内容摘要
汽轮机属于高温、高压、高速旋转机械，为了最大限度地保护汽轮机安全运行，避免恶性事故的发生，减少损失，一般都设有火电厂汽轮机发电机组危急保护控制系统（ETS）。它是电站过程控制中可靠性要求级别极高的系统。其功能是连续监视汽机的运行参数及状态，并进行逻辑运算及判断，使设备按照既定的合理程序完成必要的操作，以保证汽轮机的安全。汽轮机危急保护控制系统对汽轮机的安全运行，防止人员操作事故及由于保护设备故障造成的安全事故起着非常重要的作用。传统的继电保护系统存在动作延迟、动作接点易产生氧化粘连的缺点；发生故障时，难以判断具体的回路，延长了判断故障的时间，因此无法进行实时监控和资料共享，保护种类单一。
本文采用的双机并列汽轮机危急保护系统，具有常规保护系统的功能，且双机互为热备用。两套软件和硬件都完全一样而又彼此独立，任何一套PLC系统故障或停运都不影响另一套PLC系统的正常运行，也不会引起输出信号状态的改变，这种软硬件完全冗余结构可有效消除系统故障隐患，从而提高系统可靠性。双机并列保护系统由程序控制单元、人机界面单元（HMI）组成。控制单元采用高性能西门子SIMATIC S7系列PLC；人机界面单元根据用户或现场实际需求可采用操作屏或者触摸屏。本文以PLC控制技术为中心，将其应用在了汽轮机机组运行监控系统中，在此过程中介绍了汽轮机危急保护系统项目的意义及发展概况、工艺要求;根据工艺要求所采用的硬件选型；西门子S7系列PLC的主要功能和特点，STEP7软件的硬件组态及简单的编程介绍，通过对西门子PLC的通信介绍和分析来说明PLC实现通信的原理及方法；操作屏软件
WinCC flexible 2007的介绍及控制画面、报警画面的设计等。
通过本次毕业设计完成了汽轮机保护系统的集成设计、控制站和操作站的软件开发，实现了工艺控制要求，培养了创新能力，提高了知识运用能力和实践能力，建立了控制系统设计的整体概念。最后项目进行总结和对前景的展望。
关键词: 可编程控制器；汽机危急保护系统；双机并列；人机界面; 触摸屏
Abstract
The turbine belongs to the high temperature, high pressure, high-speed rotating machinery, in order to maximize the protection of the turbine safe operation, to avoid the occurrence of fatal accidents, reduce losses, are generally equipped with a thermal power plant steam turbine generator sets critical protection and control system (ETS). It is a very high level of reliability requirements in the power plant process control system. Its function is to continuously monitor the operating parameters and status of the turbine, and logical operations and judgments, and equipment to complete the necessary action in accordance with established reasonable procedures to ensure the safety of the turbine. Turbine emergency protection control system for the safe operation of the steam turbine, to prevent the personnel to operate the accident and due to the protection of equipment failure caused by security incidents plays a very important role. Traditional protection systems of action delayed action contacts is easy to produce oxidation of the shortcomings of the adhesion; failure, it is difficult to determine the specific loop, to extend the time of judgment failures, and therefore can not be real-time monitoring and data sharing, a single protected species.
The proposed dual machine parallel turbine critical protection systems, conventional protection system functions, and the two-machine each other hot spare. Two sets of software and hardware are exactly the same and independent of each other, failure or outage of any one set of PLC system will not affect the normal operation of another PLC system, it will not cause the change of the output signal status, hardware and software fully redundant I structure which can effectively eliminate the hidden dangers of system failure, thereby improving system reliability. Dual parallel protection system consists
of a program control unit, man-machine interface unit (HMI). The control unit uses a high-performance Siemens SIMA TIC S7 series PLC; man-machine interface unit according to the actual needs of the user or field operation screen can be used or touch screen.PLC control technology and its application in the turbine plant operation monitoring system, described in this procedure, the significance of the project and development profile of the turbine critical protection systems, process requirements; the hardware selection process requirements; series PLC, Siemens STEP7 main functions and features of the STEP 7 software, hardware configuration and programming introduced through the introduction and analysis of the Siemens PLC to PLC communication principles and methods; the introduction of the operation screen software WinCC flexible 2007 and control screen, alarm screen design.
