西门子专业销售6EPLC模块 312-5BE03-0AB0 CPU313
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行 业：电气 工控电器 DCS/PLC系统
发布时间：2020-05-19
图2 直流输入接口电路
滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。
2)输出接口
输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。
微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。
3)其它接口
若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。 PLC还常配置连接各种设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。
4. 编程器
编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。
编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。
目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。
5. 电源
PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许LC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化配置。
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PLC控制系统的一般结构和故障类型
PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成，如图1所示。输入部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的核心，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，由输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。
因为PLC本身的故障可能性极小，系统的故障主要来自的元部件，所以它的故障可分为如下几种：
（1）输入故障，即操作人员的操作失误；
■传感器故障；
■执行器故障；
■PLC软件故障
这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。
PLC控制系统的故障诊断方法
PLC控制系统故障的宏观诊断
故障的宏观诊断就是根据经验，参照发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。PLC控制系统的故障宏观诊断方法如下：
■是否为使用不当引起的故障，如属于这类故障，则根据使用情况可初步判断出故障类型、发生部位。常见的使用不当包括供电电源故障、端子接线故障、模板安装故障、现场操作故障等。
■如果不是使用故障，则可能是偶然性故障或系统运行时间较长所引发的故障。对于这类故障可按PLC的故障分布，依次检查、判断故障。首先检查与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构和负载是否有故障：然后检查PLC的I/O模板是否有故障：后检查PLC的CPU是否有故障。
■在检查PLC本身故障时，可参考PLC的CPU模板和电源模板上的指示灯。
■采取上述步骤还检查不出故障部位和原因，则可能是系统设计错误，此时要重新检查系统设计，包括硬件设计和软件设计。
PLC控制系统的故障自诊断
故障自诊断是系统可维修性设计的重要方面，是提高系统可靠性必须考虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因。不同控制系统自诊断的内容不同。PLC有很强的自诊断能力，当PLC出现自身故障或设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来查找。
PAC的轻便控制引擎是非常杰出的。PAC设计了一个通用的、软件形式的控制引擎用于应用程序的执行，控制引擎在实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与硬件平台无关，可以在不同平台的PAC系统间移植。因此对于用户来说，同样的应用程序不需根据系统的功能需求和投资预算选择不同性能的PAC平台。这样，根据用户需要的迅速扩展和变化，用户的系统和程序无需变化，即可无缝移植。PAC的操作系统采用通用的实时操作系统，如GE Fanuc的PACSystems系列产品即采用通用的、成熟的WindRiver公司的VxWorks实时操作系统，其可靠性已经得到全球大量的应用的证实。PAC系统的硬件结构采用标准的，通用的嵌入式系统结构设计，这样其处理器可以使用的高性能CPU，如GE Fanuc的PACSystems 系列产品的CPU 即采用了Pentium300/700MHz 处理器，而且即将推出PentiumM 处理器的CPU。
例如，研华公司全新一代的PAC控制器APAX-5000 系列，了控制、信息处理、网络通讯、影像及语音功能。此系列还具备首创的双独立式CPU控制架构，分别控制HMI/SCADA及I/O的不同任务，并提供热备等多种应用架构，软件部份提供支持国标IEC-61131-3的软逻辑软件以及可以进行编程的 环境下的开发驱动软件，APAX -5000 非常适用于严苛的批次生产应用领域，如：半导体制程设备、制药、风力控制、钢铁、IC检测机台控制及食品饮料业。
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可编程控制器控制系统设计方法
一、问题提出
可编程控制器技术主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统， 在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。
二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤
1 ．系统设计的主要内容
（ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；
（ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；
（ 3 ）选定 PLC 的型号；
（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图；
（ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；
（ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；
（ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件；
（ 8 ）编写设计说明书和使用说明书；
根据具体任务，上述内容可适当调整。
2 ． 系统设计的基本步骤
可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1 所示。
S7-300 PROFIBUS DP系统组态
PROFIBUS DP系统组态可分为带DP口的主站系统，采用通讯模板CP的主站系统以及带智能从站的DP系统。三种DP系统中带DP口的主站系统，采用通讯模板CP的主站系统在硬件组态时基本相同。
1. PROFIBUS DP系统之一：带DP口的主/从系统
带DP口的主/从系统设计十分灵活，它允许用CPU中不同的数据区域来储存DP过程数据。对数据区域的选择取决于CPU的类型和应用。过程映像区，位存储器以及数据块都可用于DP输入，输出数据。
过程映像是标准的数据分配。在CPU的过程映像中须有充分的空间为DP保留一个连续的输入区域和一个连续的输出区域。这可能受配置中过程映像大小和信号模块数量的限制。
位存储器与过程映像相同，这个区域适合于DP信号的全局存储。例如，如果过程映像可利用的空间(没有被信号模块占据的空间)不够用，则可以使用位存储区。
数据块也可以用来存储DP信号。在有关的DP数据区只被一个程序调用时使用这种存储。
F 建立S7-300 PLC主站的硬件组态（带DP口）：双击“X2/DP”栏或“CP342-5”栏，在对话框内选中“DP-Master”
F 在PROFIBUS总线上添加ET-200 从站：
主站/从站的I/O地址不能重复，它是由系统软件分配的。如果用户需要对地址进行修改，可以通过模板特性对话框重新设置。
2．PROFIBUS DP系统之二：带通讯模板CP的主站系统。
采用通讯模板CP的主站/从站系统，则主站/从站的I/O地址可以重复，因为此时的PLC系统相当于两个CPU。用户可以通过模板特性对话框任意设置I/O地址，只是主站或从站内的I/O地址不能重复。
当配置CP时，必须设定操作模式。（Operating Mode）
CP342-5 DP总是需要DP-SEND和DP-RECV。这些组块通过底板总线在CPU和CP之间转移数据．
CP342-5的数据总是连续地传输。主站数据长度是240字节，从站数据长度是86字节。
DP-SEND（发送）将CPU中的指定的DP数据区的数据发送到PROFIBUS CP的发送缓冲器，以便传送给DP从站；DP-RECV（接收）从DP从站中读出数据，将PROFIBUSCP接收缓冲区的数据放入CPU指定的DP数据区中。
DP-SEND（发送块）和DP-RECV（接收块）结构
DP-RECV（接收块）各端子参数的类型及功能
DP-SEND（发送块）各端子参数的类型及功能
3. PROFIBUS DP系统之三：带智能从站的DP系统。
智能从站的主要特点是：DP主站需要的输入／输出数据不是直接来自于真正的输入输出口，而是来自于预处理的CPU。
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图解法编程
图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
(1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是方便的一种编程方法。
(2) 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 应用程序。
(3) 时序流程图法：时序流程图法使首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成 PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。
(4) 步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。
2. 经验法编程
经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。
3. 计算机辅助设计编程
计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件。
7.3.2 PLC 软件系统设计的步骤
在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。
1. 对系统任务分块
分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。
2. 编制控制系统的逻辑关系图
从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。
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