西门子S7-300SM322 西门子S7-300SM322
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1910年：西门子创建西门子中国电气工程公司，总部位于柏林，分支机构设在上海。在接下来的四年中，西门子将业务扩展到北京、广州、武汉、哈尔滨、香港、青岛和天津。1914年，公司更名为西门子中国公司（上海）。西门子的在华业务，尤其是电力领域的业务，在20世纪初发展迅速。西门子扩建了北京近郊的石景山发电厂。
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西门子S7-300SM322
功能表图转换实现的基本规则及绘制功能表图的注意事项
1、功能图表转换实现的基本规则
（1）转换实现的条件 在功能表图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：
1）该转换所有的前级步都是活动步；
2）相应的转换条件得到满足。
如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现，如图5-25所示。
图5-25 转换的同步实现
（2）转换实现应完成的操作 转换的实现应完成两个操作：
1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；
2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。
2．绘制功能表图应注意的问题
1）两个步**不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。
2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。
3）功能表图中初始步是必不可少的，它一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有什么动作执行，因此很容易遗漏这一步。如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。
4）只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用无断电保持功能的编程元件代表各步，则PLC开始进入RUN方式时各步均处于“0”状态，因此必须要有初始化信号，将初始步预置为活动步，否则功能表图中**不会出现活动步，系统将无法工作。
西门子PLC字整数与双字整数之间的转换、双整数与实数之间的转换
1. 字整数与双字整数之间的转换
字整数与双字整数之间的转换格式、功能及说明，如表1所示。
2. 双整数与实数之间的转换
双整数与实数之间的转换的转换格式、功能及说明，如表2所示。
表2 字整数与双字整数之间的转换指令
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LAD |
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STL |
ITD IN，OUT |
DTI IN，OUT |
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操作数及数据类型 |
IN：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, 常量,数据类型：整数 OUT：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC,数据类型：双整数 |
IN：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, HC, AC,常量,数据类型：双整数 OUT：VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, 数据类型：整数 |
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功能及 说明 |
ITD指令将整数值（IN）转换成双整数值，并将结果置入OUT指定的存储单元。符号被扩展 |
DTI指令将双整数值（IN）转换成整数值，并将结果置入OUT指定的存储单元。如果转换的数值过大，则无法在输出中表示，产生溢出SM1.1=1，输出不受影响 |
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ENO=0的错误条件 |
0006 间接地址 SM4.3 运行时间 |
0006 间接地址 SM1.1 溢出或非法数值 SM4.3 运行时间 |
表2 双字整数与实数之间的转换指令
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LAD |
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STL |
DTR IN，OUT |
ROUND IN，OUT |
TRUNC IN，OUT |
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操作数及数据类型 |
IN：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, HC, AC, 常量 数据类型：双整数 OUT：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC 数据类型：实数 |
IN：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC,常量 数据类型：实数 OUT：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC 数据类型：双整数 |
