6ES7212-1AB23-0XB8原装代理

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可编程控制器的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机。

（1）CPU（Central  Process  Unit）

CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：

a、按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。

b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。

c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。

d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。

PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。

①用通用微处理器作CPU

在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短，执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。

②用单片机作CPU

自从1974年出现单片机以来，已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国INbbb公司MES－48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。

自80年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机，大有取代MCS－48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列单片机是美国INbbb公司在MCS－48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品：8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051； 8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M；INbbb公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列更高，这必将为高档次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积更小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。

③用位片式微处理器作CPU

位片式微处理器的主要特点是：速度快、灵活性强、效等特点。可以进行“级联”，易于“流水线”操作。

（2）系统程序存储器

它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。

（3）用户存储器

用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。同时，由于所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。

常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。

CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存RAM内停电前的数据。锂电池寿命一般为1―5年左右。

EPR0M存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒，PLC则执行R0M盒中用户程序；反之，不插上R0M盒，PLC则执行RAM区用户程序。

EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。

（4）输入输出组件（I/0模块）

I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。

输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。

（5）编程器

编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。

编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。

（6）外部设备

一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。

（7）电源

根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。

5 可编程控制器在通风机自动化变频控制中的应用

兖州矿业（集团）公司杨村煤矿在山东科技大学的协助下，成功地将可编程序控制器应用于南风井和北风井的主通风机自动化变频系统，运行稳定可靠、调速平滑方便，而且实现了包括前导器和风门在内的全自动操作，由于其结果使得矿井的风量需求减少而全年节约电费110万元。

该系统是以可编程序控制器为控制核心、智能变频器为执行核心的机电一体化成果。为了确保通风机的运行安全，主回路设计为两部分：低频部分由1台VF61-2004智能变频器和2台ABB型低频接触器组成，是通风机的主运行回路；工频部分由2台降压启动器组成，作为低频系统的后备回路，用于低频系统发生故障的时候降压启动并且全速运行通风机。

控制系统由5部分组成：SU-6B工业可编程序控制器完成系统的自动控制和智能保护、风量传感器实现系统的风量闭环控制、风门绞车编码器实现风门的绞车精确行程控制、电流变送器实现通风机的过流保护、前导器电动执行机构由可编程序控制器控制自动开启和关闭通风机的前导器。

通风机的风门控制和风量闭环是程序设计的关键点。①在通风机运行过程中，如果风门的开、关过位，则有可能造成风门绞车断电或者对风门造成损坏；如果开、关不到位，则会引起漏风从而影响通风机的效率。因而，除了在系统的硬件设计中给予了充分的重视之外（采用TRD1000型轴编码器），软件的设计也作了周密的考虑。②风量闭环的质量直接影响到矿井的通风质量甚至通风安全，所以在软件设计中采用了PD调节的方式，以保证闭环的质量。

实践表明：此项成果与国内使用单片机和工业控制机进行改造的类似项目相比较，无论是在可靠性还是参数变更的灵活性方面都具有很大的优越性，可以广泛地应用于矿井主通风机的自动化改造。

6 空气压缩机群组的微机监控系统

由兖州矿业（集团）公司杨村煤矿和山东省煤炭科学研究所研制的以可编程控制器为核心的空气压缩机群组微机监控系统，彻底解决了以单片机或者工业控制机为核心的空气压缩机微机监控系统数据测试不准以及整机抗干扰能力差的问题，完善了空气压缩机在运转过程中的安全保护。

空气压缩机是煤矿生产的重要动力设备之一。国内目前运行的空气压缩机大都是采用一般的继电器控制，其监控与保护的技术水平低下，不能够达到《煤矿安全规程》对空气压缩机运行的规定要求，因而故障、维护量大。虽然有些矿井采用了空气压缩机自动控制以及微机控制技术，但由于所选机型或采取的技术措施不能适应煤矿空气压缩机房的特殊生产环境，安装不久就不能正常使用。新研制的空气压缩机群组微机监控系统由温度变送器、压力变送器、断水装置实时采集现场信号，送到可编程控制器各相关模块，由CPU进行处理，经传感器专用数显仪表实时监测、显示设备的工作状态与参数值，具有温度监测与保护、压力监测与保护、断水指示与保护、电参数监测与保护、空气压缩机群组集中控制等功能。

其主要性能特点是：①主机采用进口原装可编程控制器，整机稳定可靠，抗干扰能力强；其模块化结构与简单易懂的编程语言，便于现场维护。②采用高精度温度、压力变送器及传感器专用数显仪表、线性电源对AD/DA模块供电、“一对一”屏蔽电缆接线等技术。③系统具备集中控制、参数自动巡检（巡检时间间隔由用户自由设定）与手动检测的功能，且具有运行指示、告警指示、消音、复位等项功能。④整机硬件配置合理，软件结构化设计，性能价格比高；面板PVC工艺制作，外形美观漂亮。

