六大部分学习PLC知识

六大部分学习 PLC 知识（值得珍藏）目录第一部分 PLC 选型 8 大步第二部分 PLC 编程九步走第三部分 PLC 常见的六类故障分析第四部分 PLC 应用注意事项第五部分 PLC 问题处理经验第六部分 PLC 六大应用第一部分 PLC 选型 8 大步系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。这其中 PLC 的选型至关重要，如何根据不同的控制要求选择合适的 PLC，设计出运行平稳、动作可靠、安全实用、调试方便、易于维护的控制系统呢？在 PLC 系统设计时，首先应确定系统方案，下一步工作就是 PLC 的设计选型。选择 PLC，主要是确定 PLC 的生产厂家和 PLC 的具体型号。对于系统方案要求有分布式系统、远程 I/O系统，还需要考虑网络化通讯的要求。那么具体应该如何选择 PLC 呢?笔者认为应该有以下几方面的内容。一、PLC 生产厂家的选择确定 PLC 的生产厂家，主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家 PLC 的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从 PLC 本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司的产品，不应该存在可靠性不好的问题。笔者个人认为，一般来说，对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合，配套日本的 PLC产品，相对来说性价比有一定优势。对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式控制系统、远程 I/O 系统，欧美生产的 PLC 在网络通讯功能上更有优势。另外对于一些特殊的行业(例如：冶金、烟草等)应选择在相关行业领域有投运业绩、成熟可靠的 PLC 系统。二、输入输出(I/0)点数的估算PLC 的输入/输出点数是 PLC 的基本参数之一。I/O 点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，PLC 的 I/O 点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加 1020的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行调整。三、PLC 存储器容量的估算存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，各种 PLC 的存储器容量大小可以从该 PLC 的基本参数表中找到，例如：西门子的 S7-314PLC 的用户程序存储容量为64KB， S7-315-2DPPLC 的用户程序存储容量为 128KB。程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，需要对程序容量进行估算。如何估算程序容量呢? 许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的10 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数(16 位为一个字) ，另外再按此数的 25考虑余量。四、PLC 通讯功能的选择现在 PLC 的通讯功能越来越强大，很多 PLC 都支持多种通讯协议( 有些需要配备相应的通讯模块)，选择时要根据实际需要选择合适的通讯方式。PLC 系统的通信网络主要形式有下列几种形式：(1)PC 为主站，多台同型号 PLC 为从站，组成简易 PLC 网络；(2)1 台 PLC 为主站，其他同型号 PLC 为从站，构成主从式 PLC 网络；(3)PLC 网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网；(4)专用 PLC 网络( 各厂商的专用 PLC 通信网络) 。为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的( 如点对点、现场总线、工业以太网等)通信处理器。五、PLC 机型的选择PLC 的类型：PLC 按结构分为整体型和模块型两类；整体型 PLC 的 I/0 点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。这一类 PLC 的代表有：西门子公司的S7-200 系列、三菱公司的 FX 系列、欧姆龙公司的 CPM1A 系列等。模块型 PLC 提供多种 I/O 模块可以在 PLC 基板上插接，方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数。因此，模块型 PLC 的配置比较灵活，一般用于大中型控制系统。例如西门子公司的 S7-300 系列和 S7-400 系列、三菱公司的 Q 系列、欧姆龙公司的 CVM1 系列等。六、I/O 模块的选择（1）数字量输入输出模块的选择数字量输入输出模块的选择应考虑应用要求。例如对输入模块，应考虑输入信号的电平、传输距离等应用要求。输出模块也有很多的种类，例如继电器触点输出型、AC120V/23V 双向晶闸管输出型、DC24V 晶体管驱动型、DC48V 晶体管驱动型等。通常继电器输出输出型模块具有价格低廉、使用电压范围广等优点，但是使用寿命较短、响应时间较长、在用于感性负载时需要增加浪涌吸收电路；双向晶闸管输出型模块响应时间较快适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。另外，输入输出模块按照输入输出点数又可以分为：8 点、16 点、32 点等规格，选择时也要根据实际的需要合理配备。（2）模拟量输入输出模块的选择模拟量输入模块，按照模拟量的输入信号类型可以分为：电流输入型、电压输入型、热电偶输入型等。电流输入型通常的信号等级为 420mA 或 020mA；电压型输入模块通常信号等级为 010V、 -5V+5V 等。有些模拟量输入模块可以兼容电压或电流输入信号。模拟量输出模块同样分电压型输出模块和电流型输出模块，电流输出的信号通常有020mA 、420mA。电压型输出信号通常有 010V、-10V+10V 等。模拟量输入输出模块，按照输入输出通道数可以分为 2 通道、4 通道、8 通道等规格。