IN：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC,常量 数据类型：实数 OUT：VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC 数据类型：双整数 |
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功能及 说明 |
DTR指令将32位带符号整数IN转换成32位实数，并将结果置入OUT指定的存储单元 |
ROUND指令按小数部分四舍五入的原则，将实数（IN）转换成双整数值，并将结果置入OUT指定的存储单元 |
TRUNC（截位取整）指令按将小数部分直接舍去的原则，将32位实数（IN）转换成32位双整数，并将结果置入OUT指定存储单元 |
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ENO=0的错误条件 |
0006 间接地址 SM4.3 运行时间 |
0006 间接地址 SM1.1 溢出或非法数值 SM4.3 运行时间 |
0006 间接地址 SM1.1 溢出或非法数值 SM4.3 运行时间 |
值得注意的是：不论是四舍五入取整，还是截位取整，如果转换的实数数值过大，无法在输出中表示，则产生溢出，即影响溢出标志位，使SM1.1=1，输出不受影响。
接触器的型号意义与选用注意事项
1. 接触器的型号意义
2．接触器的选用
选择接触器时应注意以下几点。
(1)接触器主触头的额定电压≥负载额定电压。
(2)接触器主触头的额定电流≥1.3倍负载额定电流。
(3)接触器线圈额定电压。当线路简单、使用电器较少时，可选用220V或380V；当线路复杂、使用电器较多或不太安全的场所，可选用36V、110V或127V。
(4)接触器的触头数量、种类应满足控制线路要求。
(5)操作频率(每小时触头通断次数)。当通断电流较大及通断频率超过规定数值时，应选用额定电流大一级的接触器型号。否则会使触头严重发热，甚至熔焊在一起，造成电动机等负载缺相运行。
.1.电磁铁的构造
电磁铁的构造图
2.电磁接触器的原理结构
用于接触器的E形铁心的功能
接触器的原理结构图
3. 电磁接触器的实际结构
交流接触器
（a）CJ10系列接触器 （b）CJX1系列接触器 （c）CJX1N系列机械联锁接触
（d）交流接触器的外形结构说明 （e）(f)接触器内部结构
接触器结构：由电磁系统、触头系统、灭弧装置、复位弹簧等几部分构成。
电磁系统：包括可动铁心（衔铁）、静铁心、电磁线圈；
触头系统：包括用于接通、切断主电路的大电流容量的主触头和用于控制电路的小电流容量的辅助触头；
灭弧装置：用于迅速切断主触头断开时产生的电弧，以免使主触头烧毛、熔焊，对于容量较大的交流接触器，常采用灭弧栅灭弧。
指令系统
PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。你不懂PLC指令怎么编程，没有程序，PLC又怎么工作？
PLC的指令越来越多，越来越丰富。功能很强的指令，综合多种作用的指令日见增多。
PLC的指令繁多，但主要的有这么几种类型：
基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的PLC都总是有的。
数据处理指令，用于处理数据，如译码，编码，传送、移位等等。
数据运算指令，用于进数据的运算，如十、一、X、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。
流程控制指令，用以控制程序运行流程。PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。
状态监控指令，用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态，对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。
当然，并不是所有的PLC都有上述那么多类的指令，也不是有的PLC仅有上述几类指令。以上只是指出几个例子，说明要从哪几个方面了解PLC指令，从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响PLC的性能。
除了指令，为进行通讯，PLC还有相应的协议与通讯指令或命令，这些也反映了PLC的性能。
6支持软件
为了便于编制PLC程序，多数PLC厂家都开发有关计算机支持软件。
从本质上讲，PLC所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言，以至高级语言，全靠为使用这些语言而开发的种种软件。
助记符语言是**基本也是**简单的PLC语言。它类似计算机的汇编语言，PLC的指令系统就是用这种语言表达的。这种语言仅使用文字符号，所使用的编程工具简单，用简易编程器即可。所以，多数PLC都配备有这种语言。
梯形图语言是图形语言，它用类似于继电器电路图的符号表达PLC实现控制的逻辑关系。这种语言与符号语言有对应关系，很容易互相转换，并便于电气工程师了解与熟悉，故用得很普遍，几乎所有的PLC都开发有这种语言。由于它是用图形表达，小的编程器不好使用它，得有较大的液晶画面的编程器，才能使用它。多数是在计算机对PLC编程时，才使用这种语言。
流程图语言，它也是图形语言，不过所用的符号不与电气元件符号相似，而与计算机用的流程图符号相似，便干计算机工作人员了解与熟悉。流程图语言与符号语言也有一一对应关系，只是它对应的符号语言与梯形图的对应不一样。熟悉计算机而又未从事过一般电气工作的人员，乐于用这种语言对PLC编程。日本OMRON公司开发的F系列机就是使用这种语言。