The graduation project completed the software development of the integrated design of the turbine protection system, control stations and operator station process control requirements, develop the innovation capability, to improve the application of knowledge and practical ability to establish overall control system designconcept,and the outlook for the project prospects.
Key words：PLC；ETS；two parallel control stations；HMI；panel
目录
第一章绪论 (1)
1.1汽机危急保护系统基本概念 (1)
1.2数字化ETS课题的意义 (1)
1.3项目发展概况及前景 (2)
1.3.1项目发展概况 (2)
1.3.2项目前景 (3)
1.4本章小结 (3)
第二章数字化ETS工艺简介 (4)
2.1数字化ETS系统 (4)
2.2双机并列ETS系统技术方案说明 (4)
2.2.1系统结构 (4)
2.2.2技术特点 (5)
2.2.3系统功能 (7)
2.3工艺控制内容及设计步骤 (7)
2.3.1工艺控制监测内容 (7)
2.3.2控制系统设计一般步骤 (8)
2.4本章小结 (8)
第三章控制系统硬件选型 (9)
3.1可编程逻辑控制器—PLC (9)
3.1.1PLC的基本概念及应用领域 (9)
3.1.2PLC的基本结构 (10)
3.1.3PLC的基本工作原理 (12)
3.2工业通信网络 (13)
3.3控制系统硬件选型 (15)
3.3.1硬件选型原则 (15)
3.3.2硬件选型 (16)
3.4本章小结 (18)
第四章双机并列ETS系统软件开发 (19)
4.1控制系统软件开发平台 (19)
4.1.1控制站软件开发平台—西门子STEP7 (19)
4.1.2操作站软件开发平台—西门子W IN CC FLEXIBLE 2007 (19)
4.1.3软件开发的编程语言 (19)
4.2基于STEP7平台的控制站软件开发 (20)
4.2.1新项目建立和硬件组态 (20)
4.2.2在STEP7中进行硬件网络组态 (23)
4.2.3建立变量数据库并编程 (23)
4.3基于W IN CC FLEXIBLE 2007平台的操作站软件开发 (26)
4.3.1在W IN CC FLEXIBLE 2007下建立新项目 (26)
4.3.2建立操作站与控制站之间的通讯 (26)
4.3.3操作站软件中组态变量 (27)
4.3.4设计操作站控制画面 (27)
4.4本章小结 (29)
第五章总结 (30)
致谢 (32)
第一章绪论
1.1 汽机危急保护系统基本概念
随着汽轮机组容量的不断增大，蒸汽参数越来越高，热力系统越来越复杂。为了提高机组的热经济性，汽轮机的级间间隙、袖缝间隙都选择得比较小。因汽轮机的旋转速度很高，心机组启动、运行或停机过程中，如果没有按规定的要求操作控制，则很容易使汽轮机的转动部件和静止部件相互摩擦引起叶片损坏、大轴弯曲、报力瓦烧毁等严重事故．为了保证机组安全启停和正常运行需对汽轮机组曲轴向位移、热膨胀、差胀、转速、振动、主轴偏心度等机械参数进行监视并对轴承温度、油压、真空、高加水位等热工参数进行监视和异常保护．当被监视的参数在超过规定值(报警值)通过声、光等报警信息提醒值班运行人员，及时向值班运行人员提供这些热工参数变化的信息。在自动调节系统和联动控制系统等自动处理热工参数的异常时，运行值班人员还可以采取其他必要措施。只有当所有上述处理措施均失效，同时异常情况不断发展甚至可能危及机组设备的安全时，自动保护系统的跳闸回路才使用最后的极端措施——保护装置动关闭主汽门，实行紧急停机，确保机组设备及人身的安全。
1.2 数字化ETS课题的意义
九十年代中期阜新发电厂，鞍钢发电厂，吉林二道江发电厂由于汽轮机保护系统出现问题相继发生重大事故，清河发电厂，长山发电厂也因为汽机危急保护系统漏洞多次险些酿成事故。通过对事故的分析我们总结出ETS系统的故障点基本集中于以下几个原因：
1.保护传感前置器精度低，线性度差导致信号失真，接点误输出；
2.采用常规继电器式结构，接点产生粘连和误动；
3.电磁阀线圈损坏和阀体卡涩未及时发现；
4.保护回路局部线缆中断未及时发现；
5.硬件设备损坏未及时发现；
6.系统接地不良。
传统意义上的汽轮机保护系统是基于继电器基础上的逻辑系统。由于逻辑关系十分复杂，往往使用大量的中间继电器、时间继电器、接触器等电气元件。这不仅大量占用了电厂宝贵的空间资源，其庞杂的电路连线也给检修人员的日常维护和检修带来很多麻烦。总的来说，传统的继电保护系统存在动作延迟，动作接点易产生氧化粘连的缺点；发生故障时，难以判断具体回路，延长了判断故障的时间，因此无法进行实时监控和资料共享，保护种类单一，不能改为其他保护功能。更重要的是其很难实现冗余、热备设计。传统意义上的汽轮机组保安系统上的任何环节出现问题，都可能给整个机组的安全造成巨大的隐患和损失。