七、功能模块功能模块包括通讯模块、定位模块、脉冲输出模块、高速计数模块、 PID 控制模块、温度控制模块等。选择 PLC 时应考率到功能模块配套的可能性，选择功能模块涉及硬件与软件两个方面。在硬件方面，首先应考虑功能模块可以方便的和 PLC 相连接，PLC 应该有相关的连接、安装位置与接口、连接电缆等附件。在软件上，PLC 应具有对应的控制功能，可以方便的对功能模块进行编程。例如三菱的 FX 系列 PLC 通过“FROM”和“TO”指令可以方便的对相应的功能模块进行控制。八、一般原则在 PLC 型号和规格大体确定后，可以根据控制要求逐一确定 PLC 各组成部分的基本规格与参数，并选择各组成模块的型号。选择模块型号时，应遵循以下原则。（1）方便性 ：一般说来，作为 PLC，可以满足控制要求的模块往往有很多种，选择时应以简化线路设计、方便使用、尽可能减少外部控制器件为原则。例如：对于输入模块，应优先选择可以与外部检测元件直接连接的输入形式，避免使用接口电路。对于输出模块，应优先选择能够直接驱动负载的输出模块，尽量减少中间继电器等元件。（2）通用性 ：进行选型时，要考虑到 PLC 各组成模块的统一与通用，避免模块种类过多。这样不仅有利于采购，减少备品备件，同时还可以增加系统各组成部件的互换性，为设计、调试和维修提供方便。（3）兼容性 ：选择 PLC 系统各组成模块时，应充分的考虑到兼容性。为避免出现兼容性不好的问题，组成 PLC 系统的各主要部件的生产厂家不宜过多。如果可能的话，尽量选择同一个生产厂家的产品。第二部分 PLC 编程九步走科学的编程步骤其实很简单，但往往大多数工程师就是认为简单而忽略很多细节。细节的忽略，必然会在以后出现问题。想避免日后的问题，只有好好的遵守规则，没有规矩不成方圆，plc 编程一样有其自身的规矩。第一步：阅读产品说明书第一步看起来再简单不过了，但很多工程师都做不到。认为这一步是浪费时间，甚至只从供货方培训来了解设备。仔细阅读说明书是编程的第一步，首先要阅读安全守则，知道哪些执行机构可能会对人身造成伤害，哪些机构间最容易发生撞击，当发生危险时如何解决，这些最致命的问题都在安全守则中，为什么不去看呢? 此外，关于设备每个元件的特性，使用方法，调试方法也在说明书中，不去阅读，即使程序正确，如果元件没有调试好，设备一样不能工作。再有，所有的电路图、气动液压回路图、装配图也在说明书中，不去阅读它怎么知道没种元件可以做何种改造呢。第二步：根据说明书，检查 I/O 第二步，检查 I/O，俗称 “打点”。检查 I/O 的方法很多，但是一定要根据说明书提供的地址依次进行检查，在绝对安全的情况下来检查。在检查输入点时，一般输入信号无非是各种传感器，如电容、电感、光电、压阻、超声波、磁感式和行程开关等传感器。检查这些元件比较简单，根据元件说明将工件放在工位上，或是移动执行机构检查传感器是否有信号即可。当然，不同的设备检测的方式可能不同，这要看具体情况而定了。但是在检查输出信号时就要格外小心了。如果是电驱动产品，必须在安全情况下，尤其是保证设备不会发生撞击前提下，让执行机构的驱动器得电，检查执行机构是否能够运动。如果是液压或气动执行机构，同样在安全情况下手动使换向阀得电，从而控制执行机构。在检查输出信号时，不论执行机构的驱动方式是什么，一定要根据元件说明书，首先要保证设备和人身安全，要注意并不是所有设备的执行机构都可以通电测试的，所以有时个别的输出信号可能无法手动测试。无论是输入还是输出装置，当传感器有信号或执行机构的驱动装置得电后，必须同时检查PLC 上的 I/O 模块指示灯是否也点亮。很多设备中，输入输出信号是通过接线端子与 PLC 连接，有时接线端子的指示灯有信号 ，但不能保证由于连接导线内部断路，而 PLC 上相应的地址没有信号接通。这一点要特别注意。在测量输入输出信号后，要同时将测量的地址记录下来，保证信号地址和说明书中一致。如有不同，再次测量设备地址，多次测量仍然不一致，先联系设备厂家，因为此时不能保证厂家提供的地址没有错误。第三步：打开编程软件，进行硬件配置，并将 I/O 地址写在符号表中不同的 PLC 使用不同的编程软件。但是对于任何一种软件来说，编程前的第一步就是进行硬件组态，根据实际 PLC 的类型建立硬件配置及相应的通讯配置。硬件组态完成后，将之前在纸上记录下来的 I/O 地址写在软件的符号表中。由于软件不同，对于符号表的定义可能不同，但一般的软件都有该功能，这一步是至关重要的。在编写符号表时，不仅要把设备输入输出的绝对地址写正确，最好再给每个地址命名并添加注释，这对后面的编程会非常方便。不需要在编程时每次都查询绝对地址，只要填写命名好的名称即可。当然，这也取决于软件是否具备此功能。第四步：写出程序流程图在编程之前，一定要在草稿上写出程序的流程图。一个完整的程序，应该包括主程序、停止程序、急停程序、复位程序等部分，如果软件允许，应该将各个程序按“块” 的形式编写，即一个程序是一个块，最终将每个块按需求来调用即可。PLC 最擅长的就是处理顺序控制，在顺序控制中主流程是核心，一定要确保制定好的流程是正确的，要在草稿上仔细检查。如果主流程存在问题，当程序被 PLC 执行后，很可能发生撞击，损坏设备或对人身造成危险。第五步：在软件中编写程序确保主流程没有问题后，便可以在软件中编写程序了。此外，还要注意停止、急停和复位程序的正确性，尤其是停止和急停程序，这是关系到人身安全和设备安全的最重要的程序，万万不可小视。一定要保证无论在任何情况下，只要执行停止或急停程序，设备绝对不会对人身造成伤害。第六步：调试程序在调试程序这一步中，可以分成两个方面。1如果条件允许，或是你的逻辑能力超强，可以先用软件的仿真功能做测试，但是很多繁琐的程序很难用软件仿真看出程序是否正确。2将程序下传到 PLC 中进行在线的调试。如果设备不动或运行中出现异常情况，先不要去修改程序，很可能是传感器没有调试到位，如果确保传感器无误，再去修改程序。第七步：调试完成后，再次编辑程序在上一步的调试中，由于对程序有所修改，故必须再次整体检查或编辑一下程序，然后将最终的程序下传到 PLC 中。第八步：保存程序在这一步中，要注意一个问题，就是应该将程序保存在什么地方？PC硬盘？闪存设备？移动硬盘？当然这些都不可以，所有这些存储设备都可能感染病毒。所以，必须且只能将程序烧制到光盘上。而且还有一个问题，烧制的程序是哪个程序？在之前我们已经将最终调试并修改完成的程序下载到 PLC 中，如果 PLC 在执行该程序时完全无误的话，就将该程序上传到 PC 中，将此程序烧制到光盘中。上面的一切都是为了安全。