梯形图与流程图混合语言。这种语言，梯形图与流程图两者兼用，可使PLC程序结构化。它用流程图把PLC程序划分成若干结构块，并规范块间的逻辑联系。用梯形图再确定块中的种种量间的逻辑关系。这种混合语言有不同的实现方法，而且多用于大型的PLC的编程
高级语言，PLC编程也可以使用高级语言，如BASIC、C语言等。可以在DOS，也可在WINDOWS平台上运行。关键在于要把用高级语言编写的程序转换成助记符语言，或直接转换成PLC所能识别的机器语言。从根本上讲，只要能实现这个转换的，什么高级语言都可以。而编写这个转换的软件工作量很大，当然应由有关厂家开发与提供。当前不少PLC厂家已有提供。如GE－FANAC的PLC就提供有可用C语言编程的软件。
再前进一步，从理论上讲使用自然语言编程也是完全可能的。只是要下力气去开发，以及市场有这个需要。
支持软件不仅编制PLC程序需要，监控PLC运行，特别是监视PLC所控制的系统的工作状况也需要。所以，多数支持编程的软件，也具有监视PLC工作的功能。
此外，也有专用于监控PLC工作的软件，它多与PLC的监视终端连用。
有的PLC厂家或第三方厂家还开发了使用PLC的组态软件，用以实现计算机对PLC控制系统监控，以及与PLC交换数据。
PLC的用户也可基于DOS或WINDOWS平台开发用于PLC控制系统的应用软件，以提高PLC系统自动化及智能化水平。这方面的软件已日益受到重视。
总之，为了用好PLC，PLC的支持软件越来越丰富，性能也越来越好，其界面也越来越友好，也因此，它的情况如何，已成为评判PLC性能的指标之一。
7可靠控制
为使PLC能可靠工作，在硬件与软件两个方面PLC厂家都采取了很多措施，对一些特殊可靠要求的PLC，还有相应的特殊的措施，如热备、冗余等等。这在介绍PLC的特点时已作了叙述。可靠措施的目的是增加PLC平均故障间隔时间、MTBF（MeanTimeBetweenFailure）及减少PLC的平均修复时间、MTTR（MeanTimeToRepair），以提高PLC的有效度A（Availability）。
A=MTBF/(MTBF+MTTR)
式中A--有效率
MTBF--平均故障间隔时间
MTTR--平均修复时间
当然，A值越大越好，它可使PLC系统得到充分的利用，是为什么要使用PLC的重要指标。而从上式可知，MTBF越大，MTTR越小，则A越大。所以，PLC的可靠措施都是围绕提高MTBF及MTTR值进行的。
鉴于可靠工作是PLC的重要特点，至关重要，故有关提高MTBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF与MTTR值也成为PLC性能的重要指标。
8经济指标
以上七条讲的都是PLC的技术性能。其实，使用PLC，还要考虑经济指标。经济是基础，经济上不合算，不能带来经济效益，使用PLC也就没有基础。所以，这个指标也是重要的。经济指标**简单的就是看价格。一般讲，同样技术性能的PLC，价格低其经济指标就好
此外，还要看供货情况，供货不及时，影响使用，价格即使低，也不一定就好；看技术服务，资料不全，用户出现问题得不到技术支持也不好。
对经济指标还要作综合分析，要看使用了PLC能否带来效益，然后，再分析使用哪家的PLC效益更好些。
PLC选型及设计要点
一 选型要点
S7-300 PLC的选型原则是据生产工艺所需的功能和容量进行选型，并考虑维护的方便性、备件的通用性，以及是否易于扩展和有无特殊功能等要求。选型时具体注意以下几方面：
(1)有关参数确定。一是输入/输出点数(I/O点数)确定。这是确定PLC规模的一个重要依据，一定要根据实际情况留出适当余量和扩展余地。二是PLC存储容量确定。注意当系统有模拟量信号存在或要进行大量数据处理时，其存储容量应选大一些。
(2)系统软硬件选择。一是扩展方式选择，S7-300 PLC有多种扩展方式，实际选用时，可通过控制系统接口模块扩展机架、Profibus-DP现场总线、通信模块、运程I/O及PLC子站等多种方式来扩展PLC或预留扩展口；二是PLC的联网，包括PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种方式。因S7-300 PLC的工业通信网络淡化了PLC与DCS的界限，联网的解决方案很多，用户可根据企业的要求选用；三是CPU的选择，CPU的选型是合理配置系统资源的关键，选择时必须根据控制系统对CPU的要求(包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力、是否有
PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等)，并**在西门子公司的技术支持下进行，以获得合理的选型；四是编程软件的选择，这主要考虑对CPU的支持状况，我们的体会是：STEP7 V4.0对有些型号的CPU不支持，硬件组态时会发生故障出错，而STEP7V5.0则不存在这种问题。
二 设计及使用
1. 设计注意事项
设计时主要应注意以下几方面：
(1)PLC输出电路中没有保护，因此在外部电路中应设置串联熔断器等保护装置，以防止负载短路造成PLC损坏。熔断器容量一般为0.5A。
(2)PLC存在I/O响应延迟问题，因此在**响应设备中应加以注意。MPI通信协议虽简单易行，但响应速度较慢。
(3)编制控制程序时，**用模块式结构程序。这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作；又能使数据库结构统一，方便WinCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示。
(4)硬件资源。要合理配置硬件资源，以提高系统可靠性。如PLC电源配电系统要配备冗余的UPS不间断电源，以排除停电对全线运行的不利影响。又如对电机的控制回路要进行继电器隔离，以消除外部负载对I/O模块的可能损坏。另外，系统设备要采用独立的接地系统，以减少杂波干扰。
