简的逻辑函数，利用PLC逻辑指令可顺利地设计出满足要求且较为简练的程序。这种方法设计思路清晰，所编写的程序易于优化，。

用组合逻辑设计法进行程序设计一般可分为以下几个步骤：

1）明确控制任务和控制要求，通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。

2）详细绘制系统状态转换表。通常它由输出信号状态表、输入信号状态表、状态转换主令表和中间记忆装置状态表四个部分组成。状态转换表全面、完整地展示了系统各部分、各时刻的状态和状态之间的联系及转换，非常直观，对建立控制系统的整体联系、动态变化的概念有很大帮助，是进行系统的分析和设计的有效工具。

3）根据状态转换表进行系统的逻辑设计，包括列写中间记忆元件的逻辑函数式和列写执行元件（输出量）的逻辑函数式。这两个函数式组，既是生产机械或生产过程内部逻辑关系和变化规律的表达形式，又是构成控制系统实现控制目标的具体程序。

4）将逻辑设计的结果转化为PLC程序。逻辑设计的结果（逻辑函数式）能够很方便的过渡到PLC程序，特别是语句表形式，其结构和形式都与逻辑函数式非常相似，很容易直接由逻辑函数式转化。当然，如果设计者需要由梯形图程序作为一种过渡，或者选用的PLC的编程器具有图形输入的功能，则也可以首先由逻辑函数式转化为梯形图程序。