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性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障。

如果能限制偶發性故障的發生條件，如果能使PLC在惡劣環境中不受影響或能把影響的后果限制在zui小范圍，使PLC在惡劣條件消失后自動恢復正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當的保護手段，在性故障出現時，能很快查出故障發生點，并將故障限制在局部，就能降低PLC的平均修復時間。為此，各PLC的生產廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有較強的自診斷能力，能及時給出出錯信息，停止運行等待修復外，還使PLC具有了很強的抗干擾能力。

硬件措施：

主要模塊均采用大規模或規模集成電路，大量開關動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統設計有完善的通道保護和信號調理電路。

①    屏蔽——對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。

②    濾波——對供電系統及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或π型濾波網絡，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。

③    電源調整與保護——對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網的波動和過電壓、欠電壓的影響。

④    隔離——在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。

⑤    采用模塊式結構——這種結構有助于在故障情況下短時修復。一旦查出某一模塊出現故障，能迅速更換，使系統恢復正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。

PLC產品種類繁多，其規格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據其結構形式的不同、功能的差異和I/O點數的多少等進行大致分類。

    1．按結構形式分類

    根據PLC的結構形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。

    （1）整體式PLC  整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內， 具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結構。整體式PLC由不同I/O點數的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有I/O和電源等，沒有CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。

    （2）模塊式PLC   模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據需要選配不同規模的系統，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。

    還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統可以靈活配置，還可做得體積小巧。

    2．按功能分類

    根據PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、三類。

    （1）低檔PLC  具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統。

    （2）中檔PLC   除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯網等功能。有些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統。

    （3）PLC   除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。PLC機具有更強的通信聯網功能，可用于大規模過程控制或構成分布式網絡控制系統，實現工廠自動化。

技術發展動向

1. 產品規模向大、小兩個方向發展

大：  I/O點數達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描

      速度高速化。

小：  由整體結構向小型模塊化結構發展，增加了配置的靈活性，降低了成本。

2. PLC在閉環過程控制中應用日益廣泛

3. 不斷加強通訊功能

4. 新器件和模塊不斷推出

的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計數模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。

5. 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化

有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有的PLC指令系統。

6. 發展容錯技術

采用熱備用或并行工作、多數表決的工作方式。

PLC控制器本身的硬件采用積木式結構，各廠家產品結構大同小異。以日本歐姆龍C200HE為例，為總線模板框式結構，基本框架(CPU母板)上裝有CPU模板，其它槽位裝有I/O模板;如果I/O模板多時，可由CPU母板經I/O擴展電纜連接I/O擴展母板，在其上裝I/O模板;另一種方法是配備遠程I/O從站等。這些都說明了PLC廠家將硬件各部件均向用戶開發，便于用戶選用，配置成規模不等的PLC，而且這種硬件配置的開放性，為制造商、分銷商(代理商)、系統集成商、終用戶帶來很多方便，為營銷供應鏈帶來很大便利，這是一大成功經驗。

   PLC內的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，還發展了一系列特殊功能的I/O模板，這為PLC用于各行各業打開了出路，如用于條形碼識別的ASCII/BASIC模板，用于反饋控制的PID模板，用于運行控制、機械加工的高速計數模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識別接口模板等，這在以后還會有很大發展。另外在輸入、輸出的相關元件、強干擾場合的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會更加完善。

   PLC中的CPU與存儲器配合，完成控制功能。它與DCS系統處理溫度、壓力、流量等參數的系統不同，采用快速的巡回掃描周期，一般為0.1~0.2s，更快的則選用50ms或更小的掃描周期。它是一個數字采樣控制系統。

  3.3 PLC的軟件

   為了完成控制策略，為了替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊(或子程序)，稱為指令系統，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應用程序時可以調用。指令系統大致可以分為兩類，即基本指令和擴展指令。細分一般PLC的指令系統有:基本指令、定時器/計數器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉換指令、BCD運算指令、二進制運算指令、增量/減量指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等，這些指令多是類似匯編語言。另外PLC還提高了充足的計時器、計數器、內部繼電器、寄存器及存貯區等內部資源，為編程帶來大方便。

  4 基于Windows的編程語言標準—IEC61131-3

   由于各PLC廠家產品在指令系統上的差異及編程方法上用戶要求不同，近年來IEC制訂了基于Windows的編程語言標準IEC61131-3(1993年IEC頒布可編程序控制器的標準IEC1131)，它規定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結構化文本(ST)五種編程語言。這包括了文本化編程(IL、ST)和圖形編程(LD、FBD)兩個方面，而SFC則在兩類編程語言中均可使用。IEC技術委員會(TC65)進來開展了 IEC61499項目，將IEC61131-3進行了擴展，它是針對通過通信網絡互聯的模塊化分布系統的體系結構的標準，將對IEC61131-3有所改善。這是以數字技術為基礎的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標準化文件，是PLC發展的一大趨勢。