第九步：填写报告完成编程后，应该填写最后的调试报告，将遇到的问题和程序的一些难点问题一一记录下来。因为长时间以后，自己也会对程序的某些技巧的地方遗忘，同时也方便其他同事能够理解你所编写的程序。第三部分 PLC 常见的六类故障分析第一类故障点(也是故障最多的地点)在继电器、接触器如生产线 PLC 控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换的频率，以减少其对系统运行的影响。第二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上因为这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。第三类故障点可能发生在开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些元件或设备上其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。第四类故障点可能发生在 PLC 系统中的子设备这类设备如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。第五类故障点是传感器和仪表这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。第六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声(干扰)问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。尽管 PLC 是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可靠，还是应当尽量使 PLC 有良好的工作环境条件， 并采取必要的抗干扰措施。第四部分 PLC 应用注意事项PLC 应用注意事项一、工作环境1、温度PLC 要求环境温度在 055，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有 30mm 以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过 55，要安装电风扇强迫通风。2、湿度为了保证 PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于 85%（无凝露）。3、震动 应使 PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为 1055Hz 的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。4、空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。5、电源 PLC 供电电源为 50Hz、220 （110%）V 的交流电，对于电源线来的干扰，PLC 本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为 1：1 的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接 LC滤波电路。FX 系列 PLC 有直流 24V 输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关或接近开关）提供直流 24V 电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使 PLC 接收到错误信息。二、安装与布线原则 1动力线、控制线以及 PLC 的电源线和 I/O 线应分别配线，隔离变压器与 PLC 和 I/O 之间应采用双胶线连接。原则 2PLC 应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。原则 3 PLC 的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的 1/10。原则 4PLC 基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。原则 5 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。三、I/O 端的接线1 输入接线（1） 输入接线一般不要超过 30 米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。（2）输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。（3）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。2 输出连接（1）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。（2）由于 PLC 的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。（3）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。（4）PLC 的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。四、外部安全电路为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、 PLC 出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC 外部应安装必要的保护电路。1 急停电路对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得 PLC 发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。2 保护电路正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。3 CPU 故障防护电路可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器 CPU 故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的