PLC的存储器、I/O单元、I/O扩展接口、外设接口和电源简介

1. 存储器
    可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。 
    只读存储器ROM用以存放系统程序，可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中，用户是不可改变的。用户程序和中间运算数据存放的随机存储器RAM中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。它存储的内容是易失的，掉电后内容丢失；当系统掉电时，用户程序可以保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，用来存放需要长期保存的重要数据。
2. I/O单元及I/O扩展接口
（1）I/O单元
    PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1~15ms之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类。
（2）I/O扩展接口
   可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。
3. 外设接口
    外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。
4. 电源
     电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、正负12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。

西门子中型PLC系列S7-300的新特性

西门子中型可编程控制器系列S7-300技术革新啦！S7-300 PLC是SIMATIC S7家族中的中型可编程序控制器，作为以前版本的升级，新一代固件版本为V3.0的S7-300系列的CPU 312、314、315-2 DP 和315F-2 DP已经发布，这些CPU都有新的订货号。

新一代的S7-300系列CPU与以前对应版本备件兼容，具备以下亮点：性能方面，性能提升了2倍或者更高。内存方面，CPU 314 从96 KB扩展到128 KB ，CPU 315-2 DP从128 KB扩展到256 KB ，CPU 315F-2 DP从 192 KB扩展到384 KB。此外，可以同时在线监控两个快，技术数据也趋于一致，I/O过程映像区增大。同时，CPU 315(F)-2 DP 的PROFIBUS可以使用同步模式，并带有可以进行数据设置的路由。

性能提升

新一代的S7-300 CPU性能比现有的312，314 和315(F)-2 DP CPU有了显著提升，例如，新一代的CPU的用户程序执行速度是原来CPU的2倍或更高。位运算时间缩减到50ns，字运算时间缩减到90ns，定点和浮点数运算性能也有了较大的提升。

同时监控两个块

新一代S7-300固件版本V3.0CPU的可以同时在线监控两个块，用户可以选择在一个PG或PC上同时监视两个块或在两个PG或PC上同时监控一个块。此外，增加了在块状态中监视的程序行数，只有在STEP 7 V5.4 SP5中才有这个功能。

技术数据的一致性

S7-300 CPU的技术数据趋于一致。已经对下面这些S7-300 CPU的固件进行了一致化或增添了一些功能：

——所有的S7-300 CPU具有相同的块数量(FC、FB、DB)

——相同的本地数据量大小

——每个优先级具有相同的嵌套层数：16

——除了CPU312以外的S7-300 CPU具有相同的块容量：64KB

——所有S7-300 CPU都具备：300个可同时激活的Alarm_S块

——相同的时间延时中断OB块：OB20 和OB21

——相同的周期中断OB块：OB32、 OB33、OB34 和OB35

——相同的全局通信数量：8

——断点数目从2个增加到4个

——CPU312 的标签有256 字节

——CPU 312 具有256个S7定时器/S7 计数器

——诊断缓冲器

诊断缓冲器的大小：500条诊断信息，**的100条具有保持功能

CPU运行状态下显示的诊断缓冲器条目可以为10到499条。默认值为10条。

兼容性

新一代的S7-300 CPU 在具有备件兼容性的条件下可以替代以前的版本。

旧版本的312、314、315(F)-2 DP CPU仍然可以订货，在大约1年的时间内，旧版本的312、314、315(F)-2 DP CPU和新一代的CPU可以同时提供，在此之后，我们只提供V3.0或更高版本的CPU。

电气控制线路原理图绘制原则举例说明

电气控制线路原理图绘制示意图 

（1）电路绘制 

原理图一般分为电源电路、主电路、控制电路、信号电路及照明电路绘制。 

原路图可水平布置，也可垂直布置。水平布置时，电源电路垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器和断电器的线圈、信号灯、照明灯等）要画在电路的**右方。垂直布置时，电源电路水平画，其他电路垂直画，控制电路中的耗能元件要画在电路的**下方。 

电源电路画成水平线，三相交流电源相序L1、L2、L3由上而下排列，中线N和保护地线PE画在相线之下。直流电源则正端在上，负端在下画出。  

主电路是指受电的动力装置及保护电器，它通过的是电动机的工作电流，电流较大，主电路要垂直电源电路画在原理图的左侧。控制电路是指控制主电路工作状态的电路。信号电路是指显示主电路工作状态的电路。照明电路是指实现机床设备局部照明的电路。这些电路通过的电流都较小，画原理图时，控制电路、信号电路、照明电路要依次垂直画在电路的右侧。

（2）元器件绘制 

①原理图中，各电器的触头位置都按电路未通电或电器未受外力作用时的常态位置画出。

②原理图中，各电器元件不画实际的外形图。而采用国家规定的统一国标符号画出。  

③原理图中，同一电器的各元件不按它们的实际位置画在一起，而是按其在线路中所起作用分画在不同电路中，但它们的动作却是相互关联的，必须标以相同的文字符号。  

（3）电器元件布置图 

电器元件布置图主要是表明机械设备上所有电气设备和电器元件的实际位置，是电气控制备制造、安装和维修必不可少的技术文件。 

（4）接线图 

接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。它表示了设备电控系充各单元和各元器件间的接线关系，并标注出所需数据，如接线端子号、连接导线参数等。实际应用中通常与电路图和位置图一起使用。