7 PLC在矿山空气风缩机集中监控中的应用

兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿与山东省煤炭科学研究所合作，采用SU-6B可编程控制器对4台空气压缩机进行集中监测与控制改造，通过对现场出现的问题不断进行持续调整，达到了基本完善的集中监测与控制功能。

该矿工业广场的空气压缩机房布置4台L8/60-7空气压缩机，采用同步电动机直联拖动，励磁柜供励磁电源。每台空气压缩机采用9路开关量、7路模拟量信号输入、7路开关量输出。水温与水压设计成4台机公用，模拟信号传输电缆采用屏蔽电缆，输出数据采用4台机公用显示，定期扫描巡检输出，带手动自锁巡检按钮，便于司机抄表。系统具有故障记忆功能，在声光告警状态下，自动记忆并锁定故障车号及故障状态参数，以便分析，按下“复位按钮”方可恢复系统自动运行。为了确保设备在可编程控制器及故障检修状态下运行，设置了手动控制系统与可编程控制器系统相互切换，手动控制与改造前的控制功能相同。由于压风机启动、停车都按程序进行，必须先卸荷、放风使空气压缩机空载然后再停车，故将方式开关作为紧急停机开关信号引入。

在软件上加了紧急停车回路，按照《煤矿安全规程》的要求，将停水、断油、超温与紧急停车开关组合成紧急停车回路，确保故障状态或紧急情况下人为紧急带负荷停车，防止事故蔓延。由于卸荷打风的压力传感器都是专用的，每台机的打风卸荷受各自传感器控制，而传感器都装在各自的风，风包排气管路又相互联结在一起，就使较灵敏的压力传感器先动作，打风卸荷交替运行，而不灵敏的传感器基本上不动作，总处在满负荷工作状态。为此，将程序作了修改，使一台机连续运行一定时间后自动卸荷，直到风压降到下限，再投入运行。

8 集散式分布控制系统应用于矿井水处理系统

兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿原有的矿井水处理设施已无法满足矿井水排量的需求，必须对原处理设施进行技术改造，提高矿井水的处理能力。为此，他们在山东省煤炭科学研究所的帮助下增设了一套新的矿井水处理设备。为了降低了水处理成本，采用了集散式分布控制系统，对设备异常采用超级文本指示可能出现故障的原因，有利于准确分析、判断和排除故障。

该矿的矿井水处理设施分两点布置，一级站与二级站相距450m。站内设备布置相对集中，分别设有1台可编程控制器（PLC）对设备进行控制。由于过程控制涉及到整个系统设备监控、数据采集及自动加药排泥、等诸多环节，所以自动加药排泥和都具备独立的控制单元。矿井水处理过程控制系统由网络服务器、上位机系统、可编程控制器控制系统、控制系统、智能仪表、传感变送器以及打印机等组成。此系统采用Porfibus工业总线集散式分布控制方式。上位系统通过MPI总线与下位控制单元PLC、智能控制单元等进行通讯，从而完成相关设备运转的工况监控、相关工艺参数的实时监测和显示、工艺流程控制、动画显示、数据存储、报表管理、定时打樱

实践表明，集散分布控制方式的最大优势在于控制风险分担，将控制功能分散到若干个智能控制单元，避免系统某一环节异常或故障而造成整体瘫痪，有着较高的可靠性。下位机如PLC、智能仪表具有独立的CPU，既可脱离上位机独立完成控制功能，又可通过网络通讯接受上位机的监控与管理。由于系统配置灵活、扩展方便，各工控智能单元作为下位机既独立又与整个系统融为一体，优势得以充分发挥，具有较高的性能价格比。

9 用PLC实现选煤厂设备起车前故障检测

兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿选煤厂采用可编程序控制器控制选煤厂设备起车前的故障预检测，保证全部设备一次起车成功，成功率几乎达到了100%，取得了良好的效果。

该厂的设备均采用集中控制方式。在起车过程中，只要其中有一台设备发生了故障，其余的设备就必须全部停车检修，而且要待到所有设备均无故障后才能再次起车。由于选煤厂的设备数量多达数百台，因而起车的过程经常需要重复好几次，不仅严重影响了正常生产秩序，还造成了设备的空运转磨损，浪费了电能消耗。为此，他们采用可编程序控制器对设备进行起车前的故障预测。此项改造完成后，开车前由可编程序控制器对电动机的二次控制回路进行故障检查，检测接点被串入集中控制起车信号回路和电动机控制回路中。在设备完好状态下，检测接点是闭合的，设备有输入信号，此时即可以起车；当设备有故障时，检测接点则是打开的，这时设备没有输入信号，立即可找出故障。常见故障有漏电继电器、热继电器、综合保护器等跳闸及停止按钮按下后没有复位等。

