西門子模塊6ES7222-1HD22-0XA0

 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。
整體式PLC的每一個I/O點(diǎn)的平均價格比模塊式的便宜,且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大,且維修方便,一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
通過IM360/361擴(kuò)展，可擴(kuò)展3個機(jī)架，機(jī)架(CR)到擴(kuò)展機(jī)架(ER)及
在工控領(lǐng)域，公司以精益求精的經(jīng)營理念，從產(chǎn)品、方案到服務(wù)，致力于塑造一個“行業(yè)專家”品牌，以實(shí)現(xiàn)可的發(fā)展。
多年以來，公司堅(jiān)持“以客戶為本，與客戶共同發(fā)展”的思想，全力以赴為工礦用戶、設(shè)計(jì)單位、工程公司提供高性價比、高性、高可靠性的整體解決方案。

PLC的控制方式屬于存儲程序控制，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實(shí)現(xiàn)的，若要對控制功能作必要修改，只需改變控制程序即可，這就實(shí)現(xiàn)了控制的軟件化?？删幊炭刂破鞯膬?yōu)點(diǎn)在于"可"字，從軟件來講，其控制程序可編輯、可修改；從硬件上講，其外部設(shè)備配置可變。構(gòu)建一個PLC控制系統(tǒng)的重心就在于控制程序的編制，但外部設(shè)備的選用也將對程序的編制產(chǎn)生影響。因此在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時應(yīng)結(jié)合實(shí)際需要，硬、軟件綜合考慮。本文就硬、軟兩方面，選取梯形圖為編程語言，以松下電工FPO-C32型PLC為例，對PLC使用過程中易出現(xiàn)的幾個問題及解決方法進(jìn)行了分析。

    一、外部輸入設(shè)備的選用與PLC輸入繼電器的使用

    1. 外部輸入信號的采集

    PLC的外部設(shè)備主要是指控制系統(tǒng)中的輸入輸出設(shè)備，其中輸人設(shè)備是對系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號的主令電器，在編寫控制程序時必須注意外部輸入設(shè)備使用的是常開還是常閉觸點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行程序編制。否則易出現(xiàn)控制錯誤。

    在PLC內(nèi)部存儲器中有于輸入狀態(tài)存儲的輸入繼電器區(qū)，各輸入設(shè)備（開關(guān)、按鈕、行程開關(guān)或傳感器信號）的狀態(tài)經(jīng)由輸入接口電路存儲在該區(qū)域內(nèi)，每個輸入繼電器可存儲一個輸入設(shè)備狀態(tài)。PLC中使用的"繼電器"并非實(shí)體繼電器，而是"軟繼電器"，可提供無數(shù)個常開、常閉觸點(diǎn)用于編程。每個"軟繼電器"僅對應(yīng)PLC存儲單元中的一位（bit），該位狀態(tài)為"1"，表示該"軟繼電器線圈"通電，則程序中所有該繼電器的觸點(diǎn)都動作。輸入繼電器作為PLC接收外部主令信號的器件，通過接線與外部輸入設(shè)備相聯(lián)系，其"線圈"狀態(tài)只能由外部輸入信號驅(qū)動。輸入信號的采集工作示意圖如圖1。

輸入繼電器線圈其狀態(tài)取決于外部設(shè)備狀態(tài)

  PLC輸入信號采集示意圖

    圖1中，輸入設(shè)備選用的是按鈕SB0的常閉觸點(diǎn)，輸入繼電器X0的線圈狀態(tài)取決于SB0的狀態(tài)。該按鈕未按下時，輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"1"通電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均動作，即常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開；若按下該按鈕，則輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"0"斷電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均恢復(fù)常態(tài)。如果輸入繼電器連接的輸入設(shè)備是按鈕SB0的常開觸點(diǎn)，則情況恰好相反：在該按鈕未按下時，輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"0"斷電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均不動作；若按下該按鈕，輸入繼電器X0線圈狀態(tài)為"1"通電狀態(tài)，程序中所有X0觸點(diǎn)均動作。

