第七章可编程控制器应用与设计

1、第第7章章PLC控制系统的设计与应用控制系统的设计与应用7.1 PLC应用系统设计应用系统设计7.2 减少减少PLC输入和输出点数的方输入和输出点数的方7.3 PLC控制系统应用实例控制系统应用实例7.4 PLC应用中的若干问题应用中的若干问题7.1 PLC应用系统设计71.1 PLC应用系统设计的内容和原则应用系统设计的内容和原则PLC应用系统设计包括应用系统设计包括硬件设计硬件设计和和软件软件设计设计两个方面。任何一种电气控制系两个方面。任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象统都是为了实现被控对象(生产设备或生产设备或生产过程生产过程)的控制要求和工艺需要，从的控制要求和工艺需要，从而提

2、高产品质量和生产效率。因此在而提高产品质量和生产效率。因此在进行进行PLC应用系统的设计开发过程中，应用系统的设计开发过程中，应遵循以下原则：应遵循以下原则：。 1.硬件设计PLC应用系统硬件设计的主要内容包括应用系统硬件设计的主要内容包括PLC机型的选择机型的选择、输入输出设备的选输入输出设备的选择择、控制柜的设计控制柜的设计和和控制系统各种技控制系统各种技术文件的编写术文件的编写。在进行硬件设计时应。在进行硬件设计时应注意：在满足生产工艺控制的前提下，注意：在满足生产工艺控制的前提下，尽可能使尽可能使PLC控制系统结构简单、经控制系统结构简单、经济实用、维护方便济实用、维护方便2.软件设计

3、PLC应用系统软件设计的主要内容就是编写PLC用户程序，即绘制梯形图或编写语句表。其设计的基本原则是：(1)PLC的用户程序要做到网络段结构简明，逻辑关系清晰，注释明了，动作可靠。(2)程序简短，占用内存少，扫描周期短。这样可以提高PLC对输入的响应速度。(3)可读性程序可读性好，不仅可以方便设计者对程序的理解、调试，而且便于他人阅读。要做到这一点，所设计的程序要注意层次结构，尽可能清晰，采用标准化模块设计，并加注释 7.1.2 PLC系统设计调试步骤系统设计调试步骤设计一个设计一个PLC应用系统，关键要解决的第一应用系统，关键要解决的第一个问题是进行个问题是进行PLC应用系统的应用系统的功能

4、设计功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是进行第二个问题是进行PLC应用系统的应用系统的功能分功能分析析，即通过分析系统功能，提出，即通过分析系统功能，提出PLC控制控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定统分析的结果，具体的确定PLC的机型和的机型和系统的具体配置。系统的具体配置。PLC控制系统设计可以按如下步骤进行。1.熟悉被控对

5、象，制定控制方案熟悉被控对象，制定控制方案在进行系统设计之前，要深入控制现场，熟在进行系统设计之前，要深入控制现场，熟悉被控对象。悉被控对象。全面详细地了解被控对象的机械工作性能、全面详细地了解被控对象的机械工作性能、基本结构特点、生产工艺和生产过程。基本结构特点、生产工艺和生产过程。在分析被控对象的基础上，根据在分析被控对象的基础上，根据PLC的技术的技术特点，与继电接触器控制系统、特点，与继电接触器控制系统、DCS系统、系统、微机控制系统进行比较，优选控制方案。微机控制系统进行比较，优选控制方案。PLC控制系统设计可以按如下步骤进行2.确定确定IO点数点数根据被控对象对根据被控对象对PLC

6、控制系统的技术指标和要求，控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输人、输出设备，据此确定确定用户所需的输人、输出设备，据此确定PLC的的IO点数。在估算系统的点数。在估算系统的IO点数和种类时，点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，要全面考虑输入、输出信号的个数，IO信号类信号类型型(数字量模拟量数字量模拟量)，电流、电压等级，是否有其，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I0点数时则要按实际点数时则要按实际I0点数再向上附加点数再

