西门子S7-300CP340通讯处理器模块 西门子S7-300CP340通讯处理器模块
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西门子S7-300CP340通讯处理器模块
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的**有效、**便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。
2 PLC系统设备选型
PLC**主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
目前市场上的PLC产品众多，国外**品牌有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。
2.1 确定PLC 控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。
中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。
大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的**PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。
2.2 确定PLC I/O 点的类型
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。
电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。
2.3 确定PLC编程工具
（1） 一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。
（2） 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
（3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率**高的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中**PLC系统的硬件组态和软件编程。
3 PLC控制系统的设计
PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
3.1 PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。
（1） PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。
（2） PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应**继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（3） PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:
隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。
屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
3.2 PLC 控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的**关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
（1） PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，**后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
（2） PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。
在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。
（3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。
同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。
如果要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。
模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。
4 PLC控制系统程序的调试
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
4.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。
我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。
4.2 系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
（1） 对每一个现场信号和控制量做单独测试;
（2） 检查硬件/修改程序;
（3） 对现场信号和控制量做综合测试;
（4） 带设备调试;
（5） 调试结束。
5 结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。
X6132铣床常见电气故障原因分析
1．故障现象：主轴电动机M1不能起动，分析原因。
原因分析：
如果转换开关SA2在断开位置。则故障原因为：
①SQ6、SB1、SB2、SB5、SB6、KT延时触点任一个接触不良或者回路断路。
②热继电器FR1、FR2动作后没有复位导致它们的常闭触点不能导通。
③接触器KM1线圈断路。
2．故障现象：主轴电动机不能变速冲动或冲动时间过长，分析原因。
原因分析：
①SQ6-1触点或者时间继电器KT的触点接触不良。
②冲动时间过长的原因是时间继电器KT的延时太长。
3．故障现象：工作台各个方向都不能进给
原因分析：
①KM1的辅助触点KM1（6-9）接触不良。
