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PLC的特点
1、通用性强、灵活性好、功能齐全 PLC是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配相应的控制模块便可适用于各种不同的工业控制系统。同时，由于PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，当生产工艺改变或生产设备更新时，不必改变
1. 向高集成、高性能、高速度，大容量发展
微处理器技术、存储技术的发展十分迅猛，功能更强大，价格更便宜，研发的微处理器针对性更强。这为可编程序控制器的发展提供了良好的环境。大型可编程序控制器大多采用多CPU结构，不断地向高性能、高速度和大容量方向发展。
在模拟量控制方面，除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块，某些可编程序控制器还具有模糊控制、自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。
2. 向普及化方向发展
由于微型可编程序控制器的价格便宜，体积小、重量轻、能耗低，很适合于单机自动化，它的外部接线简单，容易实现或组成控制系统等优点，在很多控制领域中得到广泛应用。
3. 向模块化、智能化发展
可编程序控制器采用模块化的结构，方便了使用和维护。智能I/O模块主要有模拟量I/O、高速计数输人、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、热电阻输入、条形码阅读器、多路BCD码输人/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模块。智能I/O模块本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和控制功能，有的模块甚至可以自成系统，单独工作。它们可以完成可编程序控制器的主CPU难以兼顾的功能，简化了某些控制领域的系统设计和编程，提高了可编程序控制器的适应性和可靠性。
4. 向软件化发展
编程软件可以对可编程序控制器控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通信接口的参数等。在屏幕上可以直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。可编程序控制器编程软件有调试和监控功能，可以在梯形图中显示触点的通断和线圈的通电情况，查找复杂电路的故障非常方便。历史数据可以存盘或打印，通过网络或Modem卡，还可以实现远程编程和传送。
个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。目前已有多家厂商推出了在PC上运行的可实现可编程序控制器功能的软件包，如亚控公司的KingPLC。“软PLC"在很多方面比传统的“硬PLC"有优势，有的场合“软PLC"可能是理想的选择。
5. 向通信网络化发展
伴随科技发展，很多工业控制产品都加设了智能控制和通信功能，如变频器、软启动器等。可以和现代的可编程序控制器通信联网，实现更强大的控制功能。通过双绞线、同轴电缆或光纤联网，信息可以传送到几十公里远的地方，通过Modem和互联网可以与**上其他地方的计算机装置通信。
相当多的大中型控制系统都采用上位计算机加可编程序控制器的方案，通过串行通信接口或网络通信模块，实现上位计算机与可编程序控制器交换数据信息。组态软件引发的上位计算机编程革命，很容易实现两者的通信，降低了系统集成的难度，节约了大量的设计时间，提高了系统的可靠性。国际上比较**的组态软件有Intouch、Fix等，国内也涌现出了组态王、力控等一批组态软件。有的可编程序控制器厂商也推出了自己的组态软件，如西门子公司的WINCC。
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S7-300
-
模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求
-
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
-
简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活
-
方便用户和简易的无风扇设计
-
当控制任务增加时，可自由扩展
-
大量的集成功能使它功能非常强劲
信号模块是 SIMATIC S7-300 与过程相连的接口。
大量不同的数字量和模拟量模块可**提供每种任务所需的输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。
对于在此列举的所有模块系列，SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。
另外，面向安全的应用中还可使用故障安全模块。
数字量输入/输出模块具有下列机械特性：
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括：
-
绿色 LED，用于指示输入/输出的信号状态
-
前连接器插座，通过前门保护
-
前门上的标签区。
-
连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时，可以对数字量输入/输出模块进行热插拔，而不会有任何反应。其它模块继续工作。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当首次连接模块时，编码设备锁定在连接器中，这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时，对于新的同类型模块，可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。
-----------------------------------------------------------------------------------------
S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品，它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。这就是说，S7-300 是用于集中式或分布式结构的解决方案。坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值概述。
