6ES7222-1HD22-0XA0产品特点
在PLC（Programmable Controller）控制的控制系统中，绝大多数故障主要来自于PLC的外部电路的电器，则是PLC自身的输入、输出接口电路。由于采用光电隔离、电磁隔离、电磁屏蔽等措施，PLC内部CPU、存储器等电路（硬件）与软件的故障极少。
PLC内部资源极其丰富，内部存储器（软继电器）数量往往数以千数。一般来说，除用户应用程序占用部分的内部资源外，PLC还有大量尚未被利用的内部软器件。这些剩余的资源在PLC控制系统的的安全可靠性设计方面有着十分重大意义。
在PLC控制系统设计时，在控制功能满足要求的前提下，系统的安全和可靠性是放在首位考虑的问题，一般情况下系统至少应当具备以下安全保护功能：（1）工作人员误操作时，被控设备至少不应出现设备及人身安全事故；（2）PLC系统输入器件（例如行程开关、传感器等）问题导致输入信号出错时，被控设备至少不应出现设备及人身安全事故；（3）PLC系统输出器件自身出现故障而无法按正常要求动作时，被控设备至少不应出现设备及人身安全事故。
在系统的设计时，要根据被控设备的工作特点和实际情况，提出合理的故障假设，对可能会出现的严重的设备与人身安全事故的必须采取措施加以避免。利用PLC剩余资源进行故障诊断的基本原理是利用PLC内部尚未使用的器件和运算功能，通过系统保护程序的开发与运行，使PLC能及时感知系统的故障或存在的事故隐患，并通过保护程序做出相应的反应，以防止事故发生或扩大。下面就顺序控制中如何利用PLC剩余资源提高系统的安全可靠性作一浅显探讨。
1 采用联锁提高系统的安全可靠性
在继电控制系统中，电气联锁是提高系统安全可靠性的重要方法。通过这些联锁环节避免重大事故的发生，或者将可能出现的严重故障转变为一般故障。一般情况下采用这种方法是可行的。但这种方法往往需要额外增加中间继电器和辅助触点的数量，由此带来的问题是可能导致电路结构的复杂化，带来更多的事故隐患。对于较为复杂的继电控制电路完全采用电气联锁这种方法是不合适的。
继电控制中的电气联锁这种设计思路可用于PLC程序设计。由于PLC是采用“软器件”、“软触点”进行联锁，它并不改变PLC外部电路的结构，不存使电路复杂化的问题。而这种联锁本质上是增加PLC运算的条件，使得PLC在进行输出之前需要进行更多的安全可靠性判断，从而使系统的安全可靠性得到提高。
在设计PLC应用程序时，设计者一般都会考虑采用这种方法。联锁越充分，系统就越安全可靠，但程序也就越长。这里应当指出的是，程序的长与短与PLC运行的可靠程度无关，仅仅影响PLC的扫描周期，或者说对PLC的输出响应略有影响，但这种影响十分有限，可以不予考虑。设计者可以充分利用“无限多的软触点”进行充分的可靠性联锁。
2 采用时间监控与保护程序提高系统的安全可靠性
一般来讲，大多数的顺序控制中，每个状态持续的时间大致有一个相对准确值，若某一状态持续的时间与正常时间有较大出入时，往往意味着系统可能出现故障，应当及时停止工作进行检查以确定原因。
时间监控与保护程序的设计思路很简单，以被监控“状态”的正常工作时间作为参考时间，在该“状态”被启动的也启动一个监控定时器，监控定时器的时间根据被控制设备的具体情况固定在比该“状态”参考时间长（5～30%之间）。当该“状态”的实际工作时间未超过监控定时间的监控时间时，则被认为该“状态”工作正常。若实际工作时间超过监控定时器的时间，则被认为该“状态”工作出现问题，监控定时器动作发出信号，PLC根据事先编制好的监控保护程序作出相应的动作（禁止输出、停止转移或报警显示等）。
这种设计理念是建立在对已经发生的事故现象进行检测并做作相应措施的基础上的。这种监控保护程序无法事先对故障隐患进行检测，也就不能避免事故发生。它只能在事故障发生后做作相应处理，以避免事故的扩大。这种设计方法思路简单，但存在较多的局限性，例如对采用行程控制的系统或“状态”就不适合。在实际应用中，这种方法常常作为系统的辅助性安全措施，而不作为主要的安全保护措施。
3 采用逻辑判断程序提高系统的安全可靠性
较复杂的顺序控制系统中往往有较多的外部输入信号，例如各种主令电器、转换电器、位置开关、传感器等等的输入信号。经验表明，这类PLC控制系统很多故障的原因就在于这些输入器件自身出现了问题而无法传递正确或者符合逻辑的控制信号，从而导致系统工作混乱。
