西门子SM321信号模块6ES7321-1FF01-0AA0 西门子SM321信号模块6ES7321-1FF01-0AA0
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西门子SM321信号模块6ES7321-1FF01-0AA0
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优化解决方案。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。
一、S7-300 PLC系统组成
系统组成：
|
电源模块 (PS)
（选件） |
|
为S7-300/ET 200M 提供电源
将120/230V交流电压转变到所需要的24伏直流工作电压 输出电流2A、5A、10A |
| 中央处理单元 (CPU) |
|
多种CPU，有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通讯接口等。 |
|
接口模块 (IM) ? |
|
用于连接多机架配置的 SIMATIC S7-300 的机架。 **多配置4个机架。每个机架**多可以插入8个模块。在4个机架上**多可安装32个模块。
IM 365
IM 365/IM 361 |
| 信号模块 (SM) |
|
用于数字量和模拟量输入/输出 |
| 通讯处理器 (CP) |
|
用于连接网络和点对点连接 |
| 功能模块 (FM) |
|
用于高速计数，定位操作 (开环或闭环控制) 和闭环控制。 |
| 存储器 |
|
MMC |
| DIN标准导轨 |
|
用于模块安装 |
| 前连接器 |
|
用于简单而方便地连接传感器和执行器
更换模块时允许保持接线
采用编码元件以避免更 分为20针、40针两种 |
S7－300主要支持的硬件有：
??（1）电源（PS）
??电源模块提供了机架和CPU内部的供电电源，置于1号机架的位置。
??（2）中央处理器（CPU）
??CPU存储并处理用户程序，为模块分配参数，通过嵌入的MPI总线处理编程设备和PC、模块、其它站点之间的通讯，并可以为进行DP主站或从站操作装配一个集成的DP接口。置于2号机架。
??（3）接口模块（IM）
??接口模块将各个机架连接在一起。不同型号的接口模块可支持机架扩展或PROFIBUS?DP连接。置于3号机架，没有接口模块时，机架位置为空。
??（4）信号模块（SM）
??通常称为I/O（输入/输出）模块。测量输入信号并控制输出设备。信号模块可用于数字信号和模拟信号，还可用于进行连接，如传感器和启动器的连接。
??（5）功能模块（FM）
??用于进行复杂的、重要的但独立于CPU的过程，如：计算、位置控制和闭环控制。
??（6）通讯处理器（CP）
??模块化的通讯处理器通过连接各个SIMATIC站点，如：工业以太网，PROFIBUS或串行的点对点连接等。
??后三个模块在机架上可以任意放置，系统可以自动分配模块的地址。
??需要说明的是，每个机架**多只能安装8个信号模块、功能模块或通讯模块。如果系统任务超过了8个，则可以扩展机架（每个带CPU的中央机架可以扩展3个机架）。?
?各个模块的性能具体如下：
??（1）电源模块（PS）
??电源模块用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。
??（2）CPU模块
??各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。
?以上只是列出了部分指标，设计时还要参看相应的手册。
??（3）接口模块
??接口模块用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架 (ER)。S7-300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。
??（4）信号模块
??信号模块用于数字量和模拟量输入/输出，又分DI/DO（数字量输入/输出）和AI/AO（模拟量输入/输出）模块。
??①数字量输入模块：
??②数字量输出模块：
??③数字输入/输出模块：
??④继电器输出模块：
??⑤模拟量输入模块
??⑥模拟量输出模块：
??⑦模拟量输入/输出模块：
??（5）功能模块
??西门子S7－300功能模块模块适用于各种场合，功能块的所有参数都在STEP7中分配，操作方便，而且不必编程。包括：计数器模块（FM350），定位模块（FM351），凸轮控制模块（FM352），闭环控制模块（FM355）等许多用于特定场合的模块。
??（6）通讯模块（CP）
??S7－300通讯模块是用于连接网络和点对点通讯用的专用模块，比如：用于S7－300和SIMATIC C7通过PROFIBUS通讯的模块CP343－5，用于S7－300和工业以网通讯的模块CP343－1及CP343－1 IT等
| 6ES7312-1AE13-0AB0 | CPU312，32K内存 |
| 6ES7312-5BE03-0AB0 | CPU312C，32K内存 10DI/6DO |
| 6ES7313-5BF03-0AB0 | CPU313C，64K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO |
| 6ES7313-6BF03-0AB0 | CPU313C-2PTP，64K内存 16DI/16DO |
| 6ES7313-6CF03-0AB0 | CPU313C-2DP，64K内存 16DI/16DO |
| 6ES7314-1AG13-0AB0 | CPU314,96K内存 |