所以，为了有效地克服难题，同时也是为了提高汽轮机运行的安全性，引进数字化的保护系统势在必行。
本文提出的双机并列汽机危急保护系统，就是将两套完全相同的PLC系统应用于ETS上。数字化汽机危急保护系统不同于传统意义上的汽机保护系统，数字化ETS可以更有效地解决上述问题，而且能及时发现系统潜在的故障隐患，充分提高系统的可靠性。
1.3 项目发展概况及前景
1.3.1 项目发展概况
近些年来，由于我国重视电力建设的发展，所以电力行业发展非常迅速。但从节能和减少环境污染出发，国家已经开始对中小型汽轮机组采取限制和整改的措施，这类汽轮机的蒸汽参数一般都是中压和低压系列，控制系统设计所采用的技术也比较落后，这样就造成效率较低，能源浪费。
从可靠性(Reliability)、可用性(Availability)和可维护性(Maintainability)的角度来讲，从国际竞争力的角度来讲，传统的机械液压式控制系统比可编程控制器（PLC）等控制系统要落后许多。所以，对中小型汽轮机组的控制系统的可靠性、可用性、可维护性和抗干扰性进行研究是十分有必要的。机械液压式调节系统是传统成熟的设备，但由于存在其本身无法克服的不足，如机械误差引起的迟缓率大，特征曲线线性差等问题，已经开始被电调控制系统所取代[1]。
1.3.2 项目前景
越来越多的趋势表明，由于数字化ETS系统设计合理且先进，在系统可靠性和安全性上具有强大的优势，同时可以为企业节省大量的维护成本和提高经济效益，能满足现场搞可靠性的要求。数字化ETS将逐步取代传统的继电器式保护系统。因此，在我国目前大力发展电力资源的情况下，市场前景相当广阔
1.4 本章小结
本章介绍了汽轮机保护系统的基本概念等相关知识，从工业发展和工业需求的提高方面，简单阐述了汽轮机保护系统的重要性。结合电气控制原理说明了保护系统的理论科学依据，比较了传统继电器式汽轮机保护系统和数字化汽轮机保护系统的特点，充分体现出了数字化ETS的优势。
考虑现在国内外在控制领域的发展情况，结合项目自身特点，先进的自动控制是现代工业发展的必要组成部分，体现了ETS控制系统开发的必要性和紧迫性，PLC引领着控制领域的主流发展方向。
第二章数字化ETS工艺简介
2.1 数字化ETS系统
传统的ETS保护系统是采用继电器用硬接线连接而成，可靠性较低，信号的改动比较麻烦。而数字化的ETS系统是用可编程逻辑控制器（PLC）来实现保护控制功能，数字化ETS系统是独立于汽轮机运行的保护系统，它从根本上避免了传统ETS 系统实现保护时所产生的硬件上的依赖和牵连关系，保证ETS系统的独立性和自主性。同时在目前的技术条件下，解决PLC系统与其他控制系统的通信已经不成问题，所以摆正机组控制系统的整体性也可以得到解决。
2.2 技术方案说明
2.2.1 双机并列危急保护系统结构
双机并列保护系统由保护程序控制单元、人机界面单元（HMI）组成。保护程序控制单元采用高性能西门子SIMATIC S7系列PLC；人机界面单元根据用户或现场的实际需求可采用操作屏、触摸屏或工控机等。
为实现对汽轮机安全、快速、有效的控制，控制站采用双机并列的结构。在冗余控制系统中，整个控制系统有两套完全相同的系统组成，运行时彼此独立并联运行。任何一套PLC系统故障或停运都不影响另一套PLC系统的正常运行，也不会引起输出信号状态的改变。常规的冗余设计只是采取双CPU加CPU切换模块与通信模块的方式，一主一从，只有在主CPU故障时自动切换到从CPU运行，这种结构对于输入输出模块损坏而引起的故障是没有任何效果的。而本文采取的双机并列是同时处于工作状态，并列完成保护控制逻辑，所以不需要在线切换，不存在切换扰动问题，只要两个控制站时钟同步即可。
双机并列控制方案对于ETS系统的功能特点对安全和稳定运行的特殊要求，具有很大的优越性。该方案可保证在任何可能发生的紧急情况下，准确无误的使汽机停机。该系统的双机并列运行，互不干扰；若其中一台发生故障，另一台完全可以完成保护任务，此时若在操作站上把故障机的保护投退开关启动，可以做到在线维
护，不影响整套设备运行，如图2.1所示。
图2.1 ETS 危急保护系统配置图
2.2.2 技术特点
传统ETS 系统的保护跳闸程序控制、电磁阀动作环节普遍存在误动和拒动问题，本系统通过采用全数字化技术，可有效解决这些问题，并极大地降低保护系统的错动概论，大幅度提高保护系统的可靠性。
⑴ 保护跳闸程序的可靠性高
由于DCS 系统的数据采集和处理的响应时间通常在100ms 以上，SOE （Sequence Of Event-时间顺序）板虽然分辨率可达1ms ，但无法进行实时监控，因此无法满足甩负荷保护等快速环节的要求[2]。
本系统采用SIMATIC S7系列产品取代通常的继电器柜，克服了常规继电器柜式系统由于电气元件损坏、跳闸动作延时、动作接点易产生氧化粘连等产生的误动拒动。采用数字化“软”逻辑代替继电器式电硬逻辑，并结合双机（CPU ）结构可大幅提高保护逻辑的可靠性，同时降低动作延迟时间。