7、向上附加20-30的备用量。的备用量。PLC控制系统设计可以按如下步骤进行。3.选择选择PLC机型机型1）选择）选择PLC机型时应考虑厂家、性能结构、机型时应考虑厂家、性能结构、I0点点数、存储容量、特殊功能等方面。数、存储容量、特殊功能等方面。2）在选择过程中应注意：）在选择过程中应注意：CPU功能要强，结构要合功能要强，结构要合理，理，I0控制规模要适当，输入、输出功能及负载控制规模要适当，输入、输出功能及负载能力要匹配以及对通信、系统响应速度的要求。还能力要匹配以及对通信、系统响应速度的要求。还要考虑电源的匹配等问题。要考虑电源的匹配等问题。 输入、输出点数多少是输入、输出点数多少是选择

8、选择PLC规模大小的依据。如果是为了单机自动化规模大小的依据。如果是为了单机自动化或机电一体化产品可选用小型机；若控制系统较大，或机电一体化产品可选用小型机；若控制系统较大，输入、输出点数较多，控制要求比较复杂，则可选输入、输出点数较多，控制要求比较复杂，则可选用中型或大型机。用中型或大型机。3）在选择）在选择PLC IO点数的同时，还必须考虑用户存点数的同时，还必须考虑用户存储器的存储容量。储器的存储容量。PLC控制系统设计可以按如下步骤进行。4.选择输入输出设备，分配选择输入输出设备，分配PLC的的IO地址地址根据生产设备现场需要，确定控制按钮、行根据生产设备现场需要，确定控制按钮、行程开

9、关、接触器、电磁阀、信号灯等各种程开关、接触器、电磁阀、信号灯等各种输入输出备的型号、规格、数量；根据所输入输出备的型号、规格、数量；根据所选的选的PLC的型号，列出输人输出设备与的型号，列出输人输出设备与PLC的的IO端子的对照表，以便绘制端子的对照表，以便绘制PLC外部外部I0接线图和编制程序。接线图和编制程序。 PLC控制系统设计可以按如下步骤进行。5.设计设计PLC应用系统电气图纸应用系统电气图纸PLC应用系统电气线路图主要包括电动机的应用系统电气线路图主要包括电动机的主电路、主电路、PLC外部外部IO电路图、系统电源电路图、系统电源供电线路、电气元件清单以及电气控制柜供电线路、电气元

10、件清单以及电气控制柜内电器安装位置图、电气安装接线图等工内电器安装位置图、电气安装接线图等工艺设计。艺设计。 PLC控制系统设计可以按如下步骤进行6.程序设计程序设计PLC的程序设计，就是以生产工艺要求和现场信号的程序设计，就是以生产工艺要求和现场信号与与PLC编程元件的对照表为依据，根据程序设计编程元件的对照表为依据，根据程序设计思想，绘出程序流程框图，然后以编程指令为基思想，绘出程序流程框图，然后以编程指令为基础，画出程序梯形图，编写程序注释。础，画出程序梯形图，编写程序注释。 编程时要编程时要注意：注意：(1)认真分析被控对象工艺过程的控制要求，认真分析被控对象工艺过程的控制要求，用功能

11、流程图的形式，表示程序设计的思想，为用功能流程图的形式，表示程序设计的思想，为编程做好准备。编程做好准备。(2)根据现场信号与根据现场信号与PLC外部电路外部电路图或图或PLC软继电器编号对照表以及程序功能流程软继电器编号对照表以及程序功能流程图进行编程。图进行编程。(3)要严格遵守梯形图、指令语句表要严格遵守梯形图、指令语句表的格式规则，编写程序。的格式规则，编写程序。PLC控制系统设计可以按如下步骤进行。7.系统调试系统调试根据电气接线图安装接线，用编程工具将用根据电气接线图安装接线，用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行

12、，直至运行正确。下载、调试、运行，直至运行正确。8.建立文档建立文档整理全部电路设计图，程序流程框图，程序整理全部电路设计图，程序流程框图，程序清单，元器件参数计算公式、结果，列出清单，元器件参数计算公式、结果，列出元件清单，编写系统的技术说明书及用户元件清单，编写系统的技术说明书及用户使用、维护说明书。使用、维护说明书。7.2 可编程控制器的选型7.2.1可编程控制器的选择1 可编程控制器物理结构的选择2 可编程控制器指令功能的选择3 可编程控制器I/O点数的确定4存储器容量的选择5尽可能的使可编程控制器的机型统一7.2.2 开关量I/O模块的选择1 开关量输入模块输入电压的选择2 开关量输

