西门子6ES7214-2AD23-0XB8千万库存
一、简述
多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅tigao，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。
二、PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1．开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机qunkong及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2．工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、liuliang、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3．运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4．数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5．通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
三、PLC的应用特点
1．可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。 为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件容易出故障，以便采取措施。现以特种水泥1号线的PLC过程控制系统为例，对PLC过程控制系统故障分布规律进行分析，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和U常维护有所帮助。
1.系统故障的概念
系统故障一般指整个生产控制系统失效的总和，它又可分为PLC故障和现场生产控制设备故障两部分。PLC系统包括中央处理器、主机箱、扩展机箱、I／O模块及相关的网络和外部设备。现场生产控制设备包括I／O端口和现场控制检测设备，如继电器、接触器、阀门、电动机等。
2.系统的故障统计及分析处理
2.1我厂特种水泥1号线过程控制系统简介
2000年该系统改造时采用日本二菱公司的A2系列PIC为核心组成的PLC过程控制系统。
该系统有2个集中控制室：窑尾控制室和窑头控制室，其中窑头控制室为主站；2个现场工作站：窑尾生料自动配料工作站和窑尾成球盘自动加水成球工作站；2个电视监控系统：预热器进口下料监控和窑头电视看火。
现场工作站是独立的微机自动控制系统，它与主站只进行模拟量的通讯和开关量的联锁。主站与从站间采用帧同步全双工通讯方式：
2.2系统故障数据的统计
经统计，系统故障共计126次，其中PLC的故障比例约为4．7％，现场部分故障比例约为95．3％，：对照其他PLC过程控制系统的故障数据，并考虑该系统运行时间不是很长，该比例比较接近一般PLC过程控制系统的故障分布规律，有一定的普遍性。一般来讲PIC部分的故障比例约为5％，现场控制设备的故障比例约为95％。
2.3系统故障分析及处理
2.3.1PLC主机系统
PLC主机系统容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统，电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络受外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的大因素之一。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。目前PLC的主存储器大多采用可擦写ROM，其使用寿命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、CPU模块工艺水平有关。而PLC的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故障率已经大大下降。对于PLC主机系统的故障的预防及处理主要是tigao集中控制室的管理水平，加装降温措施，定期除尘，使PLC的外部环境符合其安装运行要求；在系统维修时，严格按照操作规程进行操作，谨防人为的对主机系统造成损害。
2.3.2PLC的I／O端口
PLC大的薄弱环节在I／O端口。PLC的技术优势在于其I／O端口，在主机系统的技术水平相差无几的情况下，I／O模块是体现PLC性能的关键部件，它也是PLC损坏中的突出环节。要减少I／O模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设备，分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。