PLC电源模块及其它外设的选择步骤与原则

1．电源模块的选择

  电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不存在电源的选择。

电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块、I／O模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应考虑今后I／O模块的扩展等因素；电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。

   2．编程器的选择

   对于小型控制系统或不需要在线编程的系统，一般选用价格便宜的简易编程器。对于由中、**PLC构成的复杂系统或需要在线编程的PLC系统，可以选配功能强、编程方便的智能编程器，但智能编程器价格较贵。如果有现成的个人计算机，也可以选用PLC的编程软件，在个人计算机上实现编程器的功能。

  3．写入器的选择

为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程序固化在EPROM中。有些PLC或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。

用S7-200进行定位控制、监视和位置校正设计举例

本例用S7-200 CPU 214 DC/DC/DC进行定位控制，并具有位置监视和位置校正

概述

本例相对位置山增量传感器进行位置监视。为了求出传感器信号，将该信号作为CPU 214中的**可处理7kHz信号的高速计数器的输入，这样，就可检测出位置误差。例如，当起一停频率超出时，通过步数丢失可以检测到位置错误。一旦检测出位置误差，就以较低频率进行位置校正。

硬件要求

程序框图

程序和注解

一、初始化

在程序的**个扫描周期((SM0.1=1)设置重要的参数。此外，高速计数器HSC2由外部复位并初始化为A/B计数器。HSC2对检测定位的增量轴编码器信号计数。传感器的A路和B路信号分别作为CPU输入端I1.2和I1.3的输入。旋转方向的选择、按钮锁定、操作模式的选择及定位的过程 (请参考此例概述)。由增量传感器进行定位监视，在输出脉冲结束之后，等待T1时间，以便使连接电机和传感器的轴连接器的扭转振动消失。

二、实际值和设定值的比较

T1到时后，子程序4对实际值和设定值进行比较。如果轴的位置在设定位置的±2步范围内，定位就是正确的。如果实际位置在此目标范围之外，当超过起停频率时，那就会造成电机失步这种情况的发生，此时，一个相应的警告信号就会则Q1.1输出。

三、位置的较正

若定位错误被检测出来，则起动第二等待定时器T2。此后，根据设定值和实际值之间的差值计算出校正的步数。当校正时，电动机频率低于起停频率，以防新的步数丢失。

四、校正取消

如果在两次校正尝试之后还小能达到设定位置，为女全起见，控制将被锁定(M0.2=1 )。只有按下确认按钮I1.4之后，控制才被打开，然后，进行另一个参考点的检测。

五、信号清单:

根据功能流程图设计出PLC梯形图程序

根据图16所示的功能流程图，设计出梯形图程序。 

    1使用起保停电路模式的编程

对应的状态逻辑关系为：

对应的梯形图程序如图17所示。

2使用置位、复位指令的编程

对应的梯形图程序如图18所示。

3使用顺序控制指令的编程

对应的功能流程图如图19所示。对应的梯形图程序如图20所示。

（3）并行分支及编程方法

并行分支也分两种，图21a为并行分支的开始，图21b为并行分支的结束，也称为合并。并行分支的开始是指当转换条件实现后，同时使多个后续步激活。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。在图21a中，当工步2处于激活状态，若转换条件e=1，则工步3、4、5同时起动，工步2必须在工步3、4、5都开启后，才能关断。并行分支的合并是指：当前级步6、7、8都为活动步，且转换条件f成立时，开通步9，同时关断步6、7、8。

使用闸刀开关或用断路器手动控制电动机的启动和停止举例

 在三相交流电源和电动机之间只用闸刀开关或用断路器手动控制电动机的启动和停止。

主电路：把从电源经过受电的动力装置及保护电器直接到达电动机的电路称为主电路。

特点：手动正转控制线路比较简单，但闸刀开关不宜带负载操作。而断路器是切断电流的装置，构造上也不适合用于频繁开关负载，因此，在启动、停车频繁的场合，使用这种手动控制方法既不方便，也不安全，操作劳动强度大，要启动或是停止电动机必须到现场操作，不能在远距离进行自动控制。

电动机的主电路（使用闸刀开关的情况）

电动机的主电路（使用断路器的情况）

按钮开关（文字符号SB） 

按钮开关：一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路，故称“主令电器”。

按钮开关的外观

1.按钮开关的结构

按钮开关的结构：由按钮帽、复位弹簧、固定触点、可动触点、外壳和支柱连杆等组成。

常开触头（动合触头）：是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点与可动触点处于分开状态的触头。

常闭触头（动断触头）：是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点与可动触点处于闭合状态的触头。

