西门子6ES321-1CH00-0AA0
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在工程设计中常常会遇到控制系统信号太多而PLC输入点不够用的情况，而增加硬件则需要追加投资。如何利用现有设备处理尽可能多的数据点是一个值得我们探讨的问题。
（1）减少所需输入点数的方法
a.分组输入
自动程序与手动程序不会同时执行，可考虑把这两种信号叠加起来按照不同的控制状态要求分组输入PLC。
b.触点合并输入
如一个两地启动，三地停止的继电器—接触器控制。在该为PLC控制电路的时候，可将三地停止按钮串联接一个输入点，将两地启动按钮并联接一个输入点，这样所占用的输入点数大大减少。而实现的功能一样。
c.充分利用PLC的内部功能
利用转移指令在一个输入端上接一开关，作为手动/自动方式转换开关。
运用转移指令可将手动和自动操作加以区别。利用计数指令或者位移寄存器，也可利用交替输出指令实现单按钮的启动和停止。
（2）减少所需输出点数的方法
a.通断状态相同的负载，在PLC的输出点功率允许的情况下可并联于同一输出端点，即一个输出端点带多个负载。
b.当有m个BCD码显示器显示PLC数据时候，可以使BCD显示器并联占用4个输出端点，即一个输出点带多个负载。
c.某些控制逻辑简单，而又不参加工作循环，或者在工作循环开始之前必须启动的电器可以不通过PLC控制。
通过软件和硬件的结合可以设计出各种输入/输出点的控制方案，这里介绍的仅起抛砖引玉的作用。希望学员在实际工作中不断探索，积累更多的宝贵经验
在炉温控制系统中，炉子由电加热器加热，炉温用热电耦检测，与热电耦型温度传感器匹配的模拟量输入模块 FX2N-4AD-TC将温度转换为数字输出，CPU将检测的温度与温度设定值比较，通过PLC的PID控制改变加热器的加热时间从而实现对炉温的闭环控制。PID控制时和自动调谐时电加热器的动作情况如图17-7示。其参数设定内容如表17-7所示。
表17-7 参数设定内容
2、实训要求
2.1 输入和输出点分配表
见表17-8。
表17-8 输入与输出点分配表
2.2 PLC接线图
按图17-8接好线。配线时，应使用带屏蔽的补偿导线和模拟输入电缆配合，屏蔽一切可能产生的干扰。FX2N-4AD-TC的特殊功能模块编号为0。
2.3 程序设计
用选择开关置X10作为自动调谐控制后的PID控制，用选择开关置X11作为无自动调谐的PID控制。当选择开关置X10时，控制用参数的设定值在PID运算前必须预先通过指令写入，见图17-9,程序0步开始，M8002为初始化脉冲，用MOV指令将目标值、输入滤波常数、微分增益、输出值上限、输出值下限的设定值分别传送给数据寄存器D500、D512、D515、D532、D533。程序第26步，使M0得电，使用自动调谐功能是为了得到佳PID控制，自动调谐不能自动设定的参数必须通过指令设定，在第29步～47步之间用MOV指令将自动调谐用的参数（自动调谐采用时间、动作方向自动调谐开始、自动调谐用输出值）分别传送给数据寄存器D510、D511、D502。程序第53步开始，对FX2N-4AD-TC进行确认、模式设定，且在PLC运行中读取来自FX2N-4AD-TC的数据送到PLC的D501中，103步开始对PID动作进行初始化。第116步开始，X10闭合，在自动调谐后实行PID控制，当自动调谐开始时的测定值达到目标值的变化量变化1/3以上，则自动调谐结束，程序第128步～140步，自动调谐结束，转移到通常动作，M1复位，第47步，将通常动作的采样时间设定值500ms用脉冲执行型MOV（P）指令送给D510，进行PID控制。
用选择开关置X11作为无自动调谐的PID控制（当选择开关置断开位置时，将PID动作初始化，即D502清零）。程序116步，执行PID指令。加热器动作周期T246设为2秒，当加热器动作周期2秒钟到，通过复位指令将T246清零，因为M3动作，T246重新计时。通过触点比较指令，控制加热器是否工作，由于PID调节获得需要的加热时间的数据置于D502中，D502不是固定值，靠PID来调节，在PID调节过程中，M3动合触点始终是闭合的，当加热时间通过T246记录的数据小于PID传送的数据D502时，加热器加热，否则停止加热，等待加热器动作周期2秒到，T246清零并重新计时，此时加热器又加热，周而复始。因而通过PID控制不断调节加热器的加热时间，从而实现了恒温控制。当控制参数的设定值或PID运算中的数据发生错误时，则运算错误标志辅助继电器M8067变为ON状态，通过Y0输出给故障指示灯显示。
2.4运行并调试程序
（1）将梯形图程序输入到计算机，检查电源正确无误。
（2）对程序进行调试运行
a. 将选择开关S置X10，先执行自动调谐，观察程序的运行情况；
b.将选择开关S置X11，仅执行PID控制，观察程序的运行情况。
（3）调试运行记录：
6ES7312-5BF04-0AB0详细说明
MPS(Push)，MRD(Read)，MPP(Pop)指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。
FX系列有11个存储中间运算结果的堆栈存储器(见图1)，堆栈采用**后出的数据存取方式。MPS指令用于储存电路中有分支处的逻辑运算结果，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结集。使用一次MPS指令，当时的逻辑运算结果压入堆栈的层，堆栈中原来的数据依次向下一层推移。
MRD指令读取存储在堆栈上层的电路中分支点处的运算结果，将下一个触点强制性地连接在该点。读数后堆栈内的数据不会上移或下移。
MPP指令弹出(调用并去掉)存储的电路中分支点的运算结果。首先将下一触点连接在该点，然后从堆栈中去掉该点的运算结果。使用MPP指令时，堆栈中各层的数据向上移动一层，上层的数据在读出后从栈内消失。