数字量输入/输出模块用于处理自动化系统中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求
各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务
简单实用的分布式结构和多界面网络能力，应用十分灵活
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当控制任务增加时，可自由扩展
大量的集成功能使它功能非常强劲
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大量不同的数字量和模拟量模块可**提供每种任务所需的输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数目、电压和电流范围、隔离、诊断和报警功能等方面有所不同。
对于在此列举的所有模块系列，SIPLUS 部件也可应用在扩展温度范围 -25 - +60℃ 以及腐蚀性环境/冷凝环境中。
另外，面向安全的应用中还可使用故障安全模块。
数字量输入/输出模块具有下列机械特性：
紧凑型设计
坚固的塑料机壳里包括：
-
绿色 LED，用于指示输入/输出的信号状态
-
前连接器插座，通过前门保护
-
前门上的标签区。
-
连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。
安装方便
模块安装在 DIN 导轨上并通过总线连接器连接到相邻模块。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。
当在 ET 200M 分布式 I/O 系统中与有源总线模块一起使用时，可以对数字量输入/输出模块进行热插拔，而不会有任何反应。其它模块继续工作。
方便用户接线
装置单元通过连接器连接。当首次连接模块时，编码设备锁定在连接器中，这样该连接器只能适合于同样类型的模块。更换模块时，对于新的同类型模块，可原封不动保持前连接器的接线状态。这样可以避免在更换模块的过程中将已接线的前连接器插入到错误模块中。
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S7-300是SIMATIC控制器中销售量**多的产品，它已成功地用于范围广泛的自动化领域。S7-300 的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。这就是说，S7-300 是用于集中式或分布式结构的解决方案。坚持不懈的创新和改革使S7-300这个广泛应用的自动化平台能持续不断的升值概述。
数字量输入/输出模块用于处理自动化系统中的数字量输入/输出任务。 可通过这些模块连接数字量传感器和执行器。
西门子SM322数字量输出模块6ES7322-1BP00-0AA0
漏电断路器的作用及工作原理、技术参数与选择
（1）作用：主要用于当发生人身触电或漏电时，能迅速切断电源，保障人身安全，防止触电事故。有的漏电保护器还兼有过载、短路保护，用于不频繁起、停电动机。
（2）工作原理：当正常工作时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流相量之和等于零，故其二次绕组中无感应电动势产生，漏电保护器工作于闭合状态。如果发生漏电或触电事故，三相电流之和便不再等于零，而等于某一电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，这样零序电流互感器二次侧产生与Is对应的感应电动势，加到脱扣器上，当Is达到一定值时，脱扣器动作，推动主开关的锁扣，分断主电路。
（3）参数与类型
参数：额定电流，额定漏电动作电流，额定漏电动作时间。
类型：按动作方式可分为电压动作型和电流动作型；按动作机构分，有开关式和继电器式；按极数和线数分，有单极二线、二极、二极三线等。
（4）选择：选择漏电保护器应按照使用目的和根据作业条件选用：
按使用目的选用：
①以防止人身触电为目的。安装在线路末端，选用高灵敏度，**型漏电保护器。
②以防止触电为目的与设备接地并用的分支线路，选用中灵敏度、**型漏电保护器。
③用以防止由漏电引起的火灾和保护线路、设备为目的的干线，应选用中灵敏度、延时型漏电保护器。
按供电方式选用：
①保护单相线路（设备）时，选用单极二线或二极漏电保护器。
②保护三相线路（设备）时，选用三极产品。
③既有三相又有单相时，选用三极四线或四极产品。
5）使用方法
①在选定漏电保护器的极数时，必须与被保护的线路的线数相适应。
②安装在电度表和熔断器后检查漏电可靠度，定期校验。
步进电机环形分配器的PLC程序组合逻辑设计举例
下面通过步进电机环形分配器的PLC程序来进行说明：
（1）工作原理
步进电机控制主要有三个重要参数即转速、转过的角度和转向。由于步进电机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。转向由环形分配器的输出通过步进电机A、B、C相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电机转向。
如图5-47给出了一个双向三相六拍环形分配器的逻辑电路。电路的输出除决定于复位信号RESET外，还决定于输出端QA、QB、QC的历史状态及控制信号－EN使能信号、CON正反转控制信号和输入脉冲信号。其真值表如表5-4所示。
图5-47 步进电机环形分配器
表5-4 真值表
|
CON |
1 |
0 |
||||||
|
Z |
EN |
CLK |
A |
B |
C |
A |
B |
C |
|
1 |
Φ |
Φ |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
↑ |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
↑ |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
↑ |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
↑ |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
↑ |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
↑ |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
（2）程序设计
程序设计采用组合逻辑设计法，由真值表可知：
当CON＝0时，输出QA、QB、QC的逻辑关系为：
当CON＝1时，输出QA、QB、QC的逻辑关系为：
