西门子S7-1500 6ES7512-1SM03-0AB0

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(1)明确控制要求

PLC控制系统的设计与其他任何工作一样，首先得知道"干什么"，才能考虑"怎么干”与如何“干得好”的问题。因此，不管控制系统终采用何种类型，其根本目的都是为了满足对象的控制要求，为此，面向终控制对象的控制要求必须在设计前得到明确。

设计人员通过对控制对象的现场了解或对机械、气动、液压工作原理的研究，明确了控制对象的控制要求后，为了便于设计，需要对要求的动作进一步分析与分解处理。如对液压、气动控制的机械，应该将其控制要求转化为动作循环图、液/气压控制系统组成简图、电磁元件动作表等;对于单纯电气控制的动作，应转化为动作时序图或控制要求表等。根据循环图、液/气压系统简图、时序图、控制要求表的动作需要，就可以规划必要的指令元件(如按钮、触摸屏开关)、行程检测开关、执行元件、功能部件等。这些简洁、清晰的图形资料，可以为PLC的选型、用户程序的设计提供依据。

①动作循环图

动作循环图(包括电磁元件动作表)是一种通过生产设备或生产过程的"动作"以及实现这些动作所需的执行元件、检测元件的状态，来描述控制要求的一种方法。

动作循环图的特点是控制要求明确，动作过程清晰，执行元件与检测元件间的相互关系具体。在机(械)、电(气)、液(压)、气(动)联合控制的设备或生产线(如组合机床、自动线)上多采用这种方法来表达控制要求。

图5-2(a)为某进口机床的工作台“夹紧/松开”液压控制简图，根据机床实际动作要求转化成的动作循环图、电磁元件动作表如图5-2(b)所示。

动作循环图一般由机械、液压系统的设计提供，但电气设计人员必须对此进行具体了解(机电一体化设计人员自行解决)。特别是图中所使用的执行元件性能与参数(如电磁阀的额定电压、电流等)，检测元件的性质(有触点开关、接近开关等)，设计人员必须掌握，以便确定驱动方式与设计必要的驱动线路。

②时序图

时序图是根据输入信号与输出信号的时序关系，通过"波形"的形式描述控制要求的一种方法。对于单纯的电气控制动作要求，通过时序图可以明确各输入信号与输出信号间的相互关系与动作的次序，为PLC程序设计提供依据。

图5-3是某机床冷却电动机的手动“启动/停止”控制方案图。机床冷却控制的要求是：按下按钮，如果原来冷却电机处在停止状态，则启动;如果原来冷却电机处在工作状态，则停止。

在冷却控制方案中，图5-3(a)为主回路，图5-3(b)为对应的时序图。图5-3(b)中的Sl为根据控制要求设计、安装在操作面板上的冷却“启动/停止”按钮;K1是控制冷却电动机主回路需要的接触器。根据控制要求，可以达到指令信号S1与K1的控制时序关系如图5-3(b)所示。

③控制要求表

控制要求表是利用表格形式表达控制条件与控制输出间相互关系的一种方法。通常适用于控制条件较多，信号间相互关系复杂，无法通过简单的图形、时序关系描述控制要求的场合。

表5-1是机械主轴"启动/停止"控制方案表。如主轴启动条件不具备，主轴不能进行旋转。当启动条件具备时，机床主轴控制的动作如下。

a.在手动操作方式下，按下操作面板上的“主轴启动”按钮可以使主轴启动;按下操作面板上的"主轴停止"按钮可以使主轴停止。

b.在自动操作方式下，通过来自PLC定位控制模块的M03代码指令，可以使主轴启动;通过M05代码指令，可以使主轴停止。

c.如操作方式不为手动或自动，或主轴启动条件不具备，主轴不能旋转;而且，操作面板上的"主轴启动"按钮无效。

d.当主轴在自动方式下旋转时，通过"主轴停止"按钮，仍然可以停止主轴。e.当主轴在自动方式下停止时，不可以通过"主轴启动"按钮启动主轴。f.在其他操作方式下，不可以启动主轴。

机床主轴正转输出信号为中间继电器，利用中间继电器的常开触点控制主轴驱动器“位能”。

6ES72111BE400XB0	CPU 1211C   AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111AE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111HE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72121BE400XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121AE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121HE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72141BG400XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141AG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141HG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72151BG400XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151AG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151HG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72171AG400XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO

随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器的应用已广泛普及，成为自动化技术的重要组成。可编程控制器先出现在美国，1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备以下**条件：

（1）编程简单，可在现场修改程序；

（2）维护方便，好是插件式；

（3）可靠性**继电器控制柜；

（4）体积小于继电器控制柜；

（5）可将数据直接送入管理计算机；
  （6）在成本上可与继电器控制柜竞争；

（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）；

（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；

（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变；

（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

条件提出后，立即引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本台可编程控制器。1973年，西欧国家也研制出他们的台可编程控制器。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为*处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1  Computer）的简称PC相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。继电器控制系统已有上**历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。

对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

我国从1974年也开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域，并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

(1)温度：PLC要求环境温度在0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

(2)湿度：为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85％(无凝露)。

(3)震动：应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55 Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶。

(4)空气：避免有腐蚀和易燃的气体，例如化学的酸碱等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。例如电厂的干排渣、干除灰等，在基建后期增加了封闭小屋。

(5)电源：PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都由直流24 V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。