    2. 停車按鈕使用常閉型

    由于PLC在運(yùn)行程序判別觸點(diǎn)通斷狀態(tài)時，只取決于其內(nèi)存中輸入繼電器線圈的狀態(tài)，并不直接識別外部設(shè)備，因此編程時，外部設(shè)備的選用與程序中的觸點(diǎn)類型密切相關(guān)。這是一個在對照電氣控制原理圖進(jìn)行PLC編程時易出現(xiàn)的問題。典型的例子是基本控制--"起保?？刂?中的停車控制。

圖2 "起保?？刂?電氣原理圖

    圖2為"起保?？刂?電氣原理圖，在該系統(tǒng)中，按鈕SB0用于停車控制，因此使用其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于控制線路。SBl為起動按鈕，使用其常開觸點(diǎn)。若使用相同的設(shè)備（即停車SB0用常閉觸點(diǎn)，起動SBl用常開觸點(diǎn)），利用PLC進(jìn)行該控制，則需編程梯形圖程序（圖3）：

圖3 "起保停控制"梯形圖程序（停車按鈕使用常閉觸點(diǎn)）

I/O分配：SB0--X0，SBl--Xl，輸出Y0

    該梯形圖中停車信號X0使用的是常開觸點(diǎn)串聯(lián)在控制線路中，這是因?yàn)橥獠客＼囋O(shè)備選取按鈕常閉觸點(diǎn)所致，不操作該按鈕，則輸出Y0正常接通，若按下該按鈕，輸出Y0斷電。

    3. 停車按鈕使用常開型

    若希望編制出符合我們平時閱讀習(xí)慣的梯形圖程序（圖4），則在選用外部停車設(shè)備時需使用按鈕SB0的常開觸點(diǎn)與X0相連。

圖4 "起保?？刂?梯形圖程序（停車按鈕使用常開觸點(diǎn)）

I/O分配：SB0--X0，SBl--Xl，輸出Y0

    圖3、4梯形圖完成相同的控制功能，程序中停車信號X0使用的觸點(diǎn)類型卻不相同，其原因就是連接在輸入繼電器X0上的外部停車按鈕觸點(diǎn)類型選用不同。圖4所示梯形圖程序更加符合我們的閱讀習(xí)慣，也更易分析其邏輯控制功能，因此在PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)中，外部開關(guān)、按鈕無論用于起動還是停車，一般都選用常開型，這是一個在使用PLC時需要格外注意的問題。

    二、PLC的"串行"運(yùn)行方式與控制程序的編制

    PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制系統(tǒng)是按"并行"方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。而PLC是以"串行"方式工作的，PLC在循環(huán)執(zhí)行程序時，是按照語句的書寫順序自上而下進(jìn)行邏輯運(yùn)算，而前面邏輯運(yùn)算的結(jié)果會影響后面語句的邏輯運(yùn)算結(jié)果。因此梯形圖編程時，各語句的位置也會對控制功能產(chǎn)生關(guān)鍵影響。例如：

5 程序1

    程序1調(diào)試結(jié)果：X0接通3次，Y3接通，X0再接通1次，Y3斷開。

6 程序2

    程序2程序調(diào)試結(jié)果．X0接通3次，Y3接通即斷開。

    上面兩個程序中，輸出Y3、計(jì)數(shù)器CTl02及內(nèi)部通用繼電器R0前面的邏輯條件均相同，僅僅是計(jì)數(shù)器CTl02所在語句位置發(fā)生了變化，而兩段程序的運(yùn)行結(jié)果就截然不同。這是因?yàn)镃Tl02對輸出Y3的影響方式發(fā)生了變化。執(zhí)行段程序時，將首先判斷輸出Y3的狀態(tài)，再判斷CTl02的狀態(tài)，CTl02的狀態(tài)變化只能在下一個掃描周期對Y3產(chǎn)生影響；而執(zhí)行第二段程序時，將首先判斷CTl02的狀態(tài)，再判斷輸出Y3的狀態(tài)，CTl02的狀態(tài)變化將在該掃描周期直接影響Y3的狀態(tài)。