4.3 在自动运行时，高速计数器的初始值寄存器写入必须禁止
由于多点定位需要多次装载预置值，写入预置值必须执行HSC指令。
执行HSC写入指令，不单单是写入预置值，如果在控制字节中不加以限制，初始值寄存器SMD38中的值同样写入。而SMD38=0，这样，就会使高速计数器计数当前值置0。在自动运行时，必须设置控制字节SMB37的第七位SM37.6为0，在装载预置值时，禁止写入初始值。
在高速计数器初始设置和返回原点重新开始运行时，又必须写入初始值，使初始值置0，避免机械原因带来的误差。控制字节必须多次修改。遵循的原则是：允许写入初始值、执行HSC指令后，必须马上修改控制字节，禁止初始值写入，并执行HSC指令，中间不能有其它指令存在。
4.4 多点定位的输出线圈尽量采用立即指令
采用高速计数器进行多点定位，主要为了jingque定位。定位精度既决定于高速计数器的测量，也决定于执行机构的执行快速性。
如果采用普通输出指令，在一个扫描周期的程序执行阶段，改变的仅仅是输出映像存储器，PLC的输出点不会立即刷新，只有在程序执行完毕后，PLC的输出映像存储器才能对输出点刷新，执行输出。
为了增加定位精度，尽量采用立即输出指令。立即输出指令不受PLC扫描周期阶段的限制，在改变输出映像存储器的立即刷新PLC输出点。
4.5自动/手动程序采用For-Next循环指令和子程序指令实现
本系统中的自动/手动功能通过采用For-Next指令和子程序指令实现。自动程序和手动程序实际上就是两个循环指令的循环体。而循环指令仅执行一次循环扫描刷新。
手动子程序SBR_0和自动子程序SBR_1用于整个程序的分段，便于程序的理解，增加程序的可读性。For-Next循环指令的作用是使输出线圈能够重复使用，简化程序。
中断处理程序：INT_0
当变频器正向运行（由SM36.5判断，增计数为正向运行，SM36.5=1），高速计数器当前值等于19108（1000mm）时，继电器K3（Q0.2）、K4（Q0.3）断开，变频器速度设定为高速正向行驶（速度）。将高速计数器预置值更改为57325（3000mm）。
当变频器正向运行，高速计数器当前值等于59325（3000mm）时，继电器K3（Q0.2）断开、K4（Q0.3）接通，变频器速度设定为低速正向爬行行驶（第三速度）。将高速计数器预置值更改为61146（3200mm）。
当变频器正向运行，高速计数器当前值等于61146（3200mm）时，表明达到终点，继电器K1（Q0.0）、K2（Q0.1）、K3（Q0.2）、K4（Q0.3）全部复位断开，变频器立即停止运行。发出终点到达信号M0.1，让子程序SBR_1处理停顿2s时间，并由SBR_1处理反向运行设置。
当变频器反向运行（由SM36.5判断，减计数为反向运行，SM36.5=0），高速计数器当前值等于3822（200mm）时，继电器K3（Q0.2）断开、K4（Q0.3）接通，变频器速度设定为低速反向爬行行驶（第三速度）。将高速计数器预置值更改为0。
当变频器反向运行（由SM36.5判断，减计数为反向运行，SM36.5=0），高速计数器当前值等于0时，表明变频器返回到达原点。继电器K1（Q0.0）、K2（Q0.1）、K3（Q0.2）、K4（Q0.3）全部复位断开，变频器立即停止运行。发出原点到达信号M0.0，让子程序SBR_1处理停顿2s时间，并由SBR_1处理正向重新运行设置。
本文创新点：
往返式传动控制系统的多点定位是一个较难解决的问题，本系统采用PLC作为控制器，通过变频调速，利用光电编码器和PLC高速计数器进行定位控制，克服了往返式传动控制系统中由于机械惯性的作用给系统带来的定点误差，从而实现了jingque定位。
对于PLC用户来说，在编写用户程序或选择设备时，必须清楚下面介绍的三个阶段，即用户程序执行过程的原理。
PLC采用集中处理的方法，即对输入扫描信号、执行用户程序和输出刷新都采用集中分批处理的工作方式。
（1）输入扫描 在这一阶段中，PLC以扫描方式读入所有输入端子上的输入信号，并将输入信号存入输入映像区，输入映像存储器被刷新。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映像存储器与外界隔离，其内容保持不变，直至下一个扫描周期的输入扫描阶段，才被重新读入的输入信号刷新。可见，PLC在执行程序和处理数据时，不直接使用现场当时的输入信号，而使用本次采样时输入到映像区中的数据。如果输入设备能使PLC输入端形成闭合回路，对应输入端编号的内部输入继电器内保存为“1”，即相当于继电器线圈导通。在程序执行过程中，该编号对应的触点动作；如果输入设备能使输入开路，则对应输入端编号的内部输入继电器内保存为“0”，即相当于继电器线圈没导通，在程序执行过程中，该编号对应的触点不动作。如果在PLC处于非输入扫描的阶段，PLC外的输入设备状态发生了变化，内部输入继电器也不会发生变化，要等到下一个输入扫描阶段才能根据此时的输入状态来刷新。对于少于十几毫秒的输入信号，经常采集不到。