2. 使用要点
(1)抗干扰措施。来自电源线的杂波，能造成系统电压畸变，导致系统内电气设备的过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件，造成PLC等控制设备误动作。所以，在电源入口处**应设置屏蔽变压器或电源滤波等防干扰设施。其中，电源滤波器的地要以**短线路接到中央保护地。对于直流电源，则可加装微分电容加以干扰抑制。
(2)保护接地。可采取用不小于10mm2的保护导线接好配电板的保护地；相邻的控制柜也应良好接触并与地可靠连接。同时要做好防雷保护接地，通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地，或模拟信号电缆采取两层屏蔽，外层屏蔽两端接地等措施。另外，为防止感应雷进入系统，可采用浪涌吸收器。
(3)做好信号屏蔽。信号的屏蔽非常关键，一般可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时，信号间一定要做好屏蔽。而且电缆的屏蔽层一端(一般在控制柜端)要可靠接地。
(4)当现场没有或无法设置硬点时，可在操作界面上采取软按键的方法解决走向选择或控制方式选择等问题。此外，与变频器、智能仪表等的连接，**还是采用信号线直接相连的方式。
(5)应合理配置PLC的使用环境，提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有：远离高压柜、高频设备、动力屏以及高压线或大电流动力装置；通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他屏 (盘)或设备共用电缆沟；PLC柜内不用荧光灯等。另外，PLC虽适合工业现场，但使用中也应尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用；避免导电性杂物进入控制器。
三 调试要点及注意事项
(1)常规检查。在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等)，避免损坏PLC模块(用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查)。
(2)系统调试。系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。
在线调试设备开停时，必须先调试空开关的运行情况；如果设备设有运行监视开关，则可把监视开关强制为"１"(正式运行时，撤销强制)。调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表，对该设备及其与该设备相关的变量进行实时监视。这样既可判断逻辑操作是否正确，对模拟量的变化也可一目了然。比如调试电动执行器时，可建立一变量表，对执行器的位置信号、限位信号、过力矩信号及输出命令信号等进行实时监视，便可非常直观地观测执行器的动作情况。
(3)S7-300 PLC模拟量模块可通过变换信号类型卡支持各种类型信号。当改造老生产工艺线时，不可避免地会遇到多类信号。因此，设计时**不把几种信号接到同一模块；同时必须先组态好模块，再接信号线，检查无误后送电。此外，应避免两线制与四线制信号、电流与电压信号的混接，以免烧坏模块。
(4)一般变送器的负载能力为600Ω，而模拟量输入模块的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路内设安全栏，必须注意抗阻的匹配；模拟量输出模块的负载能力为600Ω，一般
执行器的负载能力为250Ω；如线路较长，也存在抗阻匹配问题。此外，要加强信号的隔离，特别是要加强与支流调速装置、变频调速装置及设备配套的小型PLC之间的信号隔离，防止相互干扰。
四 结束语
S7-300 PLC的应用非常广泛，在设计选型和调试及实际应用中可能会碰到各种各样的问题。本文从实际出发，总结多年实践经验，对以上各方面的问题提出了自己的见解，希望对工程技术人员能有一定的参考价值
PLC如何成为工业控制三大支柱之一
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的**台PLC问世以来，迄今已近30多年了 ，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又比同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微机处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础地形象编程语言和模块化地软件结构，使用程序地编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，座少量地安装接线和用户程序地编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍运用。可编程控制器PLC在现代工业自动化控制中是**重视的**控制技术。
PLC现已成为工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电—接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业**的重要标志之一。
功能：
1、逻辑控制
2、定时控制
3、计数控制
4、步进(顺序)控制
5、PID控制
6、数据控制：PLC具有数据处理能力。
7、通信和联网
8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，
适用于各种特殊控制的要求,如：定位控制模块，CRT模块。