從以上討論可以得出，由于PLC采用"串行"工作方式，所以即使是同一元件，在梯形圖中所處的位置不同，其工作狀態(tài)也會有所不同，因此在利用梯形圖進(jìn)行控制程序編制時，應(yīng)對控制任務(wù)進(jìn)行充分分析，合理安排各編程元件的位置，才能夠更為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)控制。

    三、PLC的編程元件

    PLC的各種功能主要是通過運(yùn)行控制程序來實(shí)現(xiàn)。編制程序時，需要合理使用PLC提供的編程元件（即軟元件）。FPO型PLC中常用的編程元件有兩種：位元件（bit）和字元件（word）。位元件實(shí)際上是PLC內(nèi)存區(qū)域所提供的一個二進(jìn)制位單元，又被稱為軟繼電器，主要用作基本順序指令的編程元件，如輸入繼電器Xn、輸出繼電器Yn、內(nèi)部通用繼電器Rn、定時（計(jì)數(shù)）器等，其參與控制的方式主要是通過對應(yīng)觸點(diǎn)的通斷狀態(tài)改變影響邏輯運(yùn)算結(jié)果即輸出。

    字元件則為PLC內(nèi)存區(qū)域內(nèi)的一個字單元（16bit），主要用作功能指令和高級指令的編程元件，通常用以存放數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)寄存器DTn，定時(計(jì)數(shù))器的設(shè)定值SVn、經(jīng)過值EVn等。字元件沒有觸點(diǎn)，通常以整體內(nèi)容參與控制。

整體式PLC的每一個I／O點(diǎn)的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，所以一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，I／O點(diǎn)數(shù)量、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面，選擇余地較大。維修時只要更換模塊，判斷故障的范圍也很方便。因此，模塊式PLC一般適用于較復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場合。

說明

SIMATIC S7-200 Micro PLC自成一體：:
特別緊湊但是具有驚人的能力－特別是有關(guān)它的實(shí)時性能－它速度快，功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡便的硬件和軟件。但是還有更多特點(diǎn)：
SIMATIC S7-200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì)－目前不是很大，但是未來不可*的定制解決方案。這一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC在一個緊湊的性能范圍內(nèi)為自動化控制提供一個非常有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。

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應(yīng)用領(lǐng)域

簡單自動
化任務(wù)用SIMATIC S7-200Micro PLC
SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動化任務(wù)。S7-200也越來越多地提供了對以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。
除了五種不同CPU的全面基本功能，SIMATIC S7-200的模塊化系統(tǒng)技術(shù)還提供了一系列可升級的擴(kuò)展模塊，以滿足各種需求對功能性的*要求。

由于其各種與眾不同的特點(diǎn)，S7-200已經(jīng)在范圍內(nèi)涵蓋各種行業(yè)的應(yīng)用程序中得到了證實(shí)：

CPU 221

簡單自動化任務(wù)用的小型CPU－如果您想變更為一個非常經(jīng)濟(jì)地執(zhí)行簡單自動化任務(wù)的有效解決方案，這是**的小型設(shè)備。還可以在擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)使用。

更復(fù)雜任務(wù)用的CPU 222可擴(kuò)展的小型CPU－更復(fù)雜的機(jī)器和小型系統(tǒng)解決方案用的能夠勝任的緊湊型封裝。

更高通訊和計(jì)算要求用 CPU－為要求速度和特殊通訊能力的復(fù)雜任務(wù)用的高性能 CPU。

簡單驅(qū)動任務(wù)用的 CPU－方便地實(shí)施簡單驅(qū)動任務(wù)用的CPU 224版本－有兩個接口，兩個模擬輸入和一個模擬輸出，以及兩個100 kHz脈沖輸出和2個高速200kHz 計(jì)數(shù)器。

較大技術(shù)性工作用的高性能CPU－用于具有已擴(kuò)展輸入和輸出以及兩個RS485接口的復(fù)雜的自動化任務(wù)的多功能高性能CPU。

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優(yōu)點(diǎn)

SIMATIC S7-200發(fā)揮統(tǒng)一而經(jīng)濟(jì)的解決方案。整個系統(tǒng)的系列特點(diǎn)

