西门子变频器6SL3320-1TE41-4AA3

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 ①硬件设计的重要性 PLC控制系统设计包括了硬件与软件两方面的内容。在控制系统的总体规划(方案设计)完成，并且选定了对应的PLC型号与规格后，从工程设计的角度，就应该进入控制系统的技术设计阶段，即进行系统的硬件与软件设计。

  PLC控制系统的硬件设计，并非像某些人主观想象的那样，由于PLC具有灵活、通用的特点，全部控制要求均可以通过软件解决，设计时只要进行PLC与输入/输出信号间的简单连接即可，而是直接关系到控制系统的安全性、可靠性与生产制造成本等诸多重要问题。硬件设计一旦完成，它不可以像软件设计那样可以随时随地进行修改，它是决定控制系统设计成败的关键问题，必须引起设计者的高度重视。

  PLC是专门为工业环境设计的控制装置，其本身的安全性、可靠性已经得到了良好的保证，但如果外部条件不能满足PLC的基本要求，同样可能影响系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。在系统硬件设计阶段，就必须考虑到系统的安全性与可靠性，并始终将其放在Zui为重要的位置。

  硬件设计是对系统进行的原理、安装、施工、调试、维修等方面的具体技术设计，设计必须认真、仔细;确保全部图样与技术文件的完整、准确、齐全、系统、统一，并贯彻国际、国内有关标准。

  ②硬件设计的基本内容 一般来说，PLC系统硬件设计应包括如下内容。

  a.控制系统主回路设计、控制回路设计、安全电路、PLC输入/输出回路等方面的设计;b.控制拒、操纵台的机械结构设计;c.控制柜、操纵台的电器元件安装设计;d.电气连接设计等。

  以上内容中的主回路、控制回路、PLC输入/输出回路的设计是硬件设计的主要内容，属于电气控制原理设计的范畴，统一以"电气原理图"的形式体现设计思想与要求。

  电气原理图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础，它完整地体现了系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电气元件以及它们之间的连接要求、主要规格参数等，均在电气原理图上得到了全面、准确、系统的反映，它是电气控制系统Zui为重要的技术资料。

  电气原理图设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范。在国外，一般来说，除涉及安全性、可靠性的准则决不可违背外，对其他方面的要求(如图形符号、元器件代号等的表示方法)通常较灵活，在阅读进口设备图纸时应注意。电气原理图的具体绘制要求、读图方法等是PLC系统设计中需要掌握的内容，但它们不属于这里要介绍的范畴，需要时可参考有关标准与其他参考书。

  PLC电气原理图设计中，PLC的I/O连接设计相对来说是系统中较为简单的部分，只需要根据PLC输入/输出的类型，按照PLC的连接要求进行连接即可。控制系统的PLC外围电路设计，往往是影响系统运行安全性、可靠性，决定系统成败的关键，尤其应该引起设计者的重视。

  控制柜、操纵台的机械结构设计，控制柜、操纵台的电器元件安装设计，电气连接设计等属于安装与连接设计的范畴。设计的目的是用于指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，并提高系统的可靠性与标准化程度。

  ①主回路设计的内容 在电气控制系统中，习惯上将高电压、大电流的回路称为主回路。在常见的PLC控制系统中，主回路通常包括如下部分。

  a.电动机主回路，包括用于电动机通断控制的接触器、电动机保护的断路器等;b.各种动力驱动装置的电源回路与动力回路，如驱动器电源输入回路及其通断控制的接触器、保护断路器、伺服电动机的电枢回路、直流电动机的励磁回路等;

  c.各种控制变压器的一次侧输入回路，包括通断控制的接触器、保护断路器等;d.用于供给控制系统各部分主电源的电源输入与控制回路，包括用于电源变压器、稳压器件以及用于电源回路控制的接触器、保护断路器等。

  PLC控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无原则性区别，但必须符合有关标准的规定，并结合PLC控制系统的自身特点，充分考虑系统的可靠性与安全性。

  ②电源总开关 根据EN60204-1(VDE0113第1部分)标准规定，为了使整个控制系统与电网隔离，机械设备的电气控制装置必须安装电源总开关。

  总开关的设计要求是：开关必须具有足够的分断能力，必须能够分断处于"堵转"状态的Zui大电动机的电流与其他所有用电设备和电动机的电流总和。

  通过总开关，原则上应能断开设备中的所有用电设备电源，例外的是，当设备安装有需要在总电源切断情况下使用的安全保护装置，如维修用电源、维修用照明、设备安全防护的解锁装置等部件时，允许这部分的电源直接连接在设备进线上，可以不通过总开关分断。即便如此，以上电路仍然需要安装独立的短路保护器件(如断路器等)。

  ③保护装置的安装 为了对设备主回路进行可靠、有效的保护，设备中每一个独立的部件都必须安装用于短路、过电流保护的保护器件(如断路器等)，保护器件必须具有足够的分断能力，必须能够可靠分断被保护的用电设备或电动机。

  出于调试、维修的需要和对系统的可靠性与安全性的考虑，原则上对于不同类型的主回路，如电动机主回路、驱动主回路等，在每一部件独立安装保护器件的基础上，还应对每一大类分类安装总保护断路器。

  对于输入/输出点数、种类较多、构成复杂、控制要求较高的控制系统，当外部输入/输电信号共用电源时，应采用分组的形式进行供电，每组通过独立的保护断路器进行保护与通/断控制。

  ④接地与抗干扰 从安全角度考虑，控制系统应安装总接地母线，用于电位平衡与接地。与主回路连接的各种独立电气控制装置，应有专门的、符合要求的接地连接线与设备接地母线进行连接，以防止干扰，提高可靠性。