  5 PLC的網絡及發展趨勢

   一個或若干PLC與PC機聯出系統，PC機起到原編程器及人機界面操作站的作用，這20世紀90年代的新潮流，這樣為系統集成帶來了商機，同時編程軟件和人機界面軟件(監控軟件或稱組態軟件)及軟件接口(或稱驅動軟件)也得到了發展。

   近年來，PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網絡。由于近來數據通訊技術發展很快，用戶對開放性要求很強烈，現場總線技術及以太網技術也同步發展，所以PLC構成的PCS系統比DCS的開放性所處的現狀稍好一些。目前羅克韋爾AB公司已形成了多層結構體系，即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等現場總線(原DH+網也可兼容)。西門子公司在Profibus-DP通訊網絡及Profibus-FMS網絡以外，提出了S7 Routing網絡，即Profibus-DP和Industrial Enternet兩層結構。網絡還在發展，我國應已積的姿態投入其中。

SIMATIC S7-400 有多個型號：

• S7-400：
  中、高端性能的功能強大的 PLC，具有模塊化結構和免風扇的設計。
• S7-400H：
  采用冗余設計的容錯自動化系統，適用于故障安全型應用。
• S7-400F/FH：
  采用冗余設計的故障安全自動化系統，也具備高可用性。

S7-400

S7-400 自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，這些模塊可進行各種組合。

系統包含下列組件：

• 電源模塊 (PS)：
  用于將 SIMATIC S7-400 連接到 120/230 V AC 或 24 V DC 電源電壓。
• CPU：
  配有集成 PROFIBUS DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范圍。根據具體型號，這些 CPU 也可以帶有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口，多可以連接 125 個PROFIBUS DP 從站。可以將多 256 個 PROFINET IO 設備連接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可處理大型的配置。此外，在一個中央控制器中的多重計算模式下，多個 CPU 可以協同工作以提高性能。這些 CPU 處理速度快且具有確定性響應時間，可實現較短機器循環時間。
• 用于數字量 (DI/DO) 和模擬量 (AI/AO) 輸入/輸出的信號模塊 (SM)
• 通信處理器 (CP)，例如，用于總線連接和端到點連接
• 功能模塊 (FM)：
  用于完成計數、定位和凸輪控制等要求苛刻的任務的專業模塊。

根據具體要求，也可使用下列模塊：

• 接口模塊 (IM)：
  用于連接中央控制器和擴展單元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可帶有多 21 個擴展單元運行。
• SIMATIC S5 模塊：
  在相關 SIMATIC S5 擴展單元中，可以尋址 SIMATIC S5-115U/-135U/-155U 的所有輸入/輸出模塊。此外，在 S5 EU 或者直接在 CC 中（使用適配器）都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模塊。

擴展

若用戶需要在應用中使用一個以上中央控制器時，則可以對 S7-400 進行擴展：

• 多 21 個擴展單元：
  可將多 21 個擴展單元 (EU) 連接到中央控制器 (CC)。
• 接口模塊 (IM) 的連接：
  通過發送和接收 IM 來連接 CC 和 EU。發送 IM 插到 CC 中，相關的接收 IM 插到下游 EU 中可將多 6 個發送 IM 插到 CC 中（其中多 2 個帶 5-V 電源），并可將多 1 個 IM 插到 EU 中。每個發送 IM 均有 2 個接口，每個接口用于連接 1 條線路。可將多 4 個 EU（不帶 5-V 電源）或 1 個 EU（帶 5-V 電源）連接到發送 IM 的每個接口。
• 電源模塊的固定插槽：
  必須始終將電源模塊插在 CC 和 EU 中的左側。
• 通過 C 總線進行的數據交換受限制：
  通過 C 總線進行的數據交換只能在 CC 和 6 個 EU（EU 1 至 EU 6）之間進行。
• 集中擴展：
  建議用于小型配置和機器上的控制柜。也可以提供 5-V 電源。
  • CC 和后一個 EU 之間的zui大線路距離：1.5 m（帶 5 V 電源）、3 m（不帶 5 V 電源）。
• 通過 EU 進行分布式擴展：
  建議在面積很大工廠內采用，其中，多個 EU 位于各個位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC S5 EU。
  • CC 和后一個 EU 之間的zui大線路距離：對于 S7 EU，約 100 m；對于 S5 EU 約 600 m。

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