（2）执行程序 在执行用户程序过程中，PLC按梯形图程序顺序自上而下、从左至右逐个扫描执行，即按助记符指令表的先后顺序执行。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。程序执行过程中，PLC从输入映像区中取出输入变量的当前状态，进行由程序确定的逻辑运算或其他运算，根据程序指令将运算结果存入相应的内部继电器中，包括输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等。输出继电器的信号存放在输出映像区，即输出继电器与PLC外部的同编号的输出点对应。
在程序执行过程中，同一周期内，前面的逻辑结果影响后面的触点，即后执行的程序可能用到前面的新中间运算结果；但同一周期内，后面的运算结果不影响前面的逻辑关系。该扫描周期内除输入继电器以外的所有内部继电器的终状态（导通与否），将影响下一个扫描周期各触点的开与闭。
（3）输出刷新 程序执行阶段的运算结果被存入输出映像区，而不送到输出端口上。在输出刷新阶段，PLC将输出映像区中的输出变量送入输出锁存器，由锁存器通过输出模块产生本周期的控制输出。如果内部输出继电器的状态为“1”，则输出继电器触点闭合。全部输出设备的状态要保持一个扫描周期。
1、引言
随着机电一体化技术的发展，对系统的可靠性要求愈来愈高，PLC具有控制可靠、体积小、功能强、速度快、组态灵活和可扩展性的特点而得到了广泛的应用，电气系统的可靠性也大大tigao了。此时，影响电气系统可靠性的主要因素是与PLC接口的输入输出部分，我们在卧式锺床改造中采用PLC的软元件，合理设计了控制程序，tigao了系统的可靠性。
2、影响PLC电气系统可靠性的主要因素
PLC控制系统可简单划分为三部分：发讯元件(输入部分)、记忆网络(程序部分)和电气执行元件(输出部分)。对于用继电器控制的系统，影响系统可靠性的主要因素是中间继电器组成的记忆网络。对于PLC控制系统，高可靠性的PLC取代了中间继电器组成的记忆网络，克服了机械动作式中间继电器可靠性不高的固有毛病，使系统可靠性大为tigao。此时，与PLC自身的安全性与PLC输入、输出连接的"发讯元件"和"电气执行元件"的可靠性，己变成影响整个电气系统可靠性的主要因素。tigao"发讯元件"和"电气执行元件"可靠性的也就tigao了PLC的安全性，通常有两种方法：一种是选用高质量的元器件；另一种是对这些故障率较高的元器件进行状态检测和故障诊断，但都受硬件条件和经济条件的影响而限制了应用范用。
PLC具有丰富的软元件(如内部计时器、计数器、辅助继电器等)，可以利用它来设计一些程序，屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。实用的方法有(l)采用软硬件互锁设计，防止误发讯和误动作；(2)在输入输出端tigao配线的可靠性，tigaoPLC的安全性。本文以卧式锥床改造为例，介绍用PLC软元件tigao系统可靠性的设计方法。
3、用PLC软元件设计来改造卧式结床，tigao系统可靠性
3.1卧式锺床工作原理简介 根据原有的继电器电路图来设计梯形图，这种方法没有改变系统的外部特性，但却克服了机械动作式中间继电器可靠性不高的毛病，对于操作人员来说，除了控制系统的可靠性tigao之外，改造前后的系统没有什么区别，他们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面版和它上面的器件，可以减少硬件改造的费用和工作量。
图l是卧式锤床继电器控制电路图，图2和图3是实现相同功能的PLC控制系统的外部接线图和梯形图。卧式锺床的主轴电机是双速异步电动机，中间继电器ZC和FC控制主轴电机的起动和停止，接触器ZC和FC控制主轴电机的正反转，接触器lDSC、2DSC和时间继电器SJ控制主轴电机的变速，接触器DC用来短接串在定子回路的制动电阻。lJPK、2JPK和1ZPK、2ZPK是变速操纵盘上的限位开关，IHKK、2HKK是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关。
3.2用PLC软硬件互锁设计ET造卧式锺床，tigao系统可靠性