• 強(qiáng)大的性能，

• **模塊化和

• 開放式通訊。

S7-200 性能*，久經(jīng)考驗(yàn)，適合于工業(yè)領(lǐng)域的各種應(yīng)用：

• 結(jié)構(gòu)緊湊小巧－狹小空間處任何應(yīng)用的理想選擇

• 在所有CPU型號中的基本和高級功能，

• 大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器

• 杰出的實(shí)時響應(yīng)－在任何時候均可對整個過程進(jìn)行*控制，從而提高了質(zhì)量、效率和安全性

• 易于使用STEP 7-Micro/WIN工程軟件－初學(xué)者和專家的理想選擇

• 集成的 R-S 485接口或者作為系統(tǒng)總線使用

• 極其快速和**的操作順序和過程控制

• 通過時間中斷完整控制對時間要求嚴(yán)格的流程

主要特點(diǎn)

• 突出數(shù)據(jù)記錄用記憶卡，配方管理，STEP 7-Micro/WIN的項(xiàng)目節(jié)約，以及各種格式的文件存儲

• PID自動調(diào)諧功能

• 用于擴(kuò)展通訊選項(xiàng)的2個內(nèi)置串口，例如：與其它制造商的設(shè)備配套使用（CPU 224 XP, CPU 226）

• 具有內(nèi)置模擬輸入/輸出的CPU 224 XP

實(shí)時響應(yīng)
*的技術(shù)直至**的細(xì)節(jié)確保我們的CPU發(fā)揮杰出的實(shí)時響應(yīng)率：

• 4個或6個獨(dú)立的硬件計(jì)數(shù)器，每個30 kHz，帶有CPU 224 XP的2 x 200 kHz，例如：通過增量編碼器或者高速記錄過程事件的**路徑監(jiān)測

• 4個獨(dú)立的報警輸入，輸入濾波時間0.2毫秒至程序起動－**過程安全

• 對應(yīng)用程序快速事件大于0.2 ms信號的脈沖捕捉功能

• 2個脈沖輸出，每個 20 kHz，或者具有脈沖寬度調(diào)制和脈沖無脈沖設(shè)定點(diǎn)的CPU 224 XP 的2 x 100 kHz－例如：用于控制步進(jìn)電機(jī)

• 2個定時中斷，在1ms處開始，以1ms的增量進(jìn)行調(diào)節(jié)－用于迅速變化過程的無擾控制

• 快速模擬輸入－具有25 μs的信號轉(zhuǎn)換，12位分辨率

• 實(shí)時時鐘

定時中斷

• 1至255ms，具有1 ms的分辨率

• 例如：在轉(zhuǎn)四分之一圈后，以3000 RPM的轉(zhuǎn)速可以在螺釘插入機(jī)上記錄和處理信號?？梢詫?shí)現(xiàn)非常**的記錄，例如：擰緊扭矩，以確保螺釘?shù)?*緊固。

快速計(jì)數(shù)器

• 彼此、其他操作和程序周期均獨(dú)立運(yùn)行

• 當(dāng)達(dá)到用戶可選擇的計(jì)算值時，中斷觸發(fā)－從檢測到輸入信號到切換輸出的反應(yīng)時間為300 μs

• 當(dāng)增量位置編碼器用于確切定位時的4邊緣評估

• 模塊化可擴(kuò)展性

報警輸入

• 4個獨(dú)立的輸入

• 用于快速連續(xù)登記信號

• 用于信號檢測的200 μs–500 μs 響應(yīng)時間/用于信號輸出的300 μs

• 對正向和/或負(fù)向信號邊沿的響應(yīng)

