抚州西门子S7-300代理商

　 目前，PLC（可编程逻辑控制器）已经广泛应用于钢铁、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，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点，在流量计量方面也有着广泛的用途，在用于流量累积时又有其编程的独特之处，下面进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200CPU上编程的例子。

　　流量计输出的信号一般是脉冲信号或4-20mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时流量（也有用继电器输出累积量信号，原理一样，不再赘述），我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号是，在计算瞬时流量的时候，必须按照一个严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性，因此，计算瞬时流量的时候必须用定时中断来进行，而且，在PLC系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断（即使是低优先级的中断也不允许运行），以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量，再除以时间就是瞬时流量，对于4-20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量，而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来就是累积流量，在实际使用PLC编程的过程中必须注意以下几个问题：

1. 输入脉冲频率范围是否超出PLC接收的范围；

2. PLC高速计数器在达到大计数值时如何保证计算正确；

3. 如何保证定时中断不受干扰；

4. 如何避免计算累积量的误差；

5. 累积量的大累积位数；

6. 如何复位累积量；

　　下面就关键的2，4，6问题进行详细的叙述，以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相大30kHz的高速计数器，但PLC内部没有提供相应的算法来计算频率，因此，需要自己编程计算，这就需要在PLC高速计数器在达到大计数值时要保证计算的正确性，实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如下：

注意：此段程序应该放到PLC个扫描周期执行的程序中执行。

　　对于高速计数器是否达到大计数值时需要判断，S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始的进行累计的，高位为符号位，小值为7FFFFFFF，由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的的计数值小于上次的计数值，因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值，就可以判断计数是否达到大值的拐点（7FFFFFFF），如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误，如下列程序所示，当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上；当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值（用减法），以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值（用加法），然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对对累计计数值达到拐点时的正确计算。

注：此程序应放在定时中断子程序中执行。

　　实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制的，需要注意的是，系统中必须只保证这个中断是唯一存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会由于其他中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。

　　通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值，再除以时间就是瞬时流量，另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了，在计算累积流量过程中需要避免累积过程的的计算误差，我们知道，流量累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而PLC内部的浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现，解决方法是采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用流量情况下，在周期中断时间间隔（250ms）内流过的流量乘以15作为个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到第2个累积器中，并把个累积器清零，对于第三个累积器也同样处理，第4个累积器用于保存累积量小数部分数值，第5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小树部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现，在实际工程中，需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累积器的整数位数达到9位，这样，在显示累积量时就可以多显示9位整数的累积量和6位的小数累积量。总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数更简便。

　　对累积器需要在一定条件下复位，累积到大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到超过大位数，当超过大数值时，将各个累积器清零，另外清零的触发信号也可以是手动触发。

  随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。
　　二、PLC的基本结构
　　 PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。
　　三、控制方法及研究
　　1、FP1的特殊功能简介
　　 (1) 脉冲输出
　　 FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。
　　 (2) 高速计数器（HSC）
　　 FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。

PLC

　　
　　 (3) 输入延时滤波
　　 FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。
　　 (4) 中断功能
　　 FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。
　　2、步进电机的速度控制
　　 FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。速度控制梯形图见图1，控制方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3。
　　

　　
　　3、控制系统的程序运行
　　
　　
　　图4是控制系统的原理接线图，图4中Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。同时Y7接至PLC的输入接点X0，并经X0送至PLC内部的HSC。HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。实现这一控制的梯形图见图5。
　　
　　

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　　控制系统的运行程序：句是将DT9044和DT9045清零，即为HSC进行计数做准备;第二句～第五句是建立参数表，参数存放在以DT20为首地址的数据寄存器区;后一句是启动SPD0指令，执行到这句则从DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。
　　 由句可知个参数是K0，是PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。第二个参数是K70，对应脉冲频率为500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。第三个参数是K1000，即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频率即后一个参数是K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。

　　

三、结束语
　　 利用可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。
　　

PLC 控制系统的设计中，虽然接线工作占的比重较小，大部分工作还是PLC 的编程设计工作，但它是编程设计的基础，只要接线正确后，才能顺利地进行编程设计工作。而保证接线工作的正确性，就必须对PLC 内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。

我们知道，PLC 数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰（如尖峰电压，干扰噪声等）引起PLC 的非正常工作甚至是元器件的损坏，一般在PLC 的输入侧都采用光耦，来切断PLC 内部线路和外部线路电气上的联系，保证PLC 的正常工作。并且在输入线路中都设有RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。

2 输入电路的形式

2.1 分类

PLC 的输入电路，按外接电源的类型分，可以分为直流输入电路和交流输入电路；按PLC 输入模块公共端（COM 端）电流的流向分，可分为源输入电路和漏输入电路；按光耦发光二极管公共端的连接方式可分为共阳极和共阴极输入电路。如下图1所示：

 

　

　图1 PLC输入电路的分类
　　

PLC

　　2.2 按外接电源的类型分类
　　
　　2.2.1 直流输入电路
　　
　　

图2 为直流输入电路的一种形式（只画出一路输入电路）。当图1 中外部线路的开关闭合时，PLC 内部光耦的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通，该导通信号再传送给处理器，从而CPU 认为该路有信号输入；外界开关断开时，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU 认为该路没有信号。
　　
　　