在控制主轴电机正反转的继电器电路中，为了防止控制正反转的两个接触器(如图l中ZC与FC)动作造成三相电源短路，设置了联锁电路，即将某二接触器的常闭触点与另一个接触器的线圈相串联。在梯形图中也设置了相应的联锁电路，梯形图中联锁电路只能保证PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不动作。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某二接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊，其线国断电后主触头仍然接通，这时如果另一接触器的线国通电，仍将会造成二相电源短路事故。
为了防止出现这种情况，应在PLC外部设置联锁电路(见图1)，假设接触器ZC主触点被电弧熔焊，这时与FC线国串联的ZC辅助常闭触点断开，FC的线国不可能得电。
3.3用PLC辅助继电器简化电路，tigao了电气系统的可靠性 图l中ZC、FC、lDSC、2DSC都要受TA、lZPK、lJPK、ZC和FC的触点并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中设置了上述并联电路控制的辅助继电器M202，它类似于继电器电路中的中间继电器。
还是tigaoPLC控制系统可靠性的方法，如：
(1)输入输出端接有感性元件时，应在它们两端并联阻容电路，以控制电路断开时产生的电弧对PLC的影响，电阻可以取51~12OQ，电容可以取0.1~0.47μF，电容的额定电压应大于电源峰值电压。
(2)PLC控制柜设在没有高压大电流强辐射的室内。
(3)采用隔离变压器，由单回路双绞线供电。
4、结论
影响PLC控制系统可靠性的主要因素是与PLC接口的输入、输出部分的可靠性。在安装配线时考虑到对PLC的各种不利因素，在进行梯形图设计时充分利用PLC的软元件（如计时器、辅助继电器、定时器等）合理设计PLC输入、输出元件的状态监测程序，可屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作，tigaoPLC控制电气系统的整机可靠性。
用PLCtigao系统可靠性的方法具有经济、实用等特点，已经在卧式镗床PLC控制系统中获得了成功应用，实现设备改造与生产过程自动化，tigao劳动生产率，改善企业管理，tigao了企业经济效益。
1.概述
在该应用案例中，用户具有分布于世界各地的PLC，用户想通过任何一台能够连接到Internet的计算机对PLC的工作状态进行访问和修改。远程控制技术，避免了用户需要到现场诊断的麻烦，节省了人力物力。
上海卓岚科技的联网产品包括：嵌入式设备联网模块、串口服务器等。假如用户设备是一个类似PLC的带串口（DB9）的设备，则可以通过卓岚串口服务器连接到网络;如果用户设备电路板是可以重新设计的，则可以选用卓岚联网模块，并将其集成到用户电路板。两种方案在原理上是相同的。
在远程计算机端，卓岚科技提供了3种方式方便用户和联网产品通信：
1.卓岚设备管理DLL+VB等程序。提供的DLL设备管理函数库，可以被用户程序所调用，用户只需使用提供的open、close、send、recv
函数，即可实现通信。
2.串口程序+虚拟串口驱动。例如三菱PLC需要通过MELSOFT开发环境和PLC通信，某些Modbus设备则通过三维力控软件和设备通信，它们都是现成的串口程序。使用卓岚虚拟串口驱动，可以在网络化升级后，仍然使用这些串口程序。
3.Socket网络程序：对于用户，可以选择通过TCP/IP直接和联网产品通信。
2.域名（DNS）系统
域名系统的支持是远程控制的关键技术。目前网络接入以ADSL接入网络占绝大多数，若远程计算机通过ADSL联网，每次的IP是不同，必须解决设备如何知道远程计算机IP的问题，解决的方法是动态域名系统。
在卓岚远程控制技术中，远程计算机通过动态域名服务在每次联网时都可以获得全球唯一的域名，例如yourname.gicp.com。卓岚联网产品支持域名，可以用域名指定通信的的目的地址，例如将其设置为yourname.gicp.com。
这样，无论远程计算机在何时何地通过ADSL接入网络，卓岚联网产品都可以在时间和其建立TCP连接。
3.网络地址映射（NAT）技术
NAT技术是解决两个内网之间计算机如何互联的技术。对于初次接触TCP/IP的用户，可能对于内网IP（例如192.168.0.200）、外网IP（例如114.123.223.12）、外网计算机如何访问内网计算机比较迷惑。外网计算机连接内网计算机时，不能简单地向该计算机的内网IP发起连接。这里关系到网络地址映射NAT技术。NAT技术可以在ADSL路由器上做一个NAT映射，将用户的内网IP映射为外网IP和端口。
在卓岚的设备远程控制应用案例中，提供了如何使用网络地址映射（NAT）技术实现网络连接的操作步骤，由于篇幅所限这里不详述。
4.创新的断网恢复机制
TCP连接的不正常中断在设备远程监控中比在局域网中更加常见，因为在Internet环境下，中间的任何一台路由器出现问题都可以导致连接中断。
