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PLC的发展与应用阶段划分
（1）PLC的发展大体上可分为3个阶段：
①形成期（1970―1974年）
在这一期间PLC以准计算的面貌与用户见面。在软件上采用机器码和汇编语言编写应用程序，在硬件上采用中小规模集成电路构成系统。其功能**于开关逻辑控制，且价格昂贵，只在一些大型生产设备和自动生产线上使用。
②成熟期（1973―1978年）
在这一时期，一方面随着大规模集成电路的出现，出现了以微处理器为核心的新一代PLC，另一方面采用了梯形图语言，通俗易懂。由此称为PLC，且技术也日趋完善。
③大发展时期（1977――至今）
由于PLC技术的发展始终保持两个特点：一是继承继电器控制系统的特点，二是应用了计算机技术。所以随着PLC应用的扩大，全面促进了PLC的生产和研究，产品的品种也越来越多，需求量也越来越大，而且很受欢迎，PLC也成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。国家已形成为重要产业。据不完全统计，**PLC总销售额1987年为25亿美元，1988年为31亿美元，比前一年增长24％。1989年为36亿美元，比上一年增长16％。而且新的生产家不断涌现，产量产值大幅度增加，价格也普遍下降。
据美国《控制工程》杂志统计，1984年美国注册生产的厂家有48家，其中**的有AB（Allen bradly）公司、GM（Gould Modicon）公司、TI仪器（Texas Instruments）公司、GE（General Electric）公司、西屋（Westen House）电气公司等。
据日本《自动化》杂志统计，1982年日本有40家工厂生产PC，其中**的有三菱、日立、立石、夏普、安川、东芝、富士等公司。
据德国《工业电气电子》杂志统计，1984年欧州有60家生产PLC的厂家，其中**的有德国西门子公司、BBC公司、AEG公司及法国的TE公司等。
（2）随着国外PLC技术的日益发展，其应用也越来越广泛，其范围通常可分成五大类型
①顺序控制
这是现今PLC应用**广泛的领域，可以取代传统的继电器顺序控制可以用于单机、多级群控制式生产自动线控制。如：注塑机、印刷机械、组合机床、装配生产线、包装生产线、电镀车间及电梯控制线路等等。
②运动控制
PLC制造商目前已提供了拖动步进电机式伺服电机的单轴式多轴位置控制模块。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴式数轴到目标位置。当每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的编程可用PLC的语言完成，通过编程器输入。
③过程控制
PLC能控制大量的物理参数。例如:温度、压力、速度和流量。PID（Proportional-Integral-Derivative）模块的提供使PLC具有了闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当由于控制过程中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。
④数据处理
在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。**的日本FANUC公司推出的SYSTEM 10.11.12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件，通过窗口软件用户可以自由编程，由PLC连至CNC设备使用。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理体系。
⑤通信
为了适应国外近年来兴起的工厂自动化（FA）系统发展需要，发展了PLC之间、PLC与上级计算机之间的通信功能，它们都采用光纤通信多级传递。输入/输出模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。
PLC的软件设计步骤及设计举例
一、翻译法
翻译法是用所选机型的PLC中功能相当的软器件，代替原继电器—接触器控制线路原理图中的器件，将继电器—接触器控制线路翻译成PLC梯形程序图的方法。
1.设计步骤
2.设计举例
图1为用翻译法将原有继电器—接触器控制线路改用PLC进行控制的电路图和梯形图
二、功能图法
功能图又称状态流程图，主要是针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。
1.设计步骤
2.设计举例
三、逻辑设计法
在进行程序设计时以布尔逻辑代数为理论基础，既以逻辑变量“0”或“1”作为研究对象，以“与”、“或”、“非”三种基本逻辑运算为分析依据，对电气控制线路进行逻辑运算，把触点的“通、断”状态用逻辑变量“0”或“1”来表示具有多变量的“与”逻辑关系表达式可以直接转化为触点串连的梯形图。如图2(a)所示。
具有多变量的“或”逻辑关系表达式可以直接转化为触点并联的梯形图。如图2(b)所示。
具有多变量“与或”、“或与”逻辑关系表达式可以直接转化为触点串并联的梯形图。如图2(c)所示。
三相异步电动机的定子部分的组成部分介绍
定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。
（1）外壳
三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。
机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。
端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。
轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。
接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。
吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。
（2）定子铁心
异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图2所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。
（a）定子铁心 （b）定子冲片
图2 定子铁心及冲片示意图
（3）定子绕组
定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如图3所示，可以接成星形或三角形。
（a）星形连接 （b）三角形连接
PLC由哪几个主要部分组成？各部分的作用是什么？
PLC由中央处理器CPU,存储器,输入输出接口,编程器组成.
中央处理器CPU是核心,它的作用时接受输入的程序并存储程序.扫描现场的输入状态,执行用户程序,并自诊断.