系统的保护控制逻辑结构采用先进的“两或一与”逻辑结构代替普通的“与”逻辑结构，从数理角度提高动作可靠性。汽机跳闸保护I/O 采用冗余配置，可同时防止接点的误跳和拒跳。
⑵ 电磁阀动作的可靠性高
主汽门、调速汽门、抽气逆止门是汽机保护的“生命线”，电磁阀线圈烧毁、阀体卡塞和控制回路的中断是对保护的最大威胁，是导致机组误动和拒动的另一重B_Station
(HMI)
操 作 站 通讯网络 外 围 电 路 现 场 A_Station CPU PS CP I/O I/O CPU PS CP I/O I/O
要因素。汽机危急保护程序控制的特殊性在于机组正常运行时保护系统无动作环节，一旦机组处于危急状态时则要达到100%的动作可靠性。
⑶事故分析、责任分析手段完整
双机并列危急保护系统具有记录和判断事故首出信号。由CPU直接做出事故首出判断比采用SOE的接点输入方式具有更高的准确性，并能提供相关的事故分析状态、数据信息。
2.2.3 双机并列危急保护系统功能
本系统用PLC取代以往硬继电器实现的保护逻辑。而采用软件实现逻辑、控制功能。整套系统实现了保护投退、时间记录、双机互检等功能。
⑴汽轮机本体及汽轮机系统危急保护
双机并列危急保护系统接受DI信号，完成汽轮机机组紧急状态保护。
①紧急停机保护
a.超速停机；
b.轴位移大停机；
c.轴瓦振动大停机；
d.润滑油压低停机；
e.凝汽器真空低停机；
f.发电机主保护动作停机；
g.主机厂提出的其他保护需求。
②甩负荷超速保护
③抽气防逆流保护
⑵监控操作
操作站（HMI）可实现对保护回路切投状况等饿监视和调整、报警和跳机值的设定和调整、主机和触摸板的故障监测报警以及系统组态编程。
⑶事故记录分析
当机组发生紧急事故时，对跳闸作首出信号判断、并提供操作信息等责任分析。因为采用双机并列的结构，如果两个控制站的时间不一致，就无法确定书谷发生的具体时间，这也就给分析事故原因带来了困难。因此，需要两个控制站和操作站的时间一致，即时钟同步。具体是通过时钟同步函数实现的。当出现跳机信号时，系统采用中断方式读取系统时钟，同时记录相应的跳机信号。然后把这两个信息写入
相应的数据块(DB)中。网络上的节点可根据需要，从存放跳机信息的DB块中读取所需要的信息[3]。
⑷通讯网络
网络是控制系统的一个重要的组成部分，是连接系统各个站的桥梁。由于系统是由各种功能不同的站组成的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统的总体功能。因此，系统网络的实时性、可靠性和数据通讯能力关系到整个系统的性能能。本文所提出的双机并列的危急保护系统，由于其控制站采用了西门子SIMATIC S7系列PLC，因此，可采用MPI，Profibus，Ethernet等多种网络实现通讯。
2.3 工艺控制内容及设计步骤
2.3.1 工艺控制监测内容
监测点，见表2.2，表所示即为数字化ETS系统所监测的汽机运行参数。（“0”表示测试接点闭合；“X”测试接点开启）
表2.2 软件逻辑测试表
输入信号（DI）信号状态输出信号
（DO）
信号状
态
输出信号（DO）信号状态
1 汽机超速O 停机O X X
2 轴位移大O 停机O X X
3 X向振动大O 停机O X X
4 Y向振动大O 停机O X X
5 胀差超限O 停机O X X
6 凝汽器真空低O 停机O X X
7 润滑油压低O 停机O X X
8 油开关跳闸O 调速器门关
闭
O
关闭抽汽逆止
门
O
9 主汽门终端开关闭
合
O 停机X
关闭抽汽逆止
门
O
10 逆止门终端开关闭
合
O X X
抽汽逆止门关
闭
X
2.3.2控制系统设计一般步骤
⑴总体设计
根据生产设备或者生产过程的工艺要求，通过详细分析被控对象的工艺过程，特点及系统的控制过程，首先要明确输入，输出的物理量是开关量还是模拟量，划分控制各个阶段及特点，归纳出工作循环图或者状态流程图。同时结合各项控制指标与经济预算，进行系统的总体设计。
⑵选择外部设备
根据总体设计要求选择外部设备，设备包括输入设备，输出设备以及设备驱动的控制对象。
⑶硬件选型
PLC控制系统的硬件选择包括PLC机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择，通道分配以及外部接线设计。
⑷软件设计
在深入了解与掌握控制要求与主要控制基本方法以及完成的动作，自动循环的组成，必要的保护和连锁等方面的情况后，建立数据库、设计梯形图或进行语句表编程。
⑸操作站组态软件的设计和整个系统的离线模拟和试运行
进行操作站界面设计，其中包括控制、监控报警等。并且进行整个系统的离线模拟和试运行，保证系统的完整、安全和经济性等[4]。
2.4 本章小结
本章介绍了数字化ETS的系统组成：双机并列的PLC控制系统；包含监控、报警的人机界面（HMI）；以及控制系统各项简要概括。在第二章着重介绍了数字化ETS 的工艺流程，控制系统的结构和特点，并明确了此次设计最终所要达到的控制目的。那么，在接下来的一章中，我们将主要介绍实现这种控制要求的系统设计平台。