断网在远程监控中产生如下问题：假如客户端和服务端建立TCP连接后，服务端由于掉电等原因重新启动，那么客户端将不再能够和服务端建立连接。原因很简单，因为客户端认为连接已经建立，这导致了服务端无法向客户端发送数据。
心跳包技术是目前常见的断网恢复机制，该方案并没有写入TCP/IP规范，原始是心跳包技术存在很多争议的负影响，例如增加了网络负担等。
卓岚的设备管理DLL库和虚拟串口驱动内部集成了创新的断网恢复机制，采用优于心跳包的技术，可以在服务端、客户端、中间路由器任何一方断网情况下，迅速恢复连接。
4.通信程序的具体实现
在新建VB工程后，需要执行VB工具栏“工程/部件” 命令，将Winsock控件添加到工程中，并命名为“WskClient”。程序采用TCP/IP协议进行通信，其主要属性设定如下：
With WskClient
.Protocol = sckTCPProtocol ‘采用TCP/IP协议
.LocalPort = 9600 ‘本地计算机端口号
.RemoteHost = txtIP.Text ‘取得远程PLC的IP地址
.RemotePort = txtPort.Text ‘远程PLC端口号
.Bind 9600 ‘指定使用的本地端口
End With
初始化工作完成后向PLC提出连接请求，待PLC接受请求并发送应答信息后，客户端程序依照各种帧格式建立好要发送的信息帧，就可以与PLC进行双向的数据交流了。在这一过程中，可建立发送失败后的重发机制，以增强通信的可靠性。
建立并发送“握手信息”指令（20字节），指明客户机节点号;当计算机接收到PLC返回帧（24字节）后，检查PLC是否收到命令，并取得服务器和客户机节点号。当计算机接收到PLC返回的数据时，会产生DataArrival事件，参数BytesTotal包含接收到的数据字节数。在DataArrival事件中，可以调用GetData方法接收数据。如果接收到Close事件，则用Close方法关闭连接。可用Winsock的State属性来反映当前TCP/IP的连接状态。这里仅列举主要程序如下：
‘向服务器请求连接
WskClient.Connect
TimeDelay 100
Do
DoEvents
Loop Until WskClient.state=sckConnected
‘建立并发送FINS命令帧
Private Sub SendData_Click（）
ReDim SendData （19） As Byte
SendData （0） = &H46‘FINS命令帧报头的第1个字节
……
WskClient.SendData SendData（） ‘发送FINS命令帧
End Sub
‘接收PLC响应帧，并分析数据
Private Sub WskClient_DataArrival（ByVal bytesTotal As Long）
Dim i As Integer
ReDim ArriveData（bytesTotal） As Byte
wsk.GetData ArriveData, vbArray + vbByte, bytesTotal
‘接收数据，保存在ArriveData数组中
For i = 0 To bytesTotal - 1
txtArData.Text = txtArData.Text & " " & ArriveData （i）
Next i
……‘其它数据处理
If ArriveData（7） <> 16 Then
MsgBox“接收信息丢失“
ElseIf SendData（19）= ArriveData （bytesTotal-5） Then
MsgBox“节点地址错误“
End If
End If
在接收信息后,当PLC收到传输过去的信息后,会将对应的命令反馈值传回,这个事件程序内的程序将它显示在文本框中,还可作处理。主程序流程图如图4所示。
图4 程序流程图
若采用UDP协议，则通信的基本过程与TCP相同，只是不需要建立连接。UDP应用程序可以是客户机,也可以是服务器,而不必象TCP应用程序那样必须分别建立客户机程序和服务器程序。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。如果网络中设备不是很多，且发送数据量不大时，可选择耗费计算机“资源”更小的UDP协议进行通信。
5.结束语
采用Winsock控件实现的上位机以太网通信程序，已成功应用于数字小样并条机监控系统中，该法简单实用,在不追加投资的情况下,实现车间设备的网络数据实时监控的功能，达到了理想的效果。以VB作为监控软件的开发平台，软件的二次开发不受限制，节约成本，并可根据需要随时对程序进行升级。为实现对控制系统进行有效的信息管理与监控，基于以太网的PLC控制系统必将有更为广泛的应用，本文的论述对解决这类问题提供了一定参考价值。