图1和图2分别给出了使用一层栈和使用多层栈的例子。每一条MPS指令必须有一条对应的MPP指令，处理后一条支路时必须使用MPP指令，而不是MRD指令。在一块独立电路中，用进栈指令同时保存在堆栈中的运算结果不能超过11个
| 当CPU不足以为右边模块提供功率时，必须用PS模块，具体可在1500博途组态中查看。 系统电源 (PS)连接到背板总线（U 型连接器），仅用于提供内部所需的系统电压， 可为部分模块电子元件和 LED 供电。 CPU 或接口模块未连接 24 VDC 负载电源模块时，也可使用系统电源为其供电。在 CPU/接口模块右侧的插槽（电源段）中，多可以插入两个系统电源 (PS)。 负载电源模块 (PM)为模块的输入/输出电路以及设备的传感器和执行器（如果已安装）供电。在通过系统电源为背板总线提供电压时，也可用于为 CPU/接口模块提供 24 VDC 电压。 负载电源模块可安装在“S7-1500 安装导轨”上，但不需要连接到背板总线。 当 CPU/接口模块提供给背板总线的电量不足以为所连接的所有模块供电时，需要使用系统电源 (PS)。 也可以使用 120/230 VAC 的系统电源，通过背板总线为 CPU/接口模块供电。随后就无需为 CPU 提供 24 VDC 电压。 是否需要额外系统电源取决于所用模块的功耗。 由 CPU/接口模块和系统电源提供的功率必须大于 I/O 模块所需的功率。 通过负载电源模块然后通过 CPU/接口模块馈电通常可满足中小型硬件配置的需要。所连接模块的功耗不能超过由 CPU/接口模块提供的功率。 大型配置单独通过 CPU背板总线供电已不能满足需求，需要安装额外的系统电源。系统电源和 CPU/接口模块同时向背板总线供电。提供的总功率是两种方式提供的功率之和。 对于配置模块少，可以只用负载电源，其是必需的，配置模块多时再增加系统电源。 |
| 西门子plc具有很完善的自诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。故障处理的方法可参看西门子S7-200PLC系统手册的故障处理指南。实践证明，外部设备的故障率远高于PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了及时发现故障，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。 1. 超时检测 机械设备在各工步的所需的时间基本不变，因此可以用时间为参考，在可编程控制器发出信号，相应的外部执行机构开始动作时起动一个定时器开始定计时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。如某执行机构在正常情况下运行10s后，使限位开关动作，发出动作结束的信号。在该执行机构开始动作时起动设定值为12s的定时器定时，若12s后还没有收到动作结束的信号，由定时器的常开触点发出故障信号，www.diangon.com该信号停止正常的程序，起动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。 2. 逻辑错误检查 在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如存储器为的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出了故障。因此可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。如机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时接通。若它们同时接通，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。在梯形图中，用这两个限位开关对应的存储器的位的常开触点串联，来驱动一个表示限位开关故障的存储器的位就可以进行检测。 A、外部设备故障 外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障,直接影响系统的控制功能。 B、系统故障 这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。故障发生后,可重新启动使系统恢复正常,则可认为是偶然性故障。重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件,系统才能恢复正常,则可认为是固定故障。 C、硬件故障 这类故障主要指系统中的模板(特别是I/O模板)损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显,影响局部。 D、软件故障 软件本身所包含的错误,主要是软件设计考虑不周,在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中,由于软件工作复杂、工作量大,因此软件错误几乎难以避免。对于可编程控制器组成的控制系统而言,绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类,可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。 E、可编程控制器的自诊断测试 可编程序控制器具有极强的自诊断测试功能,在系统发生故障时要充分利用这一功能。在进行自诊断测试时,都要使用诊断调试工具,也就是编程器。 F、利用系统功能进行诊断测试 利用可编程控制器本身所具有的各种功能,自行编制软件、采取一定措施、结合具体分析确定故障原因。