| 6ES7314-6BG03-0AB0 | CPU314C-2PTP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO |
| 6ES7314-6CG03-0AB0 | CPU314C-2DP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO |
| 6ES7315-2AG10-0AB0 | CPU315-2DP, 128K内存 |
| 6ES7315-2EH13-0AB0 | CPU315-2 PN/DP, 256K内存 |
| 6ES7317-2AJ10-0AB0 | CPU317-2DP,512K内存 |
| 6ES7317-2EK13-0AB0 | CPU317-2 PN/DP,1MB内存 |
| 6ES7318-3EL00-0AB0 | CPU319-3 PN/DP,1.4M内存 |
| 6ES7 953-8LF20-0AA0 | SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC) |
| 6ES7 953-8LG11-0AA0 | SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC) |
| 6ES7 953-8LJ20-0AA0 | SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC) |
| 6ES7 953-8LL20-0AA0 | SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC) |
| 6ES7 953-8LM20-0AA0 | SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC) |
| 6ES7 953-8LP20-0AA0 | SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC) |
| 开关量模板 | |
| 6ES7 321-1BH02-0AA0 | 开入模块（16点，24VDC） |
| 6ES7 321-1BH10-0AA0 | 开入模块（16点，24VDC） |
| 6ES7 321-1BH50-0AA0 | 开入模块（16点，24VDC，源输入） |
| 6ES7 321-1BL00-0AA0 | 开入模块（32点，24VDC） |
| 6ES7 321-7BH01-0AB0 | 开入模块（16点，24VDC，诊断能力） |
| 6ES7 321-1EL00-0AA0 | 开入模块（32点，120VAC） |
| 6ES7 321-1FF01-0AA0 | 开入模块（8点，120/230VAC） |
| 6ES7 321-1FF10-0AA0 | 开入模块（8点，120/230VAC）与公共电位单独连接 |
| 6ES7 321-1FH00-0AA0 | 开入模块（16点，120/230VAC） |
| 6ES7 321-1CH00-0AA0 | 开入模块（16点，24/48VDC） |
| 6ES7 321-1CH20-0AA0 | 开入模块（16点，48/125VDC） |
| 6ES7 322-1BH01-0AA0 | 开出模块（16点，24VDC） |
| 6ES7 322-1BH10-0AA0 | 开出模块（16点，24VDC）高速 |
| 6ES7 322-1CF00-0AA0 | 开出模块（8点，48-125VDC） |
| 6ES7 322-8BF00-0AB0 | 开出模块（8点，24VDC）诊断能力 |
| 6ES7 322-5GH00-0AB0 | 开出模块（16点，24VDC，独立接点，故障保护） |
| 6ES7 322-1BL00-0AA0 | 开出模块（32点，24VDC） |
| 6ES7 322-1FL00-0AA0 | 开出模块（32点，120VAC/230VAC） |
| 6ES7 322-1BF01-0AA0 | 开出模块（8点，24VDC，2A） |
| 6ES7 322-1FF01-0AA0 | 开出模块（8点，120V/230VAC） |
| 6ES7 322-5FF00-0AB0 | 开出模块（8点，120V/230VAC，独立接点） |
| 6ES7 322-1HF01-0AA0 | 开出模块（8点,继电器,2A） |
| 6ES7 322-1HF10-0AA0 | 开出模块（8点,继电器,5A，独立接点） |
| 6ES7 322-1HH01-0AA0 | 开出模块(16点,继电器) |
| 6ES7 322-5HF00-0AB0 | 开出模块（8点,继电器,5A，故障保护） |
| 6ES7 322-1FH00-0AA0 | 开出模块（16点，120V/230VAC） |
| 6ES7 323-1BH01-0AA0 | 8点输入，24VDC；8点输出，24VDC模块 |
| 6ES7 323-1BL00-0AA0 | 16点输入，24VDC；16点输出，24VDC模块 |
| 模拟量模板 | |
| 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 模拟量输入模块(8路，多种信号) |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 模拟量输入模块(2路，多种信号) |
| 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 模拟量输入模块(8路，15位精度) |
| 6ES7 331-7NF10-0AB0 | 模拟量输入模块(8路，15位精度)4通道模式 |
| 6ES7 331-7HF01-0AB0 | 模拟量输入模块(8路，14位精度，**) |