13、出模块的选择 7.2.3编程器外部设备的选择7.2.4 通信功能的选择7.3 节省可编程控制器输入输出点数的方法7.3.1 减少PLC输入点数的方法1.分时分组输入分时分组输入一般控制系统都存在多种工作方式，但各种工作方式一般控制系统都存在多种工作方式，但各种工作方式又不可能同时运行。所以可将这几种工作方式分别又不可能同时运行。所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组，使用的输入信号分成若干组，PLC运行时只会用到运行时只会用到其中的一组信号。因此，各组输入可共用其中的一组信号。因此，各组输入可共用PLC的输的输入点，这样就使所需的入点，这样就使所需的PLC输入点数减少。输入点数减少

14、。 分时分组输入 如图所示，系统有“自动”和“手动”两种工作方式。将这两种工作方式分别使用的输入信号分成两组：“自动输入信号“S1S8”、 “手动”输入信号“Q1Q8”两组输入信号共用PLC输入点I00I07(如S1与Q1共用PLC输入点I00)。用“工作方式”选择开关SA来切换“自动”和“手动”信号输入电路，并通过I10让PLC识别是“自动”信号，还是“手动”信号，从而执行自动程序或手动程序。 分时分组输入图中的二极管是为了防止出现寄生电路，产生错误输入信号而设置的。假设图中没有这些二极管，当系统处于“自动”状态，若Ql、Q2、S1闭合，S2断开，这时电流从L+端子流出，经Sl、Q1、Q2形

15、成寄生回路流人I01端子，使输入继电器I01错误地接通。因此，必须串入二极管切断寄生回路，避免错误输入信号的产生。 2.输入触点的合并 如果某些外部输入信号总是以某种如果某些外部输入信号总是以某种“与与或非或非”组合的整体形式出现在梯形图中，组合的整体形式出现在梯形图中，可以将它们对应的触点在可编程序控制可以将它们对应的触点在可编程序控制器外部串、并联后作为一个整体输入可器外部串、并联后作为一个整体输入可编程序控制器，只占可编程序控制器的编程序控制器，只占可编程序控制器的一个输入点。一个输入点。2.输入触点的合并3.将信号设置在可编程序控制器之外系统的某些输入信号，如手动操作按钮、保护系统的某

16、些输入信号，如手动操作按钮、保护动作后需手动复位的电动机热继电器动作后需手动复位的电动机热继电器FR的的常闭触点提供的信号，可以设置在可编程序常闭触点提供的信号，可以设置在可编程序控制器外部的硬件电路中。某些手动按钮需控制器外部的硬件电路中。某些手动按钮需要串接一些安全联锁触点，如果外部硬件联要串接一些安全联锁触点，如果外部硬件联锁电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送锁电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送人可编程序控制器，用梯形图实现联锁。人可编程序控制器，用梯形图实现联锁。7.3.2 减少减少PLC输出点数的方法输出点数的方法1.矩阵输出矩阵输出图中采用图中采用8个输出组成个输出组成4x4矩

17、阵，可接矩阵，可接16个输出设备。要使某个负载接通个输出设备。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。要使负应的输出继电器接通即可。要使负载载KMl得电，必须控制得电，必须控制QO0和和QO4输出接通。因此，在程序中输出接通。因此，在程序中要使某一负载工作均要使其对应的要使某一负载工作均要使其对应的行与列输出继电器都要接通。这样行与列输出继电器都要接通。这样用用8个输出点就可控制个输出点就可控制16个不同控个不同控制要求的负载。制要求的负载。应该特别注意：当只有某一行对应的应该特别注意：当只有某一行对应的输出继电器接通，各列对应的输出

18、输出继电器接通，各列对应的输出继电器才可任意接通；继电器才可任意接通； 或者当只有或者当只有某一列对应的输出继电器接通，各某一列对应的输出继电器接通，各行对应的输出继电器才可任意接通行对应的输出继电器才可任意接通的。否则将会出现错误接通负载。的。否则将会出现错误接通负载。因此，采用矩阵输出时，必须要将因此，采用矩阵输出时，必须要将同一时间段接通的负载安排在同一同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则无法控制。行或同一列中，否则无法控制。 2.分组输出分组输出 当两组负载不会同时工当两组负载不会同时工作，可通过外部转换开关作，可通过外部转换开关或通过受或通过受PLC控制的电器控制的电器触