• 在一個隊(duì)列中*多16次中斷，取決于優(yōu)先順序

• 

• 在PLC中劃有各種用途的存儲區(qū)，比如物理輸入輸出區(qū)P、映像輸入?yún)^(qū)I、映像輸出區(qū)Q、位存儲區(qū)M、定時器T、計(jì)數(shù)器C、數(shù)據(jù)區(qū)DB和L等，同時我們還知道，每個區(qū)域可以用位（BIT）、字節(jié)（BYTE）、字（WORD）、雙字（DWORD）來衡量，或者說來確切的大小。當(dāng)然定時器T、計(jì)數(shù)器C不存在這種衡量體制，它們僅用位來衡量。由此我們可以得到，要描述一個地址，至少應(yīng)該包含兩個要素：
  　　1、存儲的區(qū)域
  　　2、這個區(qū)域中具體的位置
  　　比如：A Q2.0
  　　其中的A是指令符，Q2.0是A的操作數(shù)，也就是地址。這個地址由兩部分組成：
  　　Q：指的是映像輸出區(qū)
  　　2.0：就是這個映像輸出區(qū)第二個字節(jié)的第0位。
  　　由此，我們得出， 一個確切的地址組成應(yīng)該是：
  　　〖存儲區(qū)符〗〖存儲區(qū)尺寸符〗〖尺寸數(shù)值〗.〖位數(shù)值〗，例如：DBX200.0。
  　　 DB X 200 . 0
  　　其中，我們又把〖存儲區(qū)符〗〖存儲區(qū)尺寸符〗這兩個部分合稱為：地址標(biāo)識符。這樣，一個確切的地址組成，又可以寫成：
  　　地址標(biāo)識符 + 確切的數(shù)值單元 
  　　【間接尋址的概念】 
  　　尋址，就是指令要進(jìn)行操作的地址。給定指令操作的地址方法，就是尋址方法。
  　　在談間接尋址之前，我們簡單的了解一下直接尋址。所謂直接尋址，簡單的說，就是直接給出指令的確切操作數(shù)，象上面所說的，A Q2.0，就是直接尋址，對于A這個指令來說，Q2.0就是它要進(jìn)行操作的地址。
  　　這樣看來，間接尋址就是間接的給出指令的確切操作數(shù)。對，就是這個概念。
  　　比如：A Q[MD100] ，A T[DBW100]。程序語句中用方刮號 [ ] 標(biāo)明的內(nèi)容，間接的指明了指令要進(jìn)行的地址，這兩個語句中的MD100和DBW100稱為指針Pointer，它指向它們其中包含的數(shù)值，才是指令真正要執(zhí)行的地址區(qū)域的確切位置。間接由此得名。
  　　西門子的間接尋址方式計(jì)有兩大類型：存儲器間接尋址和寄存器間接尋址。
  　　【存儲器間接尋址】
  　　存儲器間接尋址的地址給定格式是：地址標(biāo)識符+指針。指針?biāo)甘敬鎯卧兴臄?shù)值，就是地址的確切數(shù)值單元。
  　　存儲器間接尋址具有兩個指針格式：單字和雙字。
  　　單字指針是一個16bit的結(jié)構(gòu)，從0-15bit，指示一個從0-65535的數(shù)值，這個數(shù)值就是被尋址的存儲區(qū)域的編號。
  　　雙字指針是一個32bit的結(jié)構(gòu)，從0-2bit，共三位，按照8進(jìn)制指示被尋址的位編號，也就是0-7；而從3-18bit，共16位，指示一個從0-65535的數(shù)值，這個數(shù)值就是被尋址的字節(jié)編號。
  　　指針可以存放在M、DI、DB和L區(qū)域中，也就是說，可以用這些區(qū)域的內(nèi)容來做指針。
  　　單字指針和雙字指針在使用上有很大區(qū)別。下面舉例說明：
  　　L DW#16#35 //將32位16進(jìn)制數(shù)35存入ACC1
  　　T MD2 //這個值再存入MD2，這是個32位的位存儲區(qū)域
  　　L +10 //將16位整數(shù)10存入ACC1，32位16進(jìn)制數(shù)35自動移動到ACC2
  　　T MW100 //這個值再存入MW100，這是個16位的位存儲區(qū)域
  　　OPN DBW[MW100] //打開DBW10。這里的[MW100]就是個單字指針，存放指針的區(qū)域是M區(qū)，
  　　 MW100中的值10，就是指針間接的地址，它是個16位的值！

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