| 6ES7 331-1KF01-0AB0 | 模拟量输入模块(8路, 13位精度) |
| 6ES7 331-7PF01-0AB0 | 8路模拟量输入,16位,热电阻 |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 8路模拟量输入,16位,热电偶 |
| 6ES7 332-5HD01-0AB0 | 模拟输出模块(4路) |
| 6ES7 332-5HB01-0AB0 | 模拟输出模块(2路) |
| 6ES7 332-5HF00-0AB0 | 模拟输出模块(8路) |
| 6ES7 332-7ND02-0AB0 | 模拟量输出模块(4路，15位精度) |
| 6ES7 334-0KE00-0AB0 | 模拟量输入(4路RTD)/模拟量输出（2路） |
| 6ES7 334-0CE01-0AA0 | 模拟量输入(4路)/模拟量输出（2路） |
西门子SM321信号模块6ES7321-1FF01-0AA0
我国嵌入式PLC具发展前景分析
嵌入式PLC的发展也呈现多元化，国内外均有良好表现：德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色；国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件，作为硬件平台，开发了多模人通道的嵌入式PLC；还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台，充分利用了CASE工具，结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库，专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。
而在我国嵌入式PLC的发展空间，首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点：有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础，并拥有足够的、性价比全球**的设计开发队伍。我们完全可以以**的成本、较高的质量，并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC，来代替通用PLC。
同时，嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活，易于剪裁，更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础，拿来就可用。SOC芯片、嵌入式操作系统与符合工EC61131-3编程语言标准的编程环境等优势，使得其在市场上很容易找到。
PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的；它们的不同之处主要表现在：
（1）控制逻辑——继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，灵活性和扩展性都很好。
（2）工作方式——继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以属于串行工作方式。
（3）可靠性和可维护性——继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，PLC还配有自检和监督功能，可靠性和可维护性好。
（4）控制速度——继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，且机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，且不会出现抖动。
（5）定时控制——继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器时基脉冲由晶振产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围广，调整时间方便。
（6）设计和施工——使用继电器控制逻辑完成一项工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长、而且修改困难。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，**，且调试和修改都很方便。
逻辑设计法实现基于PLC的交通灯控制系统举例
逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。该方法在单一的条件控制系统中，非常好用，相当于组合逻辑电路，但和时间有关的控制系统中，就很复杂。
下面将介绍一个交通信号灯的控制电路。
【例】用PLC构成交通灯控制系统。
（1）控制要求：如图1所示，起动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。
图1 交通灯控制示意图
（2）I/O分配
输入 输出
起动按钮：I0.0 南北红灯：Q0.0 东西红灯：Q0.3
南北黄灯：Q0.1 东西黄灯：Q0.4
南北绿灯：Q0.2 东西绿灯：Q0.5
南北车灯：Q0.6 东西车灯：Q0.7
（3）程序设计
根据控制要求首先画出十字路口交通信号灯的时序图，如图2所示。
图2 十字路口交通信号灯的时序图
根据十字路口交通信号灯的时序图，用基本逻辑指令设计的信号灯控制的梯形图如图3所示。分析如下：
首先，找出南北方向和东西方向灯的关系：南北红灯亮（灭）的时间=东西红灯灭（亮）的时间，南北红灯亮25S（T37计时）后，东西红灯亮30S（T41计时）后。