19、点进行切换，这样触点进行切换，这样PLC的每个输出点可以控制两的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载，如个不同时工作的负载，如图所示。图所示。 KMl、KM3、KM5，KM2、KM4、KM6这两个组不会同时接这两个组不会同时接通，可用外部转换开关通，可用外部转换开关SA进行切换。进行切换。3.并联输出并联输出 当两个通断状态完全相同的负载，可并联后共用当两个通断状态完全相同的负载，可并联后共用PLC的一个输出点。但要注意的一个输出点。但要注意PLC输出点同时驱输出点同时驱动多个负载时，应考虑动多个负载时，应考虑PLC点的驱动能力是否足点的驱动能力是否足够。够。4.负载多功能化负载多功能化 一

20、个负载实现多种用途。例如在传统的继电器电一个负载实现多种用途。例如在传统的继电器电路中，一个指示灯只指示一种状态。而在路中，一个指示灯只指示一种状态。而在PLC系系统中，利用统中，利用PLC编程功能，很容易实现用一个输编程功能，很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯就可表示两种不同的信息，从而节省了输出点数。就可表示两种不同的信息，从而节省了输出点数。5.某些输出设备可不用某些输出设备可不用PLC控制控制 系统中某些相对独立、比较简单的部分可考虑直系统中某些相对独立、比较简单的部分可考虑直接用继电器电路控制。接用继电器电路控制。

21、7 利用接触器辅助触点利用接触器辅助触点 利用接触器的辅助触点进行电气联锁或控制指利用接触器的辅助触点进行电气联锁或控制指示灯等，以减少示灯等，以减少PLC输出点。输出点。输出点数的简化方法输出点数的简化方法 6 状态指示灯与输出负载并联状态指示灯与输出负载并联输出点数的简化方法输出点数的简化方法8 8、用数字显示器代替指示灯、用数字显示器代替指示灯 数显表代表指示灯。数显表代表指示灯。 9 9、多种故障显示或报警并联连接、多种故障显示或报警并联连接 把部分或全部显示或报警电路并联连接，用以减少把部分或全部显示或报警电路并联连接，用以减少 输出继电器驱动。输出继电器驱动。 1010、采用双线圈

22、输出方式、采用双线圈输出方式 对于设置手动对于设置手动/ /自动、点动自动、点动/ /连续控制等，可考虑采连续控制等，可考虑采 用用“双线圈双线圈”输出方式。输出方式。输入输出PLC输入输出PLCACAC7.4 PLC控制系统的可靠性措施随着相关技术的发展，随着相关技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，在设计和安装提，在设计和安装PLC系统的过程中还要采取相应的措施，系统的过程中还要采取相应的措施，才能保证系统可靠工作。如果才能保证系统可靠工作。如果PLC

23、的工作环境过于恶劣，的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响严重或安装使用不当等，都会直接影响PLC的正常、安全的正常、安全和可靠运行。如果外围电路的抗干扰措施不当，整个控制和可靠运行。如果外围电路的抗干扰措施不当，整个控制系统的可靠性就大大降低。因此，在系统设计时应予以充系统的可靠性就大大降低。因此，在系统设计时应予以充分的考虑，在硬件上进行适当的配置，并辅以相应的软件，分的考虑，在硬件上进行适当的配置，并辅以相应的软件，以实现系统故障的防范。以实现系统故障的防范。PLC控制系统

24、的可靠性直接影响控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是整个到企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究系统可靠运行的关键。因此，分析研究PLC应用中的可靠应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高性和抗干扰技术是十分必要的。要提高PLC控制系统的可控制系统的可靠性，既要在硬件上采取措施，又要在软件上设计相应的靠性，既要在硬件上采取措施，又要在软件上设计相应的保护程序。保护程序。1 1、PLCPLC控制系统中的干扰源控制系统中的干扰源 来自来自PLC系统内部的干扰系统内部的干扰 电气控制柜中使用诸如大功率变频器和交流接触