②热继电器FR3动作后没有复位。
4．故障现象：进给不能变速冲动
原因分析： 如果工作台能正常各个方向进给，那么故障可能的原因是SQ5-1常开触点坏。
5．故障现象：工作台能够左、右和前、下运动而不能后、上运动
原因分析：由于工作台能左右运动，所以SQ1、SQ2没有故障；由于工作台能够向前、向下运动，所以SQ7、SQ8、SQ3没有故障，所以故障的可能原因是SQ4行程开关的常开触点SQ4-1接触不良。
6．故障现象：工作台能够左、右和前、后运动而不能上、下运动
原因分析：由于工作台能左右运动，所以SQ1、SQ2没有故障；由于工作台能前后运动，所以SQ3、SQ4、SQ7、YC4没有故障，因此故障可能的原因是SQ8常开触点接触不良或YC5线圈坏。
7．故障现象：工作台不能**移动
原因分析：如果工作台能够正常进给，那么故障可能的原因是SB3或SB4、KM4常开触点，YC3线圈坏。
SIMATIC S7-1200小型可编程控制器简介
2009年5月18日，西门子在西门子北京中心举办了全新小型可编程控制器系列S7-1200发布仪式，自此，这款全球销售的小型可编程控制器系列正式在中国发售。这款SIMATIC家族的新成员集成
PROFINET接口，具有卓越的灵活性和可扩展性，同时集成高级功能，如高速计数、脉冲输出、运动控制等。至此，编程软件STEP 7 Basic V10.5与其完美整合的小型可编程控制器和KTP精简系列形成统一工程系统，为小型自动化领域紧凑、复杂的自动化任务提供了整体解决方案。SIMATIC 系列控制器诞生于1958年，历经50余年锤炼，她已成为全球冶金、交通、环保、市政等各领域均有广泛应用的自动化控制器产品。
SIMATIC S7-1200 小型可编程控制器充分满足于中小型自动化的系统需求。在研发过程中充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝整合和高效协调的需求。SIMATIC S7-1200 集成了PROFINET接口，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用PROFINET工业以太网技术，并对现有的PROFIBUS系统的升级提供了很好的支持。
同时，SIMATIC S7-1200 小型控制器的设计具备可扩展性和灵活性，使其能够**完成自动化任务对控制器的复杂要求。CPU本体可以通过嵌入输入/输出信号板完成灵活扩展。“信号板” 是S7-1200的一大亮点，信号板嵌入在CPU模块的前端，可以提供两个数字量输入/数字量输出接口或者一个模拟量输出。这一特点使得系统设计紧凑，配置灵活。同时通过独立的RS-232 或 RS-485通信模块可实现S7-1200通信灵活扩展。
SIMATIC S7-1200 系列的问世，标志着西门子在原有产品系列基础上拓展了产品版图，代表了未来小型可编程控制器的发展方向，西门子也将一如既往开拓创新，引领自动化潮流。
PLC的性能指标有哪些 可编程序控制器的主要性能指标
1．存储容量
存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。
2．I/O点数
输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。
3．扫描速度
扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。
4．指令的功能与数量
指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。
5．内部元件的种类与数量
在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。
6．特殊功能单元
特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大
7．可扩展能力
PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。
什么是编址 S7-200的编址方法
编址：就是对输入/输出模块上的I/O点进行编码，以便程序执行时可以**地识别每个I/O点。
编址方法
1．数字量I/O点的编址是以字长为单位，采用标志域（I或Q）、字节号和位号三部分的组成形式，在字节号和位号之间以点分隔，习惯上称做字节·位编址。每个I/O点就有了**的识别地址，地址的表示如图：
|
Q |
1 |
· |
5 |
|
标志域（数出Q、数入I） |
字节地址 |
字节号和位号的分隔点 |
字节中位的编号（0_7） |
数字量输入输出的字节和位编址都是从0开始，每个位都是0~7，共8位。
2．模拟量I/O编址是以字长（16位）为单位。在读写模拟量信息时，模拟输入输出按字单位读写。模拟输入只能进行读操作，而模拟输出只能进行写操作，每个模拟输入输出都是一个模拟端口。一模拟端口的地址由标志域（AI/AQ）、数据长度标志（W）以及字节地址（0~30之间的十进制偶数）组成。模拟端口的地址从0开始，以2递增（如：AIW0、AIW2、AIW4等），对模拟端口奇数编址是不允许的。地址的表示如图：
|
AI |
W |
8 |
|
标志域（模出AQ、 模入AI） |
数据长度（字） |
字节地址（0、2、4……） |
3．扩展模块的编址，由扩展模块I/O端口的类型及其在扩展I/O链中的位置决定。扩展模块的编址按照由左至右，地址编码依次排序。扩展模块的数字量I/O点编址以字节·位编址形式，扩展模块的模拟量I/O编址仍以字长（16位）为单位。
西门子plc的立即写操作举例介绍
对于立即写（Immediate Write）功能，必须如下面举例所示，生成符号程序段。
对于有时间限制的应用，可以以比每OB1 扫描循环一次的正常情况快的速度，将一个数字量输出的当前状态发送到输出模板。立即写功能可以在扫描立即写逻辑程序级的同时，将一个数字量输出写入输出模板。否则，当 Q存储区使用 P存储状态更新时，必须等到下一OB1扫描循环结束。
为了将一个输出立即写入输出模板，应使用外围输出（PQ）存储区，而不使用输出（Q）
存储区。外围输出存储区可以作为一个字节、一个字或一个双字读取。因此，通过一个线圈元素，不能更新一个单独的数字量输出。为了将一个数字量输出的状态立即写入输出模板， 包含相关位的Q存储器的字节、 字或双字可以有条件地复制到相应的PQ存储器中 （直接输出TPC1062K的模板地址）。