其次，找出东西方向的灯的关系：东西红灯亮30S后灭（T41复位）→东西绿灯平光亮20S（T43计时）后→东西绿灯闪光3S（T44计时）后，绿灯灭→东西黄灯亮2S（T42计时）。
再其次，找出南北向灯的关系：南北红灯亮25S（T37计时）后灭→南北绿灯平光25S（T38计时）后→南北绿灯闪光3S（T39计时）后，绿灯灭→南北黄灯亮2S（T40计时）。
**后找出车灯的时序关系：东西车灯是在南北红灯亮后开始延时（T49计时）1S后，东西车灯亮，直至东西绿灯闪光灭（T44延时到）；南北车灯是在东西红灯亮后开始延时（T50计时）1S后，南北车灯亮，直至南北绿灯闪光灭（T39延时到）。
根据上述分析列出各灯的输出控制表达式：
东西红灯：Q0.3=T37 南北红灯Q0.0=M0.0·T3
东西绿灯：Q0.5=Q0.0·T43+T43·T44·T59 南北绿灯Q0.2=Q0.3·T38+T38·T39·T59
东西黄灯：Q0.4=T44·T42 南北黄灯Q0.1=T39·T40
东西车灯：Q0.7=T49·T44 南北车灯Q0.6=T50·T39
图3 基本逻辑指令设计的信号灯控制的梯形图
西门子S7-200网络的通讯设置和元件选择
S7-200的端口是不隔离的，如果想使网络隔离，应考虑使用RS-485中继器或者EM277。
注意：
●具有不同电位的互联设备有可能导致不希望的电流流过连接电缆。
●这种不希望的电流可能导致通讯失败或者设备损坏。
●要确保用通讯电缆连接的所有设备有相同的参考电位，或者彼此隔离，来避免产生这种不希望的电流。
为网络确定通讯距离、通讯速率和电缆类型
网段的**长度取决于两个因素：隔离（用RS-485中继器）和波特率。但连接具有不同电位的设备是需要隔离。当接地点之间的距离很远时，有可能具有不同的地电位。即使距离较近，大型机械的负载电流也能导致地电位的不同。
表1 网络电缆的**长度
|
波特率 |
非隔离CPU口1 |
有中继器的CPU口或者EM277 |
|
9.6K到187.5K |
50m |
1000m |
|
500k |
不支持 |
400m |
|
1M到1.5M |
不支持 |
200m |
|
3M到12M |
不支持 |
100m |
1 如果不是用隔离端和中继器，允许的**距离为50m。测量该距离时，从网段的**个节点开始。到网段的**后一个节点。
在网络中使用中继器
RS-485中继器为网段提供偏压电阻和终端电阻。目的是为了：
●增加网络的长度：在网络中使用一个中继器可以使网络的通讯距离扩展50m。如果使用两个中继器而且中间没有其他节点，网络的通讯距离按照所使用的波特率扩展一个网段的长度。在一个串联网络中，**多可以使用9个中继器。但网络的长度不能超过9600m.
●为网络增加设备：在9600的波特率下。50米距离之内，一个网段**多可以连接32个设备，使用一个中继器允许在网络上增加32个设备。
●在不同的网段之间电隔离：如果不同的网段具有不同的地电位，将他们隔离会提高网络的通讯质量。
一个中继器在网络中被算作网段的一个节点，但没有被指定站地址。
图1带有中继器的网络
选择网络电缆
S7-200 网络使用RS-485标准，是用双绞线电缆。在一个网段上可以连接32个设备。
表2 网络电缆的通用指标
|
技术指标 |
描述 |
|
电缆类型 |
屏蔽双绞线 |
|
回路阻抗 |
≤115Ω/Km |
|
有效电容 |
30pF/m |
|
标称阻抗 |
大约135Ω-160Ω（频率=3MHz-20MHz） |
|
衰减 |
0.9Db/100m(频率=200KHz) |
|
导线截面积 |
0.3mm2-0.5mm2 |
|
电缆直径 |
8mm±0.5mm |
PLC工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从**条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回**条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。
如何制作PLC信号接口技术文件
根据选定PLC的接口技术规格，设计和编制如下技术文件：
（1）输入输出信号电路原理图。
（2）地址表。
（3）PLC数据表。
上述文件是制作PLC程序不可缺少的技术资料。梯形图中所用到的所有内部和外部信号、信号地址、名称、传输方向，与功能指令有关的设定数据，与信号有关的电气元件等都反映在这些文件中。编制文件的设计员除需要掌握所用CNC装置和PLC控制器的技术性能外，还需要具备一定的电气设计知识。
1．在电动机的控制线路中串入自耦变压器，使起动时定子绕组上得到自耦变压器的二次电压，起动完毕后切除自耦变压器，额定电压直接加于定子绕组，电动机进入全压正常工作。
2．工作过程
合上QS，按下SB2，KT、KM1线圈通电吸合，KT瞬时触头闭合实现自锁，KM1主触点闭合，电动机M取用自耦变压器二次电压减压起动。
KT延时时间到，延时断开常闭触点首先断开，KM1失电；延时闭合常开触点闭合，KM2得电，电动机直接接入电网全压运行，完成起动。
3．自耦变压器减压起动适用于起动较大容量的正常工作接成星形或三角形的电动机，起动转矩可以通过改变抽头的位置得到改变，它的缺点是自耦变压器价格较贵，而且不允许频繁起动。
PLC的三大应用领域简介——开关逻辑和顺序、过程控制、运动控制
(1) 开关逻辑和顺序控制：这是可编程序控制器**基本的控制功能，在工业场合应用**广泛，可代替继电器控制系统。开关量逻辑控制不但能用于单台设备，而且可用于生产线上。
(2) 过程控制：PLC通过模拟量I/O模块，可对温度、流量、压力等连续变化的模拟量进行控制。大中型PLC都具有PID闭环控制功能并已广泛地用于电力、化工、机械、冶金等行业。