随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期出现了微处理器和微型计算机，人们将微机技术应用到PLC中，更多的发挥计算机的功能，不仅用程序逻辑取代硬件连线，还增加了运算、数据传送和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，国外工业界在1980年正式命名其为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC，但是由于它和个人计算机（Personal Computer）的简称容易混淆，所以现在仍把可编程序控制器简称为PLC。
进入20世纪80年代以后，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且模拟量I/O和PID控制、远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示也有了长足发展，所有这些已经使PLC应用于连续生产的过程控制系统，使之成为今天自动化技术支柱之一。
可编程控制器的硬件系统组成（图）
可编程控制器的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有:
（1）CPU（Central Process Unit）
CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：
a、按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。
c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。
d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。
PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。
①用通用微处理器作CPU
在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短，执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。
②用单片机作CPU
自从1974年出现单片机以来，已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国INTEL公司MES－48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。
自80年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机，大有取代MCS－48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列单片机是美国INTEL公司在MCS－48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品：8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051； 8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M；INTEL公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列更高，这必将为**次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积更小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。
③用位片式微处理器作CPU
位片式微处理器的主要特点是：速度快、灵活性强、效率高等特点。可以进行“级联”，易于“流水线”操作。
（2）系统程序存储器
它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。
（3）用户存储器
用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。
常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。
CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存RAM内停电前的数据。锂电池寿命一般为1―5年左右。
EPR0M存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒，PLC则执行R0M盒中用户程序；反之，不插上R0M盒，PLC则执行RAM区用户程序。
EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。
（4）输入输出组件（I/0模块）
I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。
输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。
（5）编程器
编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。
编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。
（6）外部设备
一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。
（7）电源
根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。