2.2.2 交流输入电路
　　
　　交流输入电路如图3 所示，可以看出，与直流输入电路的区别主
　　
　　要就是增加了一个整流的环节。
　　
　　交流输入的输入电压一般为AC120V 或230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)，再经过桥式整流为直流电，其后工作原理和直流输入电路一样，不再缀述。
　　

 
　　

图3 交流输入电路
　　 PLC
　　从以上可以看出，由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节，因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，这是其不足之处。但由于其输入端是高电压，因此输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境中，对响应性要求不高的场合，而直流输入方式用于环境较好，电磁干扰不严惩，对响应性要求高的场合。
　　
　　2.3 按流入公共端电流的流向分类
　　
　　2.3.1 漏型输入电路
　　
　　漏型输入电路如图4所示，此时，电流从PLC 公共端（COM端或M端）流进，而从输入端流出，即PLC 公共端接外接DC电源的正极。
　 　
　　

图4 漏型输入电路
　　
　　此图只是画出了一路的情形，如果输入有多路，所有输入的二极管阳极相连，就构成了共阳极电路。如图5所示。
　　

　　

图5 共阳极电路
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　　三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等输入模块均属于漏型输入模块。
　　
　　2.3.2 源型输入电路
　　
　　图3所示的电路也是源型输入电路的形式，此时，电流的流向正好和漏型的电路相反。源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进，而从公共端流出，即公共端接外接电源的负极。
　　
　　如果所有输入回路的二极管的阴极相连，就构成了共阴极电路，如图6所示：
　　

图6 共阴极电路
　　
　　三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的输入模块均属于此类输入电路。
　　
　　2.3.2 混合型输入电路
　　
　　因为此类型的PLC 公共端既可以流出电流，也可以流出电流（既PLC公共端既可以接外接电源的正极，也可以接负极），同时具有源输入电路和漏输入电路的特点，所以我们可以姑且把这种输入电路称为混合型输入电路。其电路形式如图7所示。
　　
　　

　　图7 混合型电路
　　
　　作为源输入时，公共端接电源的负极；作为漏输入时，公共端接
　　
　　电源的正极。这样，可以根据现场的需要来接线，给接线工作带来极大的灵活。
　　
　　三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70/71/72。
　　
　　这里需要说明的是，三菱和SIEMENS关于“源输入”和“漏输入”电路的划分正好相反，以上是按三菱的划分方法来介绍的，这点在使用过程中要注意。
　　
　　 SIEMENS S7-300/400系列PLC的直流输入模块大多为漏型输入（公共端接外部电源的负极。注：按SIEMENS的划分方法）。在S7-300系列PLC中，只有SM321（-IBH50-）输入模块为源输入（公共端接正。注：按SIEMENS的划分方法），S7-400系列PLC中则没有源输入模块。小型PLC S7-200的输入模块则全部为混合型输入形式。在大的项目中不建议使用，因此种输入形式虽然接线方便，但容易造成电源的混乱。

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　　3 外接开关量信号和PLC输入电路的连接
　　
　　 PLC外接的输入信号，除了像按钮一些干节点信号外，现在一些传感器还提供NPN和PNP集电极开路输出信号。干节点和PLC输入模块的连接比较简单，这里主要不再缀述。而对于不同的PLC输入电路，到底是使用NPN输入还是PNP输入有时感到无所适从。下面主要介绍一下这两种输入和PLC输入电路的连接。
　　
　　3.1 NPN和PNP输出电路的形式
　　
　　 如图8和图9所示，分别是NPN和PNP输出电路的一种形式。
　

 　

图8 NPN集电极开路输出 图9 PNP集电极开路输出
　　
　　从图8和图9可以看出，NPN集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和0V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和0V相通，输出0V低电平信号；PNP集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和+V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和+V相通，输出+V高电平信号。
　　
　　3.2 NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接
　　
　　3.2.1 NPN集电极开路输出 PLC资料网
　　
　　由以上分析可知，NPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，此即为PLC的漏型电路的形式，即：NPN集电极开路输出只能接漏型或混合式输入电路形式的PLC，连接图如图10所示：
　　
　　 

　　图10 NPN集电极开路输出和PLC的连接
　　
　　3.2.2 PNP集电极开路输出
　　
　　PNP集电极开路输出为+V高电平，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流入，从PLC的公共端流出，此即为PLC的源型电路的形式，即：PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输入电路形式的PLC，连接图如图11所示：
　　
　 　

图11 PNP集电极开路输出和PLC的连接
　　
　　4 结束语
　　
　　正是由于PLC输入模块电路形式和外接传感器输出信号的多样性，我们在PLC输入模块接线前要充分了解PLC输入电路的类型和传感器输出信号的形式，只有这样，才能确保PLC输入模块接线正确无误，为后续的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础.

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PLC的晶体管输出和继电器输出的区别
1.负载电压、电流类型不同

负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。

电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。

电压：晶体管可接直流24V（一般大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。

2.负载能力不同

晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。

3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力

一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。

4.晶体管响应速度快于继电器

继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。

晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出。

5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制

继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。晶体管也有大电流,如5A以上.是晶体管输出的当有后接继电器时,要特别注意继电器线圈极性(一般线圈上都接有保护二极管或指示灯),否则会烧坏晶体管.