小心
? 由于 Q 存储器的整个字节被写入输出模板，当进行立即输出时，该字节中的所有输出位都将被更新。
? 如果一个输出位在不应发送到输出模板中的整个程序中出现中间状态（1/0），立即写功能会造成危险情况（输出瞬时脉冲）。
? 作为一般设计规则，在一个MT6100I的程序中，外部输出模板只能认为是一个线圈。如果遵守该设计规则，可以避免使用立即输出时的大多数潜在问题。
举例
等效于立即写入外围数字量输出模板 5通道1的梯形逻辑程序段。
寻址输出Q字节 （QB5） 的位状态可以修改， 也可以保持不变。 Q5.1被赋给程序段1 中I0.1的信号状态。QB5被复制到相应的直接外围输出存储区（PQB5）。
字PIW1包含I1.1的立即状态。 PIW1与 W#16#0002进行与 （AND） 逻辑运算。 如果 PB1中的 I1.1（第 2位）为“1”，则结果非“0”。如果 WAND_W 指令的结果不等于“0”，则接点“A<>0”通过电压。
利用S7-200 PLC定时中断功能编制一个程序
利用定时中断功能编制一个程序，实现如下功能：当I0.0由OFF→ON，Q0.0亮1s，灭1s，如此循环反复直至I0.0由ON→OFF，Q0.0变为OFF。
程序如图1所示。
主程序
LD I0.0
EU
ATCH INT_0, 21
ENI
LDN M0.0
A I0.0
TON T32, +1000
LD T32
= M0.0
LD I0.0
ED
DTCH 21
DISI
INT0
LDN Q0.0
= Q0.0
高速计数器指令有两条：高速计数器定义指令HDEF、高速计数器指令HSC。指令格式如表1所示。
（1）高速计数器定义指令HDEF。指令指定高速计数器（HSCx）的工作模式。工作模式的选择即选择了高速计数器的输入脉冲、计数方向、复位和起动功能。每个高速计数器只能用一条“高速计数器定义”指令。
（2）高速计数器指令HSC。根据高速计数器控制位的状态和按照HDEF指令指定的工作模式，控制高速计数器。参数N指定高速计数器的号码。
表1 高速计数器指令格式
|
LAD |
|
|
|
STL |
HDEF HSC，MODE |
HSC N |
|
功能说明 |
高速计数器定义指令HDEF |
高速计数器指令HSC |
|
操作数 |
HSC：高速计数器的编号，为常量（0～5）数据类型：字节 MODE工作模式，为常量（0～11） 数据类型：字节 |
N：高速计数器的编号，为常量（0～5）数据类型：字 |
|
ENO=0的出错条件 |
SM4.3（运行时间），0003（输入点冲突）， 0004（中断中的非法指令），000A（HSC重复定义） |
SM4.3 （运行时间），0001（HSC在HDEF之前），0005（HSC/PLS同时操作） |
PLC机型的选择步骤与原则
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争**的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
(一) 合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
(二) 安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I／O式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低；远程I／O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I／O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
(三)相应的功能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或**PLC。但是中、**PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
(四)响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有**响应模块和中断输入模块的PLC等。
(五)系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
(六)机型尽量统一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：
１)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。
２)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
３)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
可编程控制器的工作原理与输入输出的处理原则
任何一种继电器控制系统是由三个部分组成的，即输入部分，逻辑部分，输出部分，其中输入部分是指各类按钮、开关等；逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路；输出部分是指各种电磁阀线圈，接通电动机的各种接触器以及信号指示灯等执行电器。如图1所示，是一种简单的继电器控制系统。
图1 指示灯控
图中X1、X2是两个按钮开关，Y1、Y2是两个继电器，T1是时间继电器。其工作是过程是：当X1、X2任何一个按钮按下，线圈Y1接通，Y1的常开触点闭合，指示灯红灯亮。此时时间继电器T1同时接通并开始延时，当延时到2S后，线圈Y2接通，常开触点闭合，绿灯亮。
从上面这个例子可以知道，继电器控制系统是根据各种输入条件去执行逻辑控制线路，这些逻辑控制线路是根据控制对象的需要以某种固定的线路连接好的，所以不能灵活变更。
和继电器控制系统类似，PLC也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。如图2所示：
各部分的主要作用是：
输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据的信息（被控对象上的各种开关量信息或操作命令等）。
逻辑部分：处理输入部分报取得的信息，并按照被控对象的实际动作要求正确的反映。