多点接口（MPI）及其全局数据设置
一、多点接口（MPI）
S7—300／S7—400可以通过MPI接口组成PLC网络，MPI网采用全局数据(Globe Data)通信模式，可在PLC之间进行少量数据交换。它不需要额外的硬件和软件，成本低，用法简。
MPI网用于连接多个不同的CPU或设备．MPI符合RS—485标准，具有多点通信的性质．MPI的波特率设定为187．5kbps．
二、多点接口（MPI）全局数据设置
GD通信的数据结构
GD通信应用
1．建立MPI站1的硬件组态
2．设置MPI站1的站地址
3．建立MPI站2的硬件组态，打开组态界面的CPU特性，设置MPI站2的站地址
4．点击Configure Network 进入配置网络界面
5．打开全局数据表 Options/Define Global Date
6．生成并装载全局数据，实现CPU到CPU通讯
发送/接收数据规则：1个MPI站的发送数据可以发送到多个MPI站，1个MPI站的接收数据只能接收1个MPI站的发送数据。
SIMATIC S7300（1）站和SIMATIC S7300（2）站的控制程序
1、PROFIBUS协议的三个主要部分：
PROFIBUS DP（Distributed I/Os）：在主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。
PROFIBUS PA(Process Automation)：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。
PROFIBUS FMS(Fieldbus Message Specification)：定义主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。
2、PROFIBUS网络由主站，从站，网络部件等构成：
主站也被称做主动节点。包括SIMATIC PLC，SIMATICWinAC控制器，支持主站功能的通讯处理器，IE／PB链路模块以及ET200S／ET200X的主站模块
典型的从站为传感器，执行器以及变频器。从站不会拥有总线访问的授权。
PROFIBUS的传输速度为9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbit／s以及3/6/12Mbit／s。
**节点数127(地址0-126)。
X6132铣床进给电动机控制线路图分析
（1）原理图
略。
（2）工作台纵向进给操纵机构图
（3）1台进给电机拖动工作台六个方向运动示意图
（4）工作原理分析
条件： 将电源开关Q1合上，起动主轴电机M1，接触器KM1吸合自锁，进给控制电路有电压，就可以起动进给电动机M3。
①工作台纵向（左、右）进给运动的控制分析
先将圆工作台的转换开关SA3扳在“断开”位置，这时，转换开关SA3上的各触点的通断情况见表3-1。
表3-1 圆工作台转换开关SA3触点通断情况
由于SA3-1（13-16）闭合，SA3-2（10-14）断开，SA3-3（9-10）闭合，所以这时工作台的纵向、横向和垂直进给的控制电路如图3-10所示。
向右运动步骤：
工作台纵向运动手柄扳到右边位置，一方面进给电动机的传动链和工作台纵向移动机构相联结，另一方面压下向右进给的微动开关SQ1→常闭触点SQ1-2（13-15）断开，同时常开触点SQ1-1（14-16）闭合→接触器KM2因线圈通电→进给电动机M3就正向旋转，拖动工作台向右移动。
向右进给的控制回路是：
9→SQ5-2→SQ4-2→SQ3-2→SA3-1→SQ1-1→KM2线圈→KM3→21。
向左运动步骤：
将纵向进给手柄向左，一方面进给电动机的传动链和工作台纵向移动机构相联结，另一方面压下向左进给的微动开关SQ2→常闭触点SQ2-2（10-15）断开，同时常开触点SQ2-1（16-19）闭合→接触器KM3因线圈通电→进给电动机M3就反向转动→拖动工作台向左移动。
向左进给的控制回路是：
9→SQ5-2→11→SQ4-2→12→SQ3-2→13→SA3-1→16→SQ2-1→19→KM3线圈→20→KM2→21。
当将纵向进给手柄扳回到中间位置（或称零位）时，一方面纵向运动的机械机构脱开，另一方面微动开关SQ1和SQ2都复位，其常开触点断开，接触器KM2和KM3释放，进给电动机M3停止，工作台也停止。
终端限位保护的实现：在工作台的两端各有一块挡铁，当工作台移动到挡铁碰动纵向进给手柄位置时，会使纵向进给手柄回到中间位置，实现自动停车。这就是终端限位保护。调整挡铁在工作台上的位置，可以改变停车的终端位置。
②工作台横向（前、后）和垂直（上、下）进给运动的控制分析
条件：圆工作台转换开关SA3扳到“断开”位置，这时的控制线路也如图3-10所示。
操作手柄：操纵工作台横向联合向进给运动和垂直进给运动的手柄为十字手柄。它有两个，分别装在工作台左侧的前、后方。它们之间有机构联接，只需操纵其中的任意一个即可。手柄有上、下、前、后和零位共五个位置。进给也是由进给电动机M3拖动。
向下或向前控制步骤：
条件：KM1得电，即主轴电动机起动，同时SA3在“断开”位置。
向下控制：手柄在“下”位置，SQ8被压，SQ8-1闭合→YC5得电→电动机得传动机构和垂直方向的传动机构相连，同时SQ3被压→KM2得电→M3正转→工作台下移。
向上控制：手柄在“上”位置，SQ8被压，SQ8-1闭合→YC5得电→电动机得传动机构和垂直方向的传动机构相连，同时SQ4被压→KM3得电→M3反转→工作台上移。
向前控制：手柄在“前”位置，SQ7被压，SQ7-1闭合→YC4得电→电动机得传动机构和横向传动机构相连，同时SQ3被压→KM2得电→M3正转→工作台前移。
向后控制：手柄在“后”位置，SQ7被压，SQ7-1闭合→YC4得电→电动机得传动机构和横向传动机构相连，同时SQ4被压→KM3得电→M3反转→工作台后移。