输入信号逻辑判断程序设计的思路是：通过编制和运行输入信号逻辑判断程序，对系统输入的实时信号进行逻辑分析（运算），从而判断出输入信号正确与否。当需要判断的输入信号较多时，还可以编制数据传输程序将顺序控制中各状态应有的、符合逻辑的正确的输入信息事先存入PLC内部字或位寄存器列表中；通过编制和运行数据逻辑判断程序，将每一状态的实时输入信号与该状态事先已经存入的正确信号进行比较。根据比较结果决定PLC是否开始工作，或决定其当前状态、下一状态的工作情况等。
逻辑判断程序的运行视被控系统的特点与要求决定，可以安排每个扫描周期都运行，也可安排在被控设备运行开始时扫描逻辑判断程序，还可采用诸如中断、定时等运行方式。
由于是采用对输入信号进行检测比较，从某种程度上讲是对部分事故的隐患进行检测。而这种检测通常安排在事故发生前进行。采用这种方法可以部分避免事故的发生，起到防患于未然的作用。
一个系统中若对所有的输入信号都进行正确性逻辑判断的话，则必将引起判断程序的复杂化，也大增加程序编制的难度，事实上也没有这个必要。逻辑判断程序的编制往往是具有针对性的，一般情况下，我们只对某些发生错误后可能引起设备或人身事故的输入信号进行正确性判断就可以了。判断保护程序的编制没有固定的模式，编制过程非常常灵活，在实际应用中使用较多。
4 应用举例
图一是某一锅炉房运煤车的工作示意图，其工作流程如下：工人在存煤库装好煤→发出运行指令后煤车向前运行→运行到终点后进行自动卸煤→T1时间后自动返回→到存煤库后自动停止。（图中0SQ、1SQ分别为原始位置开关和超限位开关，2SQ、3SQ分别为终点位置开关和超限位开关，SB1起动信号）
这是一个简单“步进”控制，与自动循环有关的输入信号有起动信号(SB1→X0)、行程信号（0SQ→X1、1SQ→X2）。其它信号（停止信号、超限位信号等）因与自动循环控制无关而未列出。
煤车工作的状态转移图直接设计成附图二所示。显然，我们在设计该状态转移图时未考虑系统的安全可靠性问题；对应的控制程序（或梯形图）就缺乏安全可靠性，煤车运行是存在事故隐患的。
通过对该系统的分析可知，可能出现的严重事故是：
①煤车运行到极限位置后无法正常停车，②煤车运行时的工作流程发生混乱。引起这两种事故的主要原因是位置开关（0SQ、2SQ）出现故障。
位置开关0SQ和2SQ的故障不外乎两种，即不动作或不能复位。若开关不动作，则煤车到位后就不能自动停止，就可能引发更大的事故（必须加装超限位保护）；若开关动作后不能复位，则煤车运行流程将发生混乱。若要提高该系统的安全可靠性，则必须设法避免由于0SQ和2SQ问题可能引起的事故。
4.1 采用联锁的办法解决
若在设计状态转移图时，对上述由于输入电器故障可能引发的安全可靠性问题一并考虑在内，则状态转移图就可以设计成附图三所示。在这里，将联锁条件也作为系统转移条件的一部分出现在转移条件中；从本质上讲这种方法就是通过联锁，当输入电器出现故障时，其传达的信号在一定阶段就会反映出电器的这种故障，从而输入一个不符合正常逻辑的信号，使转移条件得不到满足，状态转移停止，从而达到安全保护的目的。联锁信号出现的位置，则可以根据具体设备工作情况而定，切不可随意确定。
4.2 用输入信号逻辑判断法解决
逻辑判断法要解决的问题就是在出现事故前判断出位置开关0SQ和2SQ在煤车不同工作状态时其输入信号是否符合正常的逻辑关系，若不正常则通过保护程序或其它措施使系统作出相应之反应。
为此必须要分析出不同状态下的输入信号的正确的逻辑关系，这是至关重要的，它直接影响到系统的安全可靠性。此例中正确的逻辑关系应当是：
① 煤车在原始位置和终点（卸煤）位置时，0SQ、2SQ不可能动作。
② 煤车在前进运行运行过程中2SQ不应当动作；在后退运行过程中0SQ不应当动作。
任何与上述逻辑不相符的状态出现，都意味系统的输入信号出现了问题。据此设计出图四所示判断与保护程序。图中辅助继电器M10为“1”时，则说明输入信号混乱，并将此信号作为启动保护信号使PLC根据设备特点和要求采取相应的保护措施。（图四中采用禁止输出继电器M8034使系统停止工作，主程序依然采用状态转移图二）。
5 结束语
电气控制安全可靠性设计的方法很多，往往是一种综合设计。利用PLC内部剩余资源提高系统的安全可靠性是众多设计方法中的一种，这种方法一般情况下不必增加PLC的I/O点数，也不必改变外部连线，具有简单实用，经济可靠等特点，是一种值得推荐使用的方法。