  系统中容易产生干扰或是容易受到外部干扰的电气控制装置，如PLC、数控装置(CNC)、伺服驱动器、变频器等，应通过隔离变压器、滤波电抗器等与电源进行连接，以抑制线路干扰。

  系统中需要通断的大功率负载，应在线路上安装浪涌电压吸收器，以抑制负载通断产生的过电压与干扰。

  ⑤辅助控制电源的设计 用于系统安全保护、紧急停机控制的装置(如制动器、安全门保护等)的辅助电源，应确保不会因“急停”等操作而分断。

  系统中可靠性要求较高的控制部件，如PLC的电源输入、CNC的电源输入等，当它们为直流DC24V供电时，应尽可能采用独立的稳压电源进行供电;当采用交流供电时，应安装独立的隔离变压器，原则上不要与系统的其他控制电路与执行元件(如电磁阀、220V/24V控制回路等)共用电源。

  PLC输入/输出所需要的传感器、开关、执行元件电源，应尽可能采用外部电源供电的形式，以防止由于外部线路故障引起PLC损坏。

  注意：在欧洲，目前已经对工业电气控制设备的主回路实行3相AC400V与单相AC230V标准、以取代传统的3相AC380V与单相AC220V标准，在进行出口设备设计以及进口设备维修时应加以注意。

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PLC编程基础知识S7程序组成

 (1) S7程序的组成。作为计算机控制系统的一种，PLC与其他计算机控制系统一样，从本质上说，PLC 用户程序同样都是由各种指令所组成的集合，只是当采用不同编程语言时，指令的表现形式有所不同而已。

  S7系列PLC的用户程序的组成如图3-6所示。程序由不同的逻辑块(OB、FC、FB、SFB、SFC)与数据块(DB)所组成，数据块DB是用于存储程序数据的存储单元，逻辑块则是程序的构成主体。在S7程序中，逻辑块由多个网络(Network)组成，而指令则是组成网络的基本元素。

  图3-6 S7系列PLC的用户程序的组成

  (2) 逻辑块(Logie Block)。逻辑块是指为了实现控制对象中某一部分功能而设计的、相对立的指令集合。在不同PLC中可以使用的逻辑块种类与数量是不同的。如对S7-200 PLC，可以使用的逻辑块为主程序(组织 OB1)、子程序(SBRn)、中断程序(INRn)与数据块DBI，DBI的数据存储需要通过变量寄存器V 实现;而对S7-300/400PLC，可以使用的逻辑块包括组织块(OBn)、程序块(FCn)、功能块(FBn)、系统程序块(SFCn)、系统功能块(SFBn)等多种，并可以使用数据块(DBn)。

  (3) 网络(Network)。逻辑块能相对立的程序段称为网络。在S7系列PLC中，为了对程序进行逐段注释，引入了”网络”这一概念作为基本的注释单位。网络具有一定的编号，编号通常由编辑软件自动生成。

  在S7系列PLC中，网络有规定的格式要求。例如，网络一般应以直接连接在梯形图”主母线”的触点作为起始，实际并不需要触点信号，为了满足格式的要求，也要在编程时插入恒定为”1”状态的触点(如SMO.0)作为起始。再如，当网络中直接连接于”主母线”的触点多于1个时，原则上每一网络只能有一个线圈输出，为此，对于需要多个线圈在同一网络中输出的情况，应通过恒定为”1”状态的触点(如SM0.0)将其转化为多个线圈输出。

  当PLC采用指令表进行编程时，如果仅仅从编程的角度考虑，完全可以不划分网络，但这样的程序一般不能转换为梯形图。为了转换的路要，在指令表编程时同样应插入”网络(Network)”这一关键词。

  (4)指令。指令是组成PLC用户程序的基本组成元素，编程的实质是运用编程语言进行各类指令的编写过程。

  在不同的PLC上，指令都有规定的格式与要求，指令的功能也不尽相同，熟悉指令并能够熟练使用各种指令是每一个PLC使用者掌握的基本内容和应具备的基本功。

  PLC的指令多种多样，有基本逻辑运算指令、数据比较指令、格式转换指令、数学运算指令、功能指令等，对于不同的PLC具有不同的要求。

  S7指令的格式

  (1) S7的指令格式。在PLC积序中，指令由操作码与操作数两部分组成，如图3-7所示。

  指令中的操作码用来定义CPU需要执行的操作;操作数用来定义操作对象。通俗地说操作码告诉CPU要做什么，而操作数则告诉CPU 用什么去做。

  图3-7 指令格式

  PLC的操作码又称为指令代码，它由英文字母或者字符组成，如”LD”、”A”、”O”、”=”等都是指令代码。

  PLC的操作数又称为操作对象，在S7中，可以通过”地址”或”数据”两种形式来定义操作对象，其中，地址又可以分为”地址”与”符号地址”两种;数据包括”基本数据”、”复合数据”与”参数”三类。

  (2)地址与符号地址。当操作对象通过”地址”定义时，可以使用”地址(Memory address)”与”符号地址(Symbol address)”两种方式。

  在PLC程序中使用”符号地址”可以方便PLC程序编辑、阅读、检查，但它只能在编程器中使用，并需要编制的注释文件(如符号表、变量声明表等)。

  地址是实际PLC中能够接受的地址，不管在编程时是否使用符号地址，CPU中存储的只能是地址。当使用编程器对某一PLC内部的程序进行读出操作时，只能输出地址。

  使用地址与符号地址编程的程序如图3-8、图3-9所示。

  图3-8 使用地址编程的程序