向下、向前控制回路是：
6→KM1→9→SA3-3→10→SQ2-2→15→SQ1-2→13→SA3-1→16→SQ3-1→KM2线圈→18→KM3→21。
向上、向后控制回路是：
6→KM1→9→SA3－3→10→SQ2－2→15→SQ1－2→13→SA3－1→16→SQ4－1→19→KM3线圈→20→KM2→21。
当手柄回到中间位置时，机械机构都已脱开，各开关也都已复位，接触器KM2和KM3都已释放，所以进给电动机M3停止，工作台也停止。
总结：
向上、下进给时，SQ8闭合→YC5得电，电动机的传动机构与垂直方向传动机构相连。
向前、后进给时，SQ7闭合→YC4得电，电动机的传动机构与横向传动机构相连。
向下、前进给时，SQ3闭合→KM2得电→M3得电正转。
向上、后进给时，SQ4闭合→KM3得电→M3得电反转。
③工作台的**移动
为什么要**移动？为了缩短对刀时间
**移动的控制电路如图3-14所示。
主轴起动以后，将操纵工作台进给的手柄扳到所需的运动方向，工作台就按操纵手柄指定的方向作进给运动（进给电机的传动链M与A或B或C相连，见图3-12）。这时如按下**移动按钮SB3或SB4→接触器KM4线圈通电→KM4常闭触点（102-108）断开→进给电磁离合器YC2失电。
同时KM4常开触点（102-107）闭合→电磁离合器YC3通电，接通**移动传动链（进给电机的传动链M与a或b或c相连，见图3-12）。工作台按原操作手柄指定的方向**移动。当松开**移动按钮SB3或SB4→接触器KM4因线圈断电→**移动电磁离合器YC3断电，进给电磁离合器YC2得电，工作台就以原进给的速度和方向继续移动。
④进给变速冲动
为什么变速冲动？为了使进给变速时齿轮容易啮合。
变速过程分析：
条件：先起动主轴电动机M1，使接触器KM1吸合，它在进给变速冲动控制电路中的常开触点（6-9）闭合。
过程分析：变速时将变速盘往外拉到极限位置，再把它转到所需的速度，**后将变速盘往里推。在推的过程中挡块压一下微动开关SQ5，其常闭触点SQ5-2（9-11）断开一下，同时，其常开触点SQ5-1（11-14）闭合一下，接触器KM2短时吸合，进给电动机M3就转动一下。当变速盘推到原位时，变速后的齿轮已顺利啮合。
变速冲动的控制回路是：
6→KM1→9→SA3-3→10→SQ2-2→15→SQ1-2→13→SQ3-2→12→SQ4-2→11→SQ5-1→14→KM2线圈→18→KM3→21。
⑤圆形工作台时的控制
圆工作台有什么作用？铣削圆弧和凸轮等曲线。
圆工作台由进给电动机M3经纵向传动机构拖动。圆工作台的控制电路如图3-16所示。
条件1：圆工作台转换开关SA3转到“接通”位置，SA3的触点SA3-2（13-16）断开，SA3-2（10-14）闭合，SA3-3（9-10）断开。
条件2：工作台的进给操作手柄都扳到中间位置。
按下主轴起动按钮SB5或SB6→接触器KM1吸合并自锁→KM1的常开辅助触点（6-9）也同时闭合→接触器KM2也紧接着吸合→进给电动机M3正向转动，拖动圆工作台转动。因为只能接触器KM2吸合，KM3不能吸合，所以圆工作台只能沿一个方向转动。
圆工作台的控制回路是：
6→KM1→9→SQ5-2→11→SQ4-2→12→SQ3-2→13→SQ1-2→15→SQ2-2→10→SA3-2→14→KM2线圈→18→KM3→21。
⑥进给的联锁
a．主轴电动机与进给电动机之间的联锁
为什么设置这样的联锁？防止在主轴不转时，工件与铣刀相撞而损坏机床。
联锁的实现方法：在接触器KM2或KM3线圈回路中串连KM1常开辅助触点（6-9）。
b．工作台不能几个方向同时移动
为什么设置这样的联锁？工作台两个以上方向同进给容易造成事故。
联锁的实现方法：由于工作台的左右移动是由一个纵向进给手柄控制，同一时间内不会又向左又向右。工作台的上、下、前、后是由同一个十字手柄控制，同一时间内这四个方向也只能一个方向进给。所以只要保证两个操纵手柄都不在零位时，工作台不会沿两个方向同时进给即可。
将纵向进给手柄可能压下的微动开关SQ1和SQ2的常闭触点SQ1-2（13-15）和SQ2-2（10-15）串联在一起，再将垂直进给和横向进给的十字手柄可能压下的微动开关SQ3和SQ4的常闭触点SQ3-2（12-13）和SQ14-2（11-12）串联在一起，并将这两个串联电路再并联起来，以控制接触器KM2和KM3的线圈通路。如果两个操作手柄都不在零位，则有不同的支路的两个微动开关被压下，其常闭触点的断开使两条并联的支路都断开，进给电动机M3因接触器KM2 和KM3的线圈都不能通电而不能转动。
c.进给变速时两个进给操纵手柄都必须在零位
为什么设置这样的联锁？为了安全起见，进给变速冲动时不能有进给移动。
联锁的实现方法：SQ1或SQ2、SQ3或SQ4的四个常闭触点SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2和SQ4-2串联在KM2线圈回路。当进给变速冲动时，短时间压下微动开关SQ5，其常闭触点SQ5-2（9-11）断开，其常开触点SQ5-1（11-14）闭合，如果有一个进给操纵手柄不在零位，则因微动开关常闭触点的断开而接触器KM2不能吸合，进给电动机M3也就不能转动，防止了进给变速冲动时工作台的移动。
d.圆工作台的转动与工作台的进给运动不能同时进行
联锁的实现方法：SQ1或SQ2、SQ3或SQ4的四个常闭触点SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2或SQ4-2是串联在KM2线圈的回路中，
当圆工作台的转换开关SA3转到“接通”位置时，两个进给手柄可能压下微动开关SQ1或SQ2、SQ3或SQ4的四个常闭触点SQ1-2、SQ2-2、SQ3-2或SQ4-2。如果有一个进给操纵手柄不在零位，则因开关常闭触点的断开而接触器KM2不能吸合，进给电动机M3不能转动，圆工作台也就不能转动。只有两个操纵手柄恢复到零位，进给电动机M3方可旋转，圆工作台方可转动。