输出部分：提供正在被控制的装置中，哪几个设备需要实施操作处理。
用户程序通过编程器或其它输入设备输入并存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时，CPU根据系统监控程序的规定顺序，通过扫描，完成各输入点的状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态更新、编程器键入响应和显示更新及CPU自检等功能。
PLC扫描既可按固定的程序进行，也可按用户程序规定的可变顺序进行。
PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，减少了外界的干扰。
由以上分析，可以把PLC的工作过程为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
（1）输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入存入内存中各对应的输入映象寄存器。此时，输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执阶段，在程序执行阶段或输出阶段，输入映象寄存器与外界隔离，无论信号如何变化，其内容保持不变直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。
（2）程序执行阶段
根据PLC的程序扫描原则，PLC先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。当指令涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映象寄存器中“读入”对应输入映象寄存器的当前状态，然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映象寄存器中，对元件映象寄存器来说，每一个元件会随着程序执行过程而变化。
（3）输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，输出映象寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存寄存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。采用集中采样，集中输出工作方式的特点是：在采样周期中，将所有输入信号（不管该信号当时是否采用），一起读入，此后在整个程序处理过程中PLC系统与外界隔绝，直到输出控制信号到下一个工作周期再与外界交涉，从根本上提高了系统的抗干扰扰提高了工作的可靠性。
PLC在输入输出的处理方面必须尊守以下原则：
①输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入端子在上一个周期间的接通、断开状态。
②程序如何执行取决于用户所编程序和输入输出映象寄存器的内容。
③输出映象寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。
④输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映象寄存器中数据决定。
⑤输出端子的接通断开状态，由输出锁存器决定。
PLC状态继电器的使用和状态编号
状态继电器是PLC在步进顺控系统实现控制的重要内部元件。它与步进顺控指令STL组合使用，运用状态转移图，编制高效易懂的程序。状态继电器一般分为四类，其编号及点数如下：
初始状态：S0∽S9(10点)；
回零：S10∽S19(10点)；
通用：S20∽S499(480点)；
保持：S500∽S899(400点)；
报警：S900∽S999(100点)；
PLC应用系统中输入、输出接口电路中的光电耦合器件的作用是：
1、实现现场与PLC主机的电气隔离、提高抗干扰性；
2、避免外电路出故障时，外部强电侵入主机而损坏主机；
3、电平交换，现场开关信号可能有各种电平，光电耦合器将它们变换成PLC主机要求的标准逻辑电平。
可编程控制器PLC自问世以来发展极为迅速。在工业控制方面正逐步取代传统的继电器控制系统，成为现代工业自动化生产的三大支柱之一。
1. 顺序逻辑控制
这是PLC **基本、**广泛的应用领域，它正逐步取代传统的继电器顺序控制。
2. 运动控制
PLC 和计算机数控 (CNC) 设备集成在一起，可以完成机床的运动控制。
3. 定时和计数控制
定时和计数精度高，设置灵活，且高精度的时钟脉冲可用于准确的实时控制。
4. 模拟量控制
PLC 能完成数模转换或者模数转换，控制大量的物理参数，例如，温度、压力、速度和流量等。
5. 数据处理
能完成数据运算，逻辑运算、比较传送及转换等。
6. 通信和联网
PLC 之间、 PLC 和上级计算机之间有很强的通信功能。作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。
PLC主要有哪些应用？
PLC经过不断地发展，一般都具有“开关I/0、模拟I/0、网络通信”功能；然而，工程师们只需要使用开关I/O、少量的模拟I/O、以及简单的编程技巧，就可开发出约80%的工业应用。
①(单机独立完成)开关量的采集与控制
如：电动机的启停、定时控制，电磁阀的开阀、关阀控制，仓库门的开门、关门控制，产品的计数控制，机械手、生产线、组合机床、电梯等设备的运行控制，等等。
②(单机独立完成)模拟量的采集与控制
如：温度、压力、流量等过程量的采集与PID控制，位移、速度等运动量的采集与控制。
③(与上位机连网)作为高级系统(如集散型控制系统DCS)现场端的采集器和控制器
1-n台PLC与上位机(工控机IPC、人机界面HMI等)连网通信，由上位机实现“集中管理”，由PLC实现“分散采集+分散控制”/或“集中采集+集中控制”。
1985年，国际电工委员会(IEC)对PLC作出如下定义：
可编程控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻缉运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作指令，并通过数字、模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程；可编程控制器及其有关外围设备的设计，都要按照“易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则”进行。