25、器等容易电气控制柜中使用诸如大功率变频器和交流接触器等容易 产生干扰的器件。产生干扰的器件。 由于元器件布局不合理造成的内部信号相互串扰。由于元器件布局不合理造成的内部信号相互串扰。 来自电源的干扰。来自电源的干扰。 来自信号线引入的干扰。来自信号线引入的干扰。 来自接地系统的干扰。来自接地系统的干扰。 雷击造成的过电压和过电流。雷击造成的过电压和过电流。 温度变化引起的接触电阻的变化。温度变化引起的接触电阻的变化。 机械振动。机械振动。 PLC控制系统受到干扰的主要途径有电源线、输入控制系统受到干扰的主要途径有电源线、输入/输出输出线和空间传播等。电源受干扰后，线和空间传播等。电源受干扰后，

26、PLC控制系统的供电质量控制系统的供电质量变差，会引起变差，会引起PLC控制失灵。输入控制失灵。输入/输出线受干扰后，会出现输出线受干扰后，会出现输入输入/输出控制紊乱。空中干扰主要以电磁感应和静电感应形输出控制紊乱。空中干扰主要以电磁感应和静电感应形式使式使PLC的的CPU出现误操作。出现误操作。2 2、干扰途径、干扰途径3 3、PLCPLC控制系统中的抗干扰措施控制系统中的抗干扰措施（1）选择抗干扰能力强的产品）选择抗干扰能力强的产品（2）采用性能好的电源，抑制电网干扰）采用性能好的电源，抑制电网干扰（3）电缆的选择和敷设）电缆的选择和敷设（4）安装中的抗干扰措施）安装中的抗干扰措施（5）

27、正确选择接地点，完善接地系统）正确选择接地点，完善接地系统（6）外围设备干扰的抑制）外围设备干扰的抑制（7）电磁干扰的抑制）电磁干扰的抑制（8）软件抗干扰措施）软件抗干扰措施在实际的工程设计中通常采用的主要抗干扰措施有：在实际的工程设计中通常采用的主要抗干扰措施有： 7.4.1 外部干扰的来源 电源是干扰进入可编程序控制器的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗 耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在可编程序控制器的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，如图所示。隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰

28、能力，屏蔽层应可靠接地。 在电力系统中，使用220V的直流电源(蓄电池)给PLC供电，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证PLC的正常工作；动力部分、控制部分、PLC、IO电源应分别配线，隔离变压器与PLC和与I0电源之间应采用双绞线连接；外部输入电路用的外接直流电源最好采用稳压电源，那种仅将交流电压整流滤波的电源含有较强的纹波，可能使PLC接收到错误的信息。 PLC的供电系统一般采用下列几种方案。 1.使用隔离变压器的供电系使用隔离变压器的供电系统统 图所示为使用隔离变压器的图所示为使用隔离变压器的供电系统图，控制器和供电系统图，控制器和IO系统分别由各自的隔离变压系

29、统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分器供电，并与主电路电源分开。这样当某一部分电源出开。这样当某一部分电源出了故障时，而不会影响其它了故障时，而不会影响其它部分，如输入、输出供电中部分，如输入、输出供电中断时控制器仍能继续供电，断时控制器仍能继续供电，提高了供电的可靠性。提高了供电的可靠性。2.使用使用UPS供电系统供电系统间断电源间断电源UPS是电子计算机的有效保护装置，当输是电子计算机的有效保护装置，当输入交流电失电时，入交流电失电时，UPS能自动切换到输出状态继能自动切换到输出状态继续向控制器供电。续向控制器供电。 3.双路供电系统双路供电系统为了提高供电系统的可靠性，交流供电

30、最好采用双为了提高供电系统的可靠性，交流供电最好采用双路，其电源应分别来自两个不同的变电站。当一路，其电源应分别来自两个不同的变电站。当一路电路出现故障时，能自动切换到另一路供电路电路出现故障时，能自动切换到另一路供电。 图8-23 双路供电系统7.4.4 安装与布线的注意事项 1 数字量信号一般对信号电缆无严格的要求，可选用一般电缆，信号传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线(如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号)应选择屏蔽电缆。通信电缆对可靠性的要求高，有的通信电缆的信号频率很高(如大于等于10MHz)，一般应选用专用电缆(如光纤电缆)，在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带