用户通过程序可以编辑组织块,来告诉CPU当出现故障时应如何处理,如果相应的故障组织块OB没有编程,当出现该故障时,CPU转到“STOP”状态。 西门子（SIMATIC）PLC以其精湛的德国电路板制造工艺，在我国很过行业被广泛应用，西门子故障处理、PCL电路板维修因而成为很多企业设备维护技术人员必须掌握的本领。 S5系列PLC目前在我国工业市场常见的主要有U型（通用型）、W型（字处理型）、R型（开关型）等三种型号。不同型号的PLC，其故障表现和判断方式也不同。这其中，软件故障都可以利用西门子专用编程器解决问题，西门子plc都留有通讯PC接口，通过专用伺服编程器即可以解决几乎所有的软件问题。 通过软件PC程序可以判断是否是软件故障，如果是硬件故障，则需要专用的芯片级电路板维修工程师才可对其进行修复工作，PLC一般都是模块话结构构成，较为简单的处理方式就是更换故障板卡。而上海彩亚电路板维修有限公司独有的西门子在线检测平台则可以对所有模块结构进行检测，然后对故障部位进行芯片级维修处理，从而节约客户成本超过70%以上。 1、软故障的判断和处理 S5 PLC具有自诊断能力，发生模块功能错误时往往能报警并按预先程序作出反应，通过故障指示灯就可判断。当电源正常，各指示灯也指示正常，特别是输入信号正常，但系统功能不正常（输出无或乱）时，本着先易后难、先软后硬的检修原则首先检查用户程序是否出现问题。S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题；没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上。需要特别说明的是，有时简单的程序覆盖不能解决问题，这时在重新拷贝程序前总清一下RAM中的用户程序是相当必要的。通过将PLC上的“RUN”“ST”开关按RUN---ST---RUN---ST---RUN的顺序拨打一遍或在PG上执行“Object—Blocks—Delete---inPLC—allblocks---overall—Reset”功能就完成了RAM中程序的总清。 另外，保存在EPROM中的程序并不是万无一失的，过分相信EPROM上的程序有时会给检修带来困惑。所以经常性的检查核对EPROM中的程序，特别是PG中的备份程序就显的尤为重要。 2、PLC硬件故障 PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是更换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的更换会带来不必要的损失。 （1）电源模块故障。 一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是绿色长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，更换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，更换整个电源。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差超出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。“BATT”变色灯是后备电源指示灯，绿色正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该更换后备电池，手册规定两到三年更换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要更换整个模块。 （2）I/O模块故障。 输入模块一般由光电耦合电路组成；输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二极管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就更换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中更改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是更换输入模块还是更换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是不允许的。 （3）CPU模块故障。 通用型S5 PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性更大，因为更换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。 检修实例：一台PLC合上电源时无法将开关拨到RUN状态，错误指示灯先闪烁后常亮，断电复位后故障依旧，更换CPU模块后运行正常。在进行芯片级维修时更换了CPU但故障灯仍然不停闪烁，至到更换了通信借口板后功能才恢复正常。 3.外围线路故障 据有关文献报道，在PLC控制系统中出现的故障率为：CPU及存储器占5%，I/O模块占15%，传感器及开关占45%，执行器占30%，接线等其他方面占5%，可见80%以上的故障出现在外围线路。外围线路由现场输入信号（如按钮开关、选择开关、接近开关及一些传感器输出的开关量、继电器输出触点或模数转换器转换的模拟量等）和现场输出信号（电磁阀、继电器、接触器、电机等），以及导线和接线端子等组成。接线松动、元器件损坏、机械故障、干扰等均可引起外围电路故障，排查时要仔细，替换的元器件要选用性能可靠安全系数高的优质器件。一些功能强大的控制系统采用故障代码表表示故障，对故障的分析排除带来极大便利，应好好利用。 总结：西门子PLC其他系列的故障判断和处理方法与此原理相同可依次类推 |