(3) 运动控制：PLC可应用于对直线运动或圆周运动的控制，如数控机床、机器人、金属加工、电梯控制等。
1 引言
可编程序控制器是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。
2 可编程序控制器的发展历程
可编程序控制器问世于 20 世纪 60 年代，当时的可编程序控制器功能都很简单，只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面用于可编程序控制器的集成电路还没有投入大规模工业化生产， CPU 以分立元件组成；存储器为磁心存储器，存储容量有限；用户指令一般只有二三十条，还没有成型的编程语言；机型单一，没有形成系列。一台可编程序控制器**多只能替代200~300个继电器组成的控制系统，在体积方面，与现在的可编程序控制器相比，可以说是庞然大物。
进入70年代，随着中小规模集成电路的工业化生产，可编程序控制器技术得到了较大的发展。可编程序控制器功能除逻辑运算外，增加了数值运算、计算机接口、模拟量控制等；软件开发有自诊断程序，程序存储开始使用EPROM ；可靠性进一步提高，初步形成系列，结构上开始有模块式和整体式的区分，整机功能从专用向通用过渡。
70年代后期和80年代初期，微处理器技术日趋成熟，单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。可编程序控制器开始向多处理器发展，使可编程序控制器的功能和处理速度大为增强，并具有通信和远程 I/O 能力，增加了多种特殊功能，如浮点运算、三角函数、查表、列表等，自诊断和容错技术也迅速发展。
80年代后期到90年代中期，随着计算机和网络技术的普及应用，超大规模集成电路、门阵列以及专用集成电路的迅速发展，可编程序控制器的CPU已发展为由16位或32位微处理器构成，处理速度得到很大提高，高速计数、中断、PID、运动控制等功能引入了可编程序控制器。使得可编程序控制器能够满足工业生产过程的各个领域，可编程序控制器已完全取代了传统的逻辑控制装置，模拟量仪表控制装置和以小型机为核心的DDC（直接数字控制）控制装置。由于联网能力增强，既可和上位计算机联网，也可以下挂 FLEX I/O 或远程 I/O ，从而组成分布式控制系统（DCS）已无困难。梯型图语言和语句表语言完全成熟，基本上标准化，SFC（顺序功能图）语言逐步普及，专用的编程器已被个人计算机和相应编程软件所替代，人机界面装置日趋完善，已能进行对整个工厂的监控、管理，并发展了冗余技术，大大加强了可靠性。
进入21世纪，可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。目前可编程序控制器主要向两 个方向扩展：一是综合化控制系统，它已经突破了原有的可编程序控制器的概念，将工厂生产过程控制与信息管理系统密切结合起来，甚至向上为MES和ERP系统准备了技术基础，这种发展趋势会使得举步为艰的ERP系统有了坚实的技术基础，从而会带来工业控制的一场变革，实现真正意义上的电子信息化工厂；二是微型可编程序控制器异军突起，体积如手掌大小，功能可覆盖单体设备及整个车间的控制功能，并具备联网功能，这种微型化的可编程序控制器使得控制系统可将触角延伸到工厂的各个角落。随着**经济一体化进程的加快，在技术发展的同时，发达国家更加注重了对可编程序控制器的知识产权的保护，国际大型可编程序控制器制造商纷纷加入了可编程序控制器的国际标准化组织，他们利用许多技术标准建立了符合他们经济利益的技术保护壁垒。
3 可编程序控制器在我国的发展
我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：
(1) 可编程序控制器的初级认识阶段（70 年代后期到 80 年代初期）
国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。
(2) 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80 年代初期到90年代初期）
80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。
随着应用能力的提高和市场需求的扩大，一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针，一方面进行二次开发和应用研究，一方面也在引进可编程序控制器的生产线，建立生产可编程序控制器的合资企业，积极开发自己的产品。
同时，国内也开始研制可编程序控制器产品，当时在上海、北京、西安、广州、长春等地有约 20 多家科研单位、大专院校和工厂都在研制和生产可编程序控制器，但由于缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后，只能停留在实验室阶段，没能投入实际应用和形成工业化生产。
(3) 可编程序控制器的广泛发展阶段（90 年代初期到现在）
进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：
a. 政府重视
可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。
b. 应用更加广泛
这一阶段可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。在这一阶段中，我国的工程技术人员充分显示出了设计应用、软件制作、设备成套的能力。**近，在笔者自行设计成套、软件开发、安装调试的我国西部大开发重点项目青海盐湖100万吨氯化钾项目中，采用可编程序控制器组成了全厂的自动化控制系统，并将可编程序控制器设计在MCC柜中，实现了全厂六百多面MCC柜、覆盖全厂各个工艺流程的综合自动化系统。该应用项目已引起国外各大公司的注意，罗克韦尔自动化公司邀请项目设计人员去美国公司总部进行介绍。