第三章控制系统硬件选型
3.1 可编程逻辑控制器—PLC
3.1.1 PLC的基本概念及应用领域
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置[5]。
PLC技术代表了当今电气程序控制的世界先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已成为机械工业自动化的三大支柱。随着学科的相互渗透，机械领域己经拓宽了许多，使得机械系统由简单到复杂，功能越来越强，精度越来越高，体现了生产力发展的进步和趋势。可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC 控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置[6]。
PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性价比的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，主要有一下几个方面：
⑴数字量逻辑控制
这是PLC的最基本的功能。PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑控制指令来实现触电和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。
⑵运动控制
PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速的进行控制，可以实现单轴、双轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制有机的结合在一起。
⑶闭环过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换盒D/A转换，并对模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。
⑷数据处理
现代的PLC具有数学运算（包括整数运算、浮点数运算、函数运算、字逻辑运算，以及求反、求补、循环和位移等）、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。
⑸通信联网
PLC 具有网络通信功能，它既可以对远程 I/O 进行控制，又能实现 PLC 与PLC、PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。
PLC 是以微处理机为基础，应用网络技术、计算机技术、过程控制技术构成的新型控制系统。在发电机组中得到广泛的应用。发展到今天，PLC 已经成为可靠的、应用广泛的系统结构，它的技术非常成熟，已经被成功的应用到众多的领域中【4】。
本文介绍了PLC的主要功能和特点，通过分析比较说明在应用PLC设计控制器时应注意的各类事项及可能遇见的问题的处理方法；另外，着重介绍了西门子STEP7 系列PLC，通过对西门子PLC 的通信的介绍和分析来说明PLC 实现通信的原理及方法[7]。
3.1.2 PLC的基本结构
PLC是微处理器为核心的工业专用计算机系统，其主要由CPU模块、I/O模块、编程器、电源及其他接口和外设组成[8]。
⑴CPU模块
CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用于储存程序和数据。
⑵ I/O模块
输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块，开关量输入、输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AO模块，他们统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU 模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电动机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和通信和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动机调节阀、变频器等执行装置。
CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC外部的输入/输出信号电压一般较高，例如DC 24V或AC 220V。从外部引入的尖刻电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。
⑶编程器
编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令变程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。