由该定义可知：PLC是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的工控类计算机。
20世纪60年代，汽车生产线的自控系统基本上由继电器控制装置构成。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，汽车型号更新的周期变短，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，希望用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出了以下10项招标指标：
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可靠性高于继电器控制装置；
④体积小于继电器控制装置；
⑤数据可直接送入起管理作用的(上位)计算机；
⑹成本可与继电器控制装置竟争；
⑺输入可以是交流115V(注：我们中国是AC220V)；
⑻输出为(交流115V，2A以上)，能直接驱动电磁阀、接触器等；
⑼在扩展时，原系统只需要进行很小的变更；
⑽用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。
1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出**台PLC，并在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。
这一新型的工控装置的出现，受到**上许多国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。我国从1974年始研制，到1977年开始应用于工控领域。
早期的PLC，一般称为“可编程逻辑控制器”(Programmable Logic Controller)。这时的PLC基本上是(硬)继电器控制装置的替代物，主要用于实现原先由继电器完成的顺序控制、定时、计数等功能。它在硬件上以“准计算机”的形式出现，在I/O接口电路上做了改进以适应工控现场要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，并采用磁芯存储器。另外，还采取了一些措施，以提高抗干扰能力。在软件编程上，采用类似于电气工程师所熟悉的继电器控制线路的方式——梯形图(Ladder)语言。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点是简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用等。其中PLC特有的编程语言——梯形图语言一直沿用至今。
20世纪70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨变。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的CPU(中央处理单元)，这样使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、网络通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，而且还提供一定数量的数据寄存器。
到了20世纪80年，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。早期的PLC一般采用8位的CPU，现在的PLC一般采用16位或32位的CPU。另外，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂还纷纷研制开发出专用的逻辑处理芯片，这就使得PLC的软、硬件功能有了巨变。
目前，**上约有200家PLC生产厂商，其中，美国的Rockwell、GE，德国的西门子(Siemens)，法国的施耐德(Schneider)，日本的三菱、欧姆龙(Omron)，他们掌控着全**80%以上的PLC市场份额，他们的系列产品从只有几十个点(I/O总点数)的微型PLC到有上万个点的巨型PLC，应有尽有。
经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但尚未形成颇具规模的生产能力，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主，如：Siemens的S7-200小系列、S7-300中系列、S7-400大系列，三菱的FX小系列、Q中大系列，0mron的CPM小系列、C200H中大系列等。
值得一提的是，湖北黄石的科威自控公司(www.kwzk.com)的创新产品——“嵌入式PLC”。
小系统用户希望在数据处理上像DCS、可靠性上像PLC、价格上像单片机嵌入系统。嵌入式PLC正好满足用户的这些愿望。嵌入式PLC是指“将支持PLC(梯形图)编程语言的内核EasyCore以小板芯的形式”嵌入到特定的控制装置中，使该装置除了具有自身的专用功能之外，还具有PLC的基本功能；开发人员能够在该PLC编程语言平台上，轻而易举地设计出通用型PLC、客户型PLC、以及各种特型控制板。嵌入式PLC是科威公司立足原有的自动化仪表技术、现场总线技术和10多年的自动化工程项目经验，在华中科技大学、武汉理工大学的协作下，经过3年多的努力攻关，首创成功的。由于嵌入式PLC的社会及经济价值十分巨大，2005年被列为国家攻关计划。迄今为止，科威公司的嵌入式PLC产品——通用型PLC、(按照客户要求定制的)客户型PLC、特型控制板，已在纺织机械、工业窑炉、塑料机械、印刷包装机械、食品机械、数控机床、恒压供水设备、环保设备等行业中成功应用，并且在窑炉自动化系统的应用中占有明显的技术优势。
长期以来，PLC始终是工业自动化的主角，并且与DCS(集散控制系统)及IPC(工控机)形成三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是IPC所带来的冲击。微型化、网络化、IPC化、开放性是PLC未来发展的主要方向。PLC依然前途无限。