存储器用来存放程序和数据,
输入接口采集现场各种开关接点的信号状态,并将其转化成标准的逻辑电平,输出接口用于输出电信号来控制对象.
编程器用于用户程序的编制,编辑,调试,检查和监视.还可以显示PLC的各种状态.
扫描周期:是PLC每执行一遍从输入到输出所需的时间.
工作过程是
1.输入现场信号:在系统的控制下,顺序扫描各输入点,读入的输入点的状态.
2.顺序扫描用户程序中的各条指令,根据输入状态和指令内容进行逻辑运算.
3.并输出控制信号,根据逻辑运算的结果,输出状态寄存器向各输出点发出相应的控制信号.实现所要求的逻辑控制功能.
SIEMENS公司的PLC网络的结构原理和特点介绍
西门子PLC的网络是适合不同的控制需要制定的，也为各个网络层次之间提供了互连模块或装置，利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络。西门子S7系列PLC网络采用3级总线复合型结构，**一级为远程I/O链路，负责与现场设备通信，在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制。中间一级为Profibus现场总线或主从式多点链路。前者是一种新型现场总线，可承担现场、控制、监控三级的通信，采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式；后者为一种主从式总线，采月主从轮询式通信。**高一层为工业以太网，它负责传送生产管理信息。在工业以太网通信协议的下层中配置以802.3为核心的以太网协议，在上层向用户提供TF接口，实现AP协议与MMS协议。
图1 SIEMENS公司的PLC网络
堆栈是计算机中**常用的一种数据结构，遵循先入后出的原则，一般用于保存数据。在S7-200PLC中涉及堆栈操作的指令有以下三种，**后本文给出了梯形图应用实例。
逻辑入栈（LPS，Logic Push）指令复制栈顶的值并将这个值推入栈顶，原栈顶中各级数据依次向下一级推移，栈底值被推出丢失。
逻辑读栈（LRD，Logic Read）指令将堆栈中第2层的值复制到栈顶，第2~9层的数据不变，原栈顶值消失。
? 逻辑出栈（LPP，Logic Pop）指令使栈内各层的数据向上移动一层，第2层的数据成为堆栈新的栈顶值，栈顶原来的数据从栈内消失。
梯形图在使用堆栈指令的注意事项：合理使用LPS、LRD和LPP指令可使程序简化PLC100.COM，但是注意LPS和LPP必须成对使用。用编程软件将梯形图转换为语句表程序时，编程软件会自动地加入LPS、LRD和LPP指令。而写入语句表程序时，必须由用户来写入LPS、LRD和LPP指令。
PLC控制系统与电器控制系统的区别
PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：
1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。
2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。
3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。
4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。
5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。
S7-200系统PLC的工作温度有什么区别
200PLC能在零下20度工作吗？
S7-200的工作环境要求为：
0°C－55°C，水平安装
0°C－45°C，垂直安装
相对湿度95%，不结露
西门子还提供S7-200的宽温度范围产品（SIPLUS S7-200）：
工作温度范围：-25°C－+70°C
相对湿度：55°C时98%，70°C时45%
其他参数与普通S7-200产品相同
S7-200的宽温型产品，每种都有其单独的订货号，可以到SIPLUS产品主页查询。如果没有找到，则说明目前没有对应的SIPLUS产品。 文本和图形显示面板没有宽温型产品。 还要注意国内没有现货，如需要请和当地西门子办事处或经销商联系。
加法指令的要素
|
指令名称 |
助记符 |
指令代码位数 |
操作数范围 |
程序步 |
||
|
S1(.) |
S2(.) |
D(.) |
||||
|
加法 |
ADD ADD(P) |
FNC20 (16/32) |
K 、 H KnX 、 KnY 、 KnM 、KnS T 、 C 、 D 、 V 、 Z |
KnY 、 KnM、 KnS T 、 C 、D 、 V 、Z |
ADD 、 ADDP…7步 DADD 、DADDP…13 步 |
|
ADD 加法指令是将指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中去。 ADD 加法指令的说明如图 1表示。
图图1 加法指令使用说明
当执行条件 X0 由 OFF → ON 时， [D10]+[D12] → [D14] 。运算是代数运算，如 5+ （ -8 ） =-3 。
ADD 加法指令有 3 个常用标志。 M8020 为零标志， M8021 为借位标志， M8022 为进位标志。
如果运算结果为 0 ，则零标志 M8020 置 1 ；如果运算结果超过 32767 （ 16 位）或 2147483647 （ 32位），则进位标志 M8022 置 1 ；如果运算结果小于 -32767 （ 16 位）或 -2147483647 （ 32 位），则借位标志M8021 置 1 。
在 32 为运算中，被指定的字元件是低 16 位元件，而下一个元件为高 16 位元件。
源和目标可以用相同的元件号。若源和目标元件号相同而采用连续执行的 ADD 、（ D ） ADD 指令时，加法的结果在每个扫描周期都会改变。
日时钟中断（OB10） ——西门子S7-300PLC组织块OB及其应用
OB10可按下列间隔运行：
Once（一次）：只在特定日期和时间执行一次。
Every minute：从特定日期和时间开始，每分钟执行一次。
Hourly：从某一特定日期和时间开始，每小时执行一次。
Daily：从某一特定日期和时间开始，每天执行一次。
Weekly：从某一特定日期和时间开始，每周执行一次。
Monthly：从某一特定日期和时间开始，每月执行一次。
Annually：从某一特定日期和时间开始，每年执行一次。
OB10的起始时刻和间隔时间设置：
1. 过定义OB10执行的起始时刻（日期和/或时间）和间隔时间对OB10进行配置。
2. 通过S7组态工具配置CPU的日时钟的中断参数或者在程序中调用SFC28（SET-TINT）设置时间。
3. 通过S7组态工具在CPU的日时钟中断参数块中选择激活项，
4. 在程序中调用SFC30（ACT-TINT）来激活OB10。
由调用SFC 32启动．调用SFC 32时要提供实参。
OB-NR 延时中断OB的号码
DTIME 延时长度（1至60000ms）
SIGN 延时OB被调用时进入OB的启动信息标志器
RET-VAL OB 执行过程中发生错误时的错误代码
处理延时中断的SFC
SFC32 SRT_TINT 启动延时中断
SFC33 CAN_DINT 取消延时中断
SFC34 QRY_TINT 查询延时中断