常开(动合)按钮开关，未按下时，触头是断开的，按下时触头闭合接通；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开。在控制电路中，常开按钮常用来启动电动机，也称启动按钮。

常闭(动断)按钮开关与常开按钮开关相反，末按下时，触头是闭合的，按下时触头断开；当手松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合。常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮。

复合按钮开关：将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关，即具有常闭触头和常开触头。未按下时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的。按下按钮时，常闭触头首先断开，常开触头后闭合；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下，首先将常开触头断开，继而将常闭触头闭合。复合按钮用于联锁控制电路中。

按钮开关外观

按钮开关结构示意图

按钮开关符号

复合按钮动作状态

2.按钮开关的型号意义：

3.按钮开关的主要技术参数

常用按钮开关的主要技术参数见表。
常用按钮开关的主要技术参数（来源于www.busnc.com）

4.按钮开关的安装和使用
(1)将按钮安装在面板上时，应布置整齐，排列合理，可根据电动机启动的先后次序，从上到下或从左到右排列：
(2)按钮的安装固定应牢固，接线应可靠。应用红色按钮表示停止，绿色或黑色表示启动或通电，不要搞错。
(3)由于按钮触头间距离较小，如有油污等容易发生短路故障，因此应保持触头的清洁。
(4)安装按钮的按钮板和按钮盒必须是金属的，并设法使它们与机床总接地母线相连接，对于悬挂式按钮必须设有专用接地线，不得借用金属管作为地线。
(5)按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。
(6)带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。
(7)“停止”按钮必须是红色；“急停”按钮必须是红色蘑菇头式；“启动”按钮必须有防护挡圈，防护挡圈应高于按钮头，以防意外触动使电气设备误动作。

SIEMENS PLC S7300在在卷烟厂电力系统的应用

江苏淮阴卷烟厂主厂房变电所监控系统是基于现代计算机技术和PLC技术的综合SCADA工程。 
本系统中上位机采用Citect软件进行编制程序和画面组态，下位采用S7300可编程逻辑控制器、DT3000综合继电保护装置以及IQ220智能电量装置采集各厂房的配电参数，然后通过RS485传输至上位机。上位机通过软件编程将数据录入数据库，供给相关人员查询。
■工程方案

上位计算机以WINDOWS操作系统为平台，安装了IMPACC软件（西屋公司DT3000、IQ220及ARII的编程软件）与STEP 7软件（西门子公司S7300可编程逻辑控制器编程软件），这两套软件将所有现场信号采集并接收后传给人机界面软件（**终操作员使用软件） - 澳大利亚悉雅特公司的CITECT软件。

CITECT软件提供实时动态图形、多媒体报警、报表、趋势图等各种方式，使得操作员可以监视、控制并记录实时及需要的历史数据。 
CITECT软件还提供了与厂区信息管理系统的接口。本计算机内安装的以太网卡与厂区服务器的以太网卡直接连接，使用TCP/IP协议，将服务器需要的数据上传。（使用WONDERWARE协议仿真通讯） 
■系统功能 
本系统是上海电器股份有限公司电器成套厂为淮阴卷烟厂35kV/0.4kV变电所成套设备定制，其中包括35kV高压开关柜的监控、35kV/0.4kV变压器参数监视、0.4kV低压抽屉式开关柜的监控以及直流屏参数监视。 
IQ220智能电量装置共有两部分组成：设备本体、显示及操作面板。 
计量回路的电流互感器（CT）及电压互感器（PT，低于600V电压不需要）接入IQ220设备本体，在显示及操作面板上进行对应操作后，IQ220智能电量装置即将该计量回路的电量参数在面板上就地显示，并通过设备本体上的计算机接口将所有就地显示数据通过计算机网络传递给上位计算机。 
DT3000是真正意义的微机综合继电保护仪表，通过一个完全独立的以微机为基础的组件，取代了所有的常规的电磁式和感应盘过电流继电器、电流表和电流表转换开关，完成全面的每相和接地馈线回路保护，并可直接上位机通讯（所有参数设置，所有电流量、运行状态、故障状态显示、远程分/合断路器）。 
S7300是德国西门子公司的一种可编程逻辑控制器，它可以：
?? 
(1) 接收各高压开关柜的接点状态 – PT断线、断路器位置、DT3000故障、加热器状态等； (2) 接收各低压开关柜的接点状态 – 所有低压断路器（主开关、联络开关及馈电开关）的分/合状态及故障状态； 
(3) 接收模拟量信号 - 变压器温度信号及直流屏电流、电压信号； 
(4) 发送上述所有接点状态至马赛克模拟屏动态显示。
■系统评估 
该工程自投运以来运行正常，在配电房和计算机中心都能准确的了解各厂房车间的输配电情况，并且能够直接在计算机上进行手工分合闸等操作。同时系统自动生成日报表、月报表和年报表，对整个卷烟厂的输配电监控和日常调度起到了至关重要的作用，对车间的输配配电起到了良好的生产指导作用。