运行实践表明，这项改造成果的预功能是相当可靠的，经济效益和社会效益均非常显著。行家们对济宁三号煤矿选煤厂应用可编程序控制器实现全厂设备起车之前的故障预检测的成果给予了极高的评价，希望能够尽快地在更大的范围得到推广。

10 PLC在鲍店选煤厂系统的应用

兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿选煤厂的控制系统采用底层可编程控制器系统与上位机监控相结合的模式，以数据量逻辑控制为主，配以少量工艺过程参数的模拟量检测监视，用于实现工艺流程系统设备的集中启、停车控制和运行过程中的连锁控制，并且具有工艺过程参数的闭环控制系统，达到国内业中的先进水平。

该厂原先的系统采用SIMATIC TI545、配煤系统采用SIMATIC S70-300。系统的整体框架分为原煤重介选矸系统、筛分系统、储装运系统、跳汰系统、捞坑系统和沉降离心脱水系统；原煤室操作原煤系统的重介选矸系统和筛分系统；储运室操作储装运系统；压滤车间设备仅在模拟盘上显示。三个室有各自的可编程控制器主机，互不通讯，版本不一。改造后的新系统将洗煤、压滤与储运系统合为一台可编程控制器主机，原煤车间单独一台可编程控制器主机；两台主机不直接通讯，系统通过上位机通讯互访。

控制方案选用施耐德140系列PLC系统，主机选用CPU11303中央处理单元，具有512K字节RAM，MODBUS、MODBUS PLUS接口。与现场设备状态检测及控制电路相连的部分采用MODBUS PLUS工业总线结构的分布式控制系统，在厂调度室和原煤车间分别设置独立的可编程控制器主机站，在主厂房洗煤车间9PD、10PD和5PD-1配电室、原煤车间3PD、重介二楼配电室、重介三楼配电室、筛分车间配电室、原煤1#变电所、储运5PD-1、原煤2#变电所、块煤仓下、原煤仓下和压滤车间配电室设置分布站，除了原煤车间3PD、重介二楼配电室、重介三楼配电室、筛分车间配电室和原煤1#变电所分布站由原煤系统可编程控制器控制外，其余分布站均由厂调度室可编程控制器控制。

11 提高PLC控制系统可靠性的措施

可编程控制器在选煤厂已得到广泛应用，但由于各种原因造成控制系统可靠性低。兖州矿业（集团）公司职工大学通过原因分析，从软硬件及安装使用等方面提出一些措施，有效地提高可编程控制器的可靠性。

⑴设计完善的故障报警系统。在自动控制系统中设计三级故障报警系统。一级设置在控制现场的各种控制面板上，用指示灯指示设备正常运行和故障情况。二级故障显示在中心的控制大屏幕监视器上，设备出现故障时有文字显示故障类型，工艺流程图上对应设备闪烁。三级故障显示在中心控制室信号箱内，出现故障时信号箱声光报警，提示及时处理。

⑵提高输入信号可靠性。①硬件。选用可靠性较高的变送器和开关，防止各种原因引起的传送线路短路、断路或接触不良。②软件。在程序设计中加数字滤波程序，增加输入信号的可靠性；现场输入触点后加一定时器，其定时时间根据触点抖动情况和系统要求及相应速度确定，保触点稳定闭合后才有其它响应；模拟信号滤波采用下法：对现场信号连续采样3次，其间隔由A/D转换速度和模拟信号变化速度决定，去掉最大、最小值，保留中间值存放在数据寄存器中；程序设计时可利用信号间关系判断信号可靠程度，如贮罐上下液位保护的开关动作发出信号给可编程控制器，将此信号与液位计信号对比正确说明真实，反之可能极限开关故障或传送信号线路故障；系统功能表上有时不出现互锁，但为了提高可靠性在编程时必须加以互锁。

⑶执行机构。负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，吸合、释放可靠；开启或关闭阀门时，关闭时间根据阀门开度而不同，设延时又检测不到开或关到位的信号，如信号不能准确返给可编程控制器则阀门可能有故障。

⑷安装、布线采取抗干扰。PLC的电源、I/O电源一般采用不带屏蔽层的隔离变压器供电，在较强干扰源环境中使用时接地截面积不小于2，接地电阻不大于100kΩ，接地线采用独立接地方式；可编程控制器电源线、I/O电源线、输入信号线

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