前 面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始， 怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十 来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电 路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。
按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选**常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。
一、电源电路的功能和组成
每 个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的**简单的供电方法是 用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此**经济可靠而又方便的是使用整流电源。
电 子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把 220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，**后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。
二、整流电路
整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。
（ 1 ）半波整流
半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电
（ 2 ）全波整流
全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图 2 （ b ）。负载 R L 上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。
（ 3 ）全波桥式整流
用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图 2 （ c ）。负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。
（ 4 ）倍压整流
用多个二极管和 电容器可以获得较高的直流电压。图 2 （ d ）是一个二倍压整流电路。当 U2 为负半周时 VD1 导通，C1 被充电， C1 上**高电压可接近 1.4U2 ；当 U2 正半周时 VD2 导通， C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电，使C2 上电压接近 2.8U2 ，是 C1 上电压的 2 倍，所以叫倍压整流电路。
三、滤波电路
整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。
（ 1 ）电容滤波
把电容器和负载并联，如图 3 （ a ），正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。
（ 2 ）电感滤波
把电感和负载串联起来，如图 3 （ b ），也能滤除脉动电流中的交流成分。
（ 3 ） L 、 C 滤波
用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”，被称为 L 型，见图 3 （ c ）。用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母“ π ”，被称为 π 型，见图 3 （ d ），这是滤波效果较好的电路。
（ 4 ） RC 滤波
电感器的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成 RC 滤波电路。同样，它也有L 型，见图 3 （ e ）； π 型，见图 3 （ f ）。
四、稳压电路
交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。
(1 ）稳压管并联稳压电路
用一个稳压管和负载并联的电路是**简单的稳压电路，见图 4 （ a ）。图中 R 是限流电阻。这个电路的输出电流很小，它的输出电压等于稳压管的稳定电压值 V Z 。
可编程序控制器PLC的发展概况及发展方向
一、国外PLC发展概况
PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。**总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
目前，**上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。
二、技术发展动向
1. 产品规模向大、小两个方向发展
大： I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描
速度高速化。
小： 由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2. PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3. 不断加强通讯功能
4. 新器件和模块不断推出
**的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5. 编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化
有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有**的PLC指令系统。
6. 发展容错技术
采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7.追求软硬件的标准化。
三、国内发展及应用概况
我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（1973～1979）——一位处理器为主的工业控制器（1979～1985）——8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。
PLC输入输出接口的安全保护
当输出口连接电感类设备时，为了防止电路关断时刻产生高压对输入、输出口造成破坏，应在感性元件两端加保护元件。对于直流电源，应并接续流二极管，对于交流电路应并接阻容电路。阻容电路中电阻可取51～120Ω，电容取0.1～0.47μF，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。续流二极管可选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍。图1为输入输出口的保护示意图。
在工程实际中，一般输入输出设备不可能都直接与PLC连接。而且PLC的多个输入输出端子公用一个COM端，也不可能在一个端子上连接几根甚至十几根导线，所以，必须通过端子排连接。
端子排通常是由多片端子并排安装在导轨上组成的。每片端子的两个接口是短接的，根据需要可以将各片端子短接在一起。
PLC通过端子排与外围设备连接的示意图见图1所示。也可以采用编码呼应法标注各端子接线。
