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高效工程組態(tài)成就高效自動化

當plc的用戶程序要保留在ram中時，就會用到電池，電池通常是3v或3.6v的不可充電的鋰電池，電池的使用壽命通常是五年左右，電池用久了，電壓就會下降，當其下降到不足以保證ram中數(shù)據(jù)時，ram中的程序就會丟失。如果用戶沒有備份程序，就會相當麻    煩。[1]

一般plc內(nèi)部設有電池電壓檢測電路，當電壓下降到一定程度時，plc就會報警，提醒更換電池。plc的使用說明書都有提供更換電池的方法。一般來 說，plc在斷電后，因為plc上ram電源端接有充電電容，即使把電池去掉，電容上充電電量也足夠ram內(nèi)的數(shù)據(jù)保持一段時間，所以如果取掉電池后在短 時間內(nèi)（通常5分鐘）再將新電池換上去，數(shù)據(jù)是不會丟失的。

但用戶實際使用plc的環(huán)境情況不盡相同，例如電容的容量下降，ram電源回路有 灰塵、油泥等形成放電回路等，這會加快plc斷電后電容的放電速度，從而使時間不好把握。如果在帶電的情況下更換電池就可保程序萬無一失。因為電源始終會 有電壓加在ram芯片的電源腳。當然更換時亦要小心應對，注意電池的極性以及避免短路情況發(fā)生。

最好是把plc通電15分鐘（給內(nèi)部電容充電），斷電，在5分鐘內(nèi)換好新的電池，再上電試一下。

西門子plc有帶卡的，有不帶電池的；也有帶卡的，帶電池的。程序存在mmc卡中，如果沒有存儲卡，需要電池保存程序的，更換電池時候務必注意，帶電的情況下，將舊電池取出來，然后將新電池換上即可。

優(yōu)點編輯

可靠

plc不需要大量的活動元件和連線電子元件。它的連線大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。plc采用了一系列可靠性設計的方法進行設計。例如：冗余的設計。斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復。plc是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯率大大降低。

易操作

plc有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。對plc的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或程序尋找，然后進行更改。plc有多種程序設計語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。plc具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。

靈活

plc采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應用面拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。[2]

西門子plc s7-300系列plc安  裝及注意事項

西門子s7-300安  裝注意事項一) 輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設備(光電傳感器等);

西門子s7-300安  裝注意事項二) 一般plc均有一定數(shù)量的占有點數(shù)(即空地址接線端子)，不要將線接上;

西門子s7-300安  裝注意事項三) plc存在i/o響應延遲問題，尤其在快速響應設備中應加以注意。

西門子s7-300安  裝注意事項四) 輸出有繼電器型，晶體管型(高速輸出時宜選用)，輸出可直接帶輕負載(led指示燈等);

西門子s7-300安  裝注意事項五) 輸入/斷開的時間要大于plc掃描時間;

西門子s7-300安  裝注意事項六) plc輸出電路中沒有保護，因此應在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護裝置，防止負載短路造成損壞plc;

西門子s7-300安  裝注意事項七) 不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞plc;

西門子s7-300安  裝注意事項八) 接地端子應獨立接地，不與其它設備接地端串聯(lián)，接地線裁面不小于2mm2;

西門子s7-300安  裝注意事項九) 輸入、輸出信號線盡量分開走線，不要與動力線在同一管路內(nèi)或捆扎在一起，以免出現(xiàn)干擾信號，產(chǎn)生誤動作;信號傳輸線采用屏蔽線，并且將屏蔽線接地;為保證 信號可靠，輸入、輸出線一般控制在20米以內(nèi);擴展電纜易受噪聲電干擾，應遠離動力線、高壓設備等。

一、問題提出

可編程控制器技術最主要是應用于自動化控制工程中，如何綜合地運用前面學過知識點，根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。