c. 研制、开发、生产取得成果
随着我国改革开放的不断深入，国外厂商纷纷看好中国的市场，在中国建立他们的办事处，甚至将他们的亚太总部设在中国。国内企业纷纷引进国外技术，从而促进了一批技术引进企业、合资企业的建立，带动了我国可编程序控制器行业的技术发展。可喜的是从90年代初期开始，由于可编程序控制器应用的不断深入，国内又掀起了自主研制开发可编程序控制器的高潮，虽然多为小型可编程序控制器，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性已有明显的提高，代表产品如南京嘉华的JH200，I/O为12到120点，有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭公司的D20P，其I/O为12/8点，D100的I/O可从40点扩展到120点；兰州全志的RD100、RD200，前者I/O为9/4点，2点模入，后者I/O为20~40点，扩展的功能有编码盘测速，热电偶测温和模拟量I/O，能联网32台RD200以及与PC机进行实时通信。同时，中大规模的可编程序控制器在国内也开始出现，交通部上海船舶运输研究所的STI2000，I/O为256点，多台联网时I/O可达4096点；北京和利时公司研制生产的Hollias-PLC 可编程序控制器，其中典型的产品为数字量I/O达1024点，模拟量I/O达256点，内置TCP/IP通信接口，很容易接入管理网，配有PROFIBUS-DP现场总线的主站，从站和远程I/O，并与合作伙伴一起推出了 InterControl G3小型可编程序控制器系统。在国外产品强手如林的情况下，这些产品已具有和国外同类产品进行竞争的能力，充分说明国产可编程序控制器发展已进入了一个新的阶段。
PLC系统的故障率曲线和故障分布 ——西门子S7-300PLC组织块OB及其应用
系统故障率曲线
1．早期故障期
2．随机故障期
3．耗损故障期
可编程控制器系统的故障分布
系统故障：整个控制系统失效的总故障。
外部故障：系统与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载等部分的故障。
内部故障：可编程控制器本身的故障。
只有10%的故障发生在可编程控制器中。90%的故障发生在I/O模板中，
要提高系统的可靠性，在系统设计中要注意外部设备的选择，在可编程序控制器中我们要提高I/O模板的维修能力，缩短平均维修时间。
故障的分类
1．外部设备故障
外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障，直接影响系统的控制功能。
2．系统故障
这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。
故障发生后，可重新启动使系统恢复正常，则可认为是偶然性故障。
重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件，系统才能恢复正常，则可认为是固定故障。
3．硬件故障
这类故障主要指系统中的模板（特别是I/O模板）损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显，影响局部。
4．软件故障
软件本身所包含的错误，主要是软件设计考虑不周，在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中，由于软件工作复杂、工作量大，因此软件错误几乎难以避免。
对于可编程控制器组成的控制系统而言，绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类，可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。
可编程控制器的自诊断测试
可编程序控制器具有极强的自诊断测试功能，在系统发生故障时要充分利用这一功能。在进行自诊断测试时，都要使用诊断调试工具，也就是编程器。
利用系统功能进行诊断测试
利用可编程控制器本身所具有的各种功能，自行编制软件、采取一定措施、结合具体分析确定故障原因。
用户通过程序可以编辑组织块，来告诉CPU当出现故障时应如何处理，
如果相应的故障组织块OB没有编程，当出现该故障时，CPU转到“STOP”状态。
可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）简要介绍
可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
1．中央处理单元（CPU）
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
2．存储器（RAM、ROM）
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。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。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
3．输入输出单元（I/O单元）
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
4．电源
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
5．编程器
编程器是PLC的**外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。