⑷电源
是PLC的CPU、存储器、输入/输出接口等内部电子电路工作需要的直流电源电路或电源模块。输入、输出接口电路的电源彼此相互独立，以避免或减少电源间干扰。
现在许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，这种电源稳压性能好、抗干扰能力强，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备或输入端的传感器提供标准电源。
⑸其他接口和外设
编程器是人与PLC联系和对话的工具，是PLC最重要的外围设备。用户可以利用编程器来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它监视PLC的工作状态、显示错误代码或修改系统接触器的设置参数等。除采用手持编程器和监控外，还可通过PLC的RS232C外设通信口（或RS422口配以适配器）与计算机联机，并利用PLC生产厂家提供的专用工具软件来对PLC进行编程和监控。相比起来，利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便，但一台手持编程器可以用于同系列的其他PLC，做到一机多用[9]。
3.1.3 PLC的基本工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
⑴输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
⑵用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的
梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
⑶输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
一般来说，PLC的的扫面周期包括自诊断、通信等，即一个扫面周期等于自诊断、通信、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行采样。
对于小型PLC,其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采用、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式[10]。
3.2 工业通信网络
通信网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。
⑴现场总线介绍
现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，“生产过程”包括断
续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
⑵ PROFIBUS现场总线
PROFIBUS提供了3种通信协议：PROFIBUS-DP,PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS。DP是分布式外部设备的缩写。PROFIBUS-DP主要用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信，特别适合于PLC与现场级分布式I/O设备之间的通信。DP是PROFIBUS 中应用最广泛的通信方式。
PA是过程自动化的缩写。PROFIBUS-PA用于PLC与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，特别适合用于过程工业。PROFIBUS-PA功能集成在启动执行器，电磁阀和测量变送器等现场设备。
FMS是现场总线报文规范的缩写，用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间传输数据，处理单元级(PLC和PC)的多主站数据通信，为解决复杂的通信任务提供了很大的灵活性。
⑶ MPI网络
MPI是多点接口（Multi Point Interface）的缩写，每个SIMATIC的第一个通信接口都集成了MPI通信协议，不必添加CP便可以将S7设备连接到MPI网络。MPI 的物理层是RS-485，最大传输速率为12Mbit/s，默认的传输速率为187.5kbit/s，与S7-200通信时只能指定19.2kbit/s的传输速率。两个相邻节点间的最大传送距离为50M，加中继器后为1000M。
⑷工业以太网
工业以太网是为工业应用专门设计的，它是遵循国际标准IEEE802.3的开放式，多供应商，高性能的区域和单元网络。工业以太网已经广泛地应用于控制网络的最高层，并且有向控制网络的中间层和底层发展的趋势。
可以通过工业以太网将自动化系统连接到办公网络，企业内部互联网，外部互联网以及国际互联网。工业以太网一般用于对时间要求不太严格，需要传送大量数据的通信场合。工业以太网提供的IT服务语序用户在办公室方位数据[11]。