前言：可编程控制器简称PLC，是一种以微处理器为基础的新一代通用型工业控制器。由于其具有灵活的控制性能，简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，在工业自动化领域中取的了广泛的应用。
在大型自动化生产线中常用到PLC来控制动作，当需要每个继电器只执行一个特定动作时，采用传统输出控制方式就需要多个PLC输出点来控制。这就占用了大量的PLC输出端，使的输出控制线路变的复杂，在故障检修方面耗费了大量时间也增加了设备的成本。
本文着重介绍PLC输出矩阵控制的原理，并阐述其在自动化控制中的应用。
论文内容：
一、 PLC矩阵输出应用：
我公司是一家从事服装染整机械研究生产的公司。在实际生产中由于考虑到设备的自动控制要求，经常要用到PLC对设备进行控制。在使用PLC的过程中，例如：在电子配方称量滴料机中要用到PLC对120多个电磁阀进行控制，如果采用传统控制方式进行控制的话就回占用很多个PLC输出点。这样就增加了设备的成本。而PLC输出的矩阵控制可以很好的解决这个问题。
二、 PLC输出矩阵控制的原理：
PLC输出矩阵控制是一种对PLC输出端采用控制负载公共端的接线方式，下面用三菱FX系列为例，其原理图如下：
1、工作原理：
下面本章将采用八点输出PLC做为解释，PLC输出端用Y0~Y3作为输出控制电磁阀DT1~DT16，Y4~Y7输出控制中间继电器KA1～KA4，通过KA1到KA4的常开触点输出矩阵控制信号与Y0～Y3结合控制电磁阀的动作。按钮SB1～SB7为信号输入按钮。
当需要电磁阀DT1动作时按下按钮SB1PLCY0端输出一个信号使电磁阀处于准备状态。按下按钮SB2则Y4有输出，中间继电器KA1动作，直流电源模块24V电经过KA1常开触点与DT1正端接通DT1动作。同样，当需要电磁阀DT2动作时只需断开Y4输出接通Y5输出即可。
PLC输出端Y0～Y3可以采用四孔排线将它并联到电磁阀DT1～DT4，DT5～DT8，DT9～DT12，DT13～DT16的负端其连接方式如下：
如图可知，电路是依靠两个点的通断来达到控制的目的，这就如矩阵一样采用4X4就可以控制16个元件，如果采用8X8就可以控制64个元件。这样输出的控制元件就会成倍的被扩展。
本人公司使用三菱FX系列PLC做为设备生产的控制，PLC的点数越多价格就越贵，采用PLC输出的矩阵输出后就可以有效减轻了设备的成本，使的设备的布线、维修等方面可以更加美观和方便。
三、
通过实验可以知道，PLC输出采用矩阵控制可以很好的节省
PLC输出点，使的设备的生产成本和维护成本的到很好的控制。
引言:
PLC控制系统由于具有功能强、程序设计简单、扩展性好、维护方便、可靠性高、能适应比较恶劣的工业环境的特点,在工业企业广泛应用.由于工业环境条件恶劣,以及各种工业电磁,辐射干扰等,影响PLC控制系统的正常工作,必须重视PLC控制系统的抗干扰设计.为防止干扰,可以采用硬件和软件相结合的抗干扰方法. 防止硬件干扰的方法有:1采用性能优良的电源来抑制电网引入的干扰2电缆的选择与铺设来降低电磁干扰3完善接地系统4采用光电隔离来抑制输入输出电路引入的干扰等.而利用PLC软件来减少干扰是PLC控制系统正常、稳定工作的重要环节.下面主要分析在生产实践中应用的利用PLC组态软件来减少干扰的方法:
一、减少数字量输入扰动的方法
1、 计数器法
CON—计数器
NOT—非门
RS—复位优先触发器
IN—输入
OUT—输出
N—脉冲采样个数
注释：当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”，只有当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。而当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器将采集不到连续的N个脉冲，CON计数器无法输出，这就起到了减少干扰的作用。（N一般情况下取2）
优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰起到了一定的抑制作用。
缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。
2、延迟输入法
IN—输入
OUT—输出
TIME（ET）—延时时间
TON—延时输出（其曲线如下图）