当CON＝0，正转时步进机A、B、C相线圈的通电相序为：
当CON＝1，反转时各相线圈通电相序为：
QA、QB、QC的状态转换条件为输入脉冲信号上升沿到来，状态由前一状态转为后一状态，所以在梯形图中引入了上升沿微分指令。
PLC输入/输出元件地址分配见表6-3。
表6-3 PLC输入/输出元件地址分配表
|
PLC IN |
代号 |
PLC OUT |
代号 |
|
X0 |
CLK |
Y0 |
QA |
|
X1 |
EN |
Y1 |
QB |
|
X2 |
RESET |
Y2 |
Qc |
|
X3 |
CON |
|
|
根据逻辑关系画出步进电机机环形分配器的PLC梯形图，如图5-48所示。
图5-48 环形分配器的梯形图
梯形图工作原理简单分析如下：设初始状态为RESET有效。X2常开触点闭合，Y0输出为“1”状态，Y1、Y2为“0”状态，RESET无效后，上述三输出状态各自保持原状态。CON＝0（X3=0），当EN（X1=1）有效，且有输入脉冲信号CLK（X0）输入，CLK（X0）上升沿到来，M0辅助继电器常开触点闭合一个扫描周期。在此期间，各输出继电器状态自保持失效，Y0输出保持为“1”状态，Y1输出由“0”变“1”，Y2输出状态为“0”。一个扫描周期过后，M0常开触点断开，常闭触点闭合，各输出继电器状态恢复自保持，等待下一个输入脉冲信号上升沿的到来。其它部分请读者自己分析。
安装一个典型的S7-300PLC硬件系统的步骤讲解
1. 实训目的
①熟悉S7-300常用模块
②掌握S7-300常用模块安装规范
2. 实训任务和要求
安装一个单导轨PLC控制系统，包含一个数字量模块，一个模拟量模块，一个仿真模块。要求各模块安装符合安装规范，
3. 实训设备
电源模块PS 307（10A）、CPU模块313C-2DP、数字量模块SM322、模拟量模块SM334、仿真模块SM374、连接器、导轨、螺钉、螺丝刀、导线若干。
4. 安装步骤
①对照部件清单检查部件是否齐备；
②安装导轨
③安装电源
④把总线连接器连到CPU，并安装模块；
⑤把总线连接器连到 I/O 模块，并安装模块；
⑥连接前连接器，并插入标签条和槽号；
⑦给模块配线（电源，CPU 和 I/O 模块）。
一、 S7-300PLC指令结构和寻址方式
1. 指令结构：操作码+操作数
2. 寻址方式：立即寻址、直接寻址、间接寻址
二、 位逻辑运算类指令
与和与非指令，或喝或非指令，异或和异或非指令
三、 位操作指令
输出指令，置位/复位指令，RS触发器，对RLO的直接操作指令
四、 位测试指令
对RLO的跳变沿指令，对触点跳变沿直接检测的梯形图方块指令
plc与dcs的分析比较
dcs和plc的设计原理区别较大，plc是由继电器控制原理发展起来的，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控
制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。plc的cpu内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到**终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的plc，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作，这是dcs所没有的。这也是使plc的冗余不如dcs的原因。dcs是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数和过程变量之间的关系都做成功能块（有的dcs系统称为膨化块）。dcs和plc的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。80年代以后，plc除逻辑运算外，控制回路用的算法功能已经大大加强，但 plc用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出**的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。而dcs把所有输入都当成模拟量，1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于plc解算一个pid运算在几十毫秒，这与dcs的运算时间不相上下。
在接地电阻方面，对plc也许要求不高，但对dcs一定要在几欧姆以下（通常在4欧姆以下）。模拟量隔离也是非常重要的。
相同i/o点数的系统，用plc比用dcs，其成本要低一些（大约能省40%左右）。plc没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比dcs要低很多。如果被控对象主要是设备连锁、回路相对很少，采用plc较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多，**采用dcs。dcs在控制器、i/o板、通讯网络等的冗余方面，一些高级运算、行业的特殊要求方面都要比plc好的多。plc由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。
S7-200PLC中断指令介绍
中断指令有4条，包括开、关中断指令，中断连接、分离指令。指令格式如表1所示。
1. 开、关中断指令
开中断（ENI）指令全局性允许所有中断事件。关中断（DISI）指令全局性禁止所有中断事件，中断事件的每次出现均被排队等候，直至使用全局开中断指令重新启用中断。
PLC转换到RUN（运行）模式时，中断开始时被禁用，可以通过执行开中断指令，允许所有中断事件。执行关中断指令会禁止处理中断，但是现用中断事件将继续排队等候。
2. 中断连接、分离指令
中断连接指令（ATCH）指令将中断事件（EVNT）与中断程序号码（INT）相连接，并启用中断事件。
分离中断（DTCH）指令取消某中断事件（EVNT）与所有中断程序之间的连接，并禁用该中断事件。
注意：一个中断事件只能连接一个中断程序，但多个中断事件可以调用一个中断程序。
表1 中断指令格式
|
LAD |
|
|
|
|
|
STL |
ENI |
DISI |
ATCH INT，EVNT |
DTCH EVNT |
|
操作数及数据类型 |
无 |
无 |
INT：常量 0-127 EVNT：常量，CPU 224: 0-23; 27-33 INT/EVNT数据类型：字节 |
EVNT：常量， CPU 224: 0-23; 27-33 数据类型：字节 |
西门子S7-200系列PLC与PC通信程序流程图及工作过程
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。