PLCI/O模块的选择步骤与原则
一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。
（一）开关量I／O模块的选择
1. 开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块**远不得超过１０米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
2）输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式，如图6-2所示。
图6-2开关量输入模块的接线方式
a)汇点式输入 b)分组式输入
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。
3）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。
4）输入门槛电平
为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。
2. 开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
2）输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式，如图6-3所示。
图6-3 开关量输出模块的接线方式
a)分组式输出 b)分隔式输出
分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。
3）驱动能力
开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
4）注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
5)输出的**电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的**电流。另外，晶闸管的**输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
（二）模拟量I／O模块的选择
模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(D／A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。
(三)特殊功能模块的选择
目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等
西门子S7-200PLC由I0.1的上升沿产生的中断事件的初始化程序
分析：查表2可知，I0.1上升沿产生的中断事件号为2。所以在主程序中用ATCH指令将事件号2和中断程序0连接起来，并全局开中断。程序如图1所示。
梯形图（主程序）
图1
语句表
LD SM0.1 //首次扫描时
ATCH INT_0 2 //将INT_0 和EVNT2连接
ENI //并全局启用中断
LD SM5.0 //如果检测到I/O错误
DTCH 2 //禁用用于I0.1的上升沿中断
（本网络为选项）
LD M5.0 // 当M5.0=1时
DISI //禁用所有的中断
表2 S7-200 PLC中断事件及优先级
|
优先级分组 |
组内优先级 |
中断事件号 |
中断事件说明 |
中断事件类别 |
|
通信中断 |
0 |
8 |
通信口0：接收字符 |
通信口0 |
|
0 |
9 |
通信口0：发送完成 |
||
|
0 |
23 |
通信口0：接收信息完成 |
||
|
1 |
24 |
通信口1：接收信息完成 |
通信口1 |
|
|
1 |
25 |
通信口1：接收字符 |
||
|
1 |
26 |
通信口1：发送完成 |
||
|
I/O中断
|
0 |
19 |
PTO 0脉冲串输出完成中断 |
脉冲输出 |
|
1 |
20 |
PTO 1脉冲串输出完成中断 |
||
|
2 |
0 |
I0.0上升沿中断 |
外部输入 |
|
|
3 |
2 |
I0.1上升沿中断 |
||
|
4 |
4 |
I0.2上升沿中断 |
||
|
5 |
6 |
I0.3上升沿中断 |
||
|
6 |
1 |
10.0下降沿中断 |
||
|
7 |
3 |
I0.1下降沿中断 |
||
|
8 |
5 |
I0.2下降沿中断 |
||
|
9 |
7 |
I0.3下降沿中断 |
||
|
10 |
12 |
HSC0当前值=预置值中断 |
高速计数器 |
|
|
11 |
27 |
HSC0计数方向改变中断 |
||
|
12 |
28 |
HSC0外部复位中断 |
||
|
13 |
13 |
HSC1当前值=预置值中断 |
||
|
14 |
14 |
HSC1计数方向改变中断 |
||
|
15 |
15 |
HSC1外部复位中断 |
||
|
16 |
16 |
HSC2当前值=预置值中断 |
||
|
17 |
17 |
HSC2计数方向改变中断 |
||
|
18 |
18 |
HSC2外部复位中断 |
||
|
19 |
32 |
HSC3当前值=预置值中断 |
||
|
20 |
29 |
HSC4当前值=预置值中断 |
||
|
21 |
30 |
HSC4计数方向改变 |
||
|
22 |
31 |
HSC4外部复位 |
||
|
23 |
33 |
HSC5当前值=预置值中断 |
||
|
定时中断 |
0 |
10 |
定时中断0 |
定时 |
|
1 |
11 |
定时中断1 |
||
|
2 |
21 |
定时器T32 CT=PT中断 |
定时器 |
|
|
3 |
22 |
定时器T96 CT=PT中断 |