二、可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本步驟

1 ．系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容

（ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(jù)；

（ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；

（ 3 ）選定 plc 的型號；

（ 4 ）編制 plc 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖；

（ 5 ）根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應的編程語言（常用梯形圖）進行程序設計；

（ 6 ）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；

（ 7 ）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；

（ 8 ）編寫設計說明書和使用說明書；

根據(jù)具體任務，上述內(nèi)容可適當調整。

2 ． 系統(tǒng)設計的基本步驟

可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調試的主要步驟，

1 可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調試的主要步驟

（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

a ．被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調試。

（ 2 ）確定 i/o 設備

根據(jù)被控對象對 plc 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

（ 3 ）選擇合適的 plc 類型

根據(jù)已確定的用戶 i/o 設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 plc 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 i/o 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

（ 4 ）分配 i/o 點

分配 plc 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進行 plc 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。

（ 5 ）設計應用系統(tǒng)梯形圖程序

根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。

（ 6 ）將程序輸入 plc

當使用簡易編程器將程序輸入 plc 時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 plc 中去。

（ 7 ）進行軟件測試

程序輸入 plc 后，應先進行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 plc 連接到現(xiàn)場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。

（ 8 ）應用系統(tǒng)整體調試

在 plc 軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可先進行分段調試，然后再連接起來總調。調試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調試成功。

（ 9 ）編制技術文件

系統(tǒng)技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 plc 梯形圖。

三、 plc 硬件系統(tǒng)設計

1 ． plc 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 plc 進行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 pid 調節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 plc 控制是很必要的。

目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 plc 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 i/o 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 plc 的點數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； plc 每個輸出點的驅動能力（ a/ 點）也是有限的，有的 plc 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 plc 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

plc 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 plc 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 plc 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點＋輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器 / 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 i/o 響應時間的選擇

plc 的 i/o 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統(tǒng)， plc 和 i/o 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 i/o 響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負載的特點選型

不同的負載對 plc 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 plc 有許多優(yōu)點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 plc 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機和編程器共用一個 cpu ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 plc 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， cpu 只為編程器服務，而不對現(xiàn)場進行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 cpu ，主機的 cpu 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 plc 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡，則 plc 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 plc 應具有連接其他 plc 、上位計算機及 crt 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 plc 結構形式的選擇

在相同功能和相同 i/o 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 plc 的結構形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。

分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。

（ 1 ）確定 i/o 通道范圍

不同型號的 plc ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應根據(jù)所選 plc 型號，查閱相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關操作手冊。

（ 2 ）部輔助繼電器

內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。

從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。

未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 ： 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設計的需要，應合理安  排 plc 的內(nèi)部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關操作手冊。

（ 3 ）分配定時器 / 計數(shù)器

plc 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關操作手冊。

7.3 plc 軟件系統(tǒng)設計方法及步驟

7.3.1 plc 軟件系統(tǒng)設計的方法

在了解了 plc 程序結構之后，就要具體地編制程序了。編制 plc 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。

1. 圖解法編程

圖解法是靠畫圖進行 plc 程序設計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。

(1) 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 plc 程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形甚至元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路移植成 plc 的梯形圖語言。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一種編程方法。

(2) 邏輯流程圖法：邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 plc 程序的執(zhí)行過程，反應輸入與輸出的關系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯流程圖。這種方法編制的 plc 控制程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關系及聯(lián)鎖條件明確。邏輯流程圖會使整個程序脈絡清楚，便于分析控制程序，便于查找故障點，便于調試程序和維修程序。有時對一個復雜的程序，直接用語句表和用梯形圖編程可能覺得難以下手，則可以先畫出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個部分用語句表和梯形圖編制 plc 應用程序。

(3) 時序流程圖法：時序流程圖法使首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖（即到某一個時間應該進行哪項控制的控制時序圖），再根據(jù)時序關系畫出對應的控制任務的程序框圖，最后把程序框圖寫成 plc 程序。時序流程圖法很適合于以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程方法。

(4) 步進順控法：步進順控法是在順控指令的配合下設計復雜的控制程序。一般比較復雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從整個角度去看，一個復雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。為此，不少 plc 生產(chǎn)廠家在自己的 plc 中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。

2. 經(jīng)驗法編程