注释：当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当计数器计时时间〈延时时间，OUT=0。延时时间好取1S以内。
优点：消除了短时的周期干扰。
缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。
二、减少模拟量输入扰动的方法
1、限幅法
MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
HL—上限设定值
LL—下限设定值
注释：当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”去封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值。也就起到了限幅的作用。
优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点：平滑度差。
2、延迟滤波限幅法
MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
HL—上限设定值
LL—下限设定值
LG—延迟滤波指令（其曲线如下图）
TIME—延迟滤波时间
注释：功能基本和限幅法相同，只是在输入端增加了一个延迟滤波器，对输入信号起到了延迟缓冲的滤波。
优点：有效地抑制了周期性的脉冲干扰。平滑度比限幅法有所改善。
缺点：信号响应速度减缓。
3、延迟滤波比较法
LG—延迟滤波器
SUB—减法指令
ABS—值指令
GE—大于等于指令
HL—大偏差值
TIME—延迟滤波时间
注释：正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG—延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。
优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。
缺点：灵敏度取决于TIME—延迟滤波时间的大小。
4、积分消抖滤波法
LG—延迟滤波器
SUB—减法指令
GE—大于等于指令
LE—小于等于指令
OR—或门（自做的DFB功能块）
NOT—非门
TON—延时输出
EOR—异或门
MOV—移动保持指令
PI—比例积分调节器
HL—大正向偏差值
LL—大负向偏差值
TIME—延迟滤波时间
TIME1—延迟输出时间
TIME2—延迟滤波时间
注释：参数设置：LG（TIME=1S），TON（TIME1=10S），LG1（TIME=30S），HL=0.2，LL=-0.2 ，PI（TI=10S，将P放开封锁成为纯积分调节器）
三、 小信号在变化幅度中变化时
1、终状态：此时为稳态，输入与输出相近。OR输出为“0”，NOT=1，TON时间已超出10S，EOR=0，MOV不保持，PI不积分，SUB=0，信号走PI的跟踪回路，LG1滤波后输出。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1（滤波30S）→输出
2、 小信号的暂态变化：（在TON=10S之前）OR=0，NOT=1，TON未到10S，EOR=1，MOV保持，PI积分作用，LG1未起作用，输出跨越LG1（TIME=30S），直接到输出端，此时为线性跟踪滤波状态。
四、 信号大幅度变化时（≥HL，≤LL）
OR=1，NOT=0，TON不起作用，EOR=0，LG1（TIME=30S）不起作用，PI不起作用走跟踪。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1的跟踪→输出
五、
1、 小信号在10秒之内，经过LG（TIME=1S），PI的积分作用，跳过LG1（TIME=30S），直接输出，实现输入信号的滤波和跟踪状态。
2、 小信号在10秒之后，经过LG（TIME=1S），PI的跟踪和LG1（TIME=30S）跟踪输入。
3、 大信号变化时，LG（TIME=1S）作用，LG1（TIME=30S）不起作用，此时为输出快速跟踪。
优点： 对于被测参数有较好的滤波效果， 对周期性干扰具有良好的抑制作用，平滑度高。
缺点： 对于变化缓慢的输入信号响应慢。
结束语
上述所分析的方法，均在生产实际中得到检验，取得了一定的效果，并随着生产实际的需要和经验的积累，不断完善其对干扰的软件处理方法。