31、屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆。图8-24 感性输入/输出的处理2 PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、变频器、高频焊机和大型动力设备等。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线(二者之间的距离应大于200mm)。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件，如继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。3 信号线与功率线应分开走线，电力电缆应单独走线，不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离，信号线应尽量靠近地线或接地的金属导体。 7.4.4 安装与布线的注意事项1 当数字量输入、输出线不能与动力线分开布线时，当数字量输入、输出线不能与动力

32、线分开布线时，可用继电器来隔离输入输出线上的干扰。当信号可用继电器来隔离输入输出线上的干扰。当信号线距离超过线距离超过300m时，应采用中间继电器来转接信时，应采用中间继电器来转接信号，或使用号，或使用PLC的远程的远程I0模块。模块。2 IO线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。如不得已要在同一线槽中布线，应使用屏蔽电缆。如不得已要在同一线槽中布线，应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆；如交流线与直流线应分别使用不同的电缆；如IO线线的长度超过的长度超过300m时，输入线与输出线应分别使用时，输入线与输出线应分别使用不同的电缆；数字量、

33、模拟量不同的电缆；数字量、模拟量I0线应分开敷设，线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。如果模拟量输入输出信号距后者应采用屏蔽线。如果模拟量输入输出信号距离离PLC较远，应采用较远，应采用420mA或或010mA的电流的电流传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式 3 传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，为了泄放高频干扰，数字信号端接地，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽层电阻的应小于屏蔽层电阻的110，并将屏蔽，并将屏蔽层两端接地。如果无法设置电位均衡线

34、，层两端接地。如果无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端接地。接地。4 不同的信号线最好不用同一个插接件不同的信号线最好不用同一个插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分隔开，以减用端子或地线端子将它们分隔开，以减少相互干扰少相互干扰 。7.4.5 PLC的接地的接地 良好的接地是良好的接地是PLC安全可安全可靠运行的重要条件，靠运行的重要条件，PLC一般应最好单独接地，与一般应最好单独接地，与其它设备分别采用各自独其它设备分别采用各自独立的接地装置（见图立的接地装置（见图a）。）。如果

35、实在做不到，也可以如果实在做不到，也可以采用公共接地方式，可与采用公共接地方式，可与其它弱电设备共用一个接其它弱电设备共用一个接地装置（如图地装置（如图b）。但是，）。但是，禁止使用串联接地的方式禁止使用串联接地的方式（见图（见图c），或者把接地端），或者把接地端子接到一个建筑物的大型子接到一个建筑物的大型金属框架上，因为这种接金属框架上，因为这种接地方式会在各设备间产生地方式会在各设备间产生电位差，可能会对电位差，可能会对PLC产产生不利影响。生不利影响。PLC接地导接地导线的截面应大于线的截面应大于2mm2，接，接地电阻应小于地电阻应小于100。7.4.6 冗余系统与热备用系统冗余系统与热

36、备用系统 在冗余控制系统中，整个PLC控制系统(或系统中最重要的部分，如CPU模块)由两套完全相同的“双胞胎”组成。是否使用备用的IO系统取决于系统对可靠性的要求。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作。其中一块是主CPU，另一块是备用CPU。后者的输出是被禁止的。当主CPU失效时，马上投入备用CPU。这一切换过程是用所谓冗余处理单元RPU(Redundant Processing Unit)控制的(见图a)。IO系统的切换也是用RPU完成的。在系统正常运行时，由主CPU控制系统的工作，备用CPU的IO映象表和寄存器通过RPU被主CPU同步地刷新。接到主CPU的故障信息后，RPU在13个扫描

37、周期内将控制功能切换到备用CPU。 另一类系统没有冗余处理单元RPU。两台CPU用通信接口连在一起(见图b)。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU。这一切换过程一般不是太快。这种结构较简单的系统叫做热备用系统。7.4.7输入输出端口的保护输入输出端口的保护 PLC自带的输入口电源一般为直流24V，技术手册提供的输入口可承受的浪涌电压一 般为35V0.5s，这是直流输入的情况。交流输入时输入额定电压一般为数十伏，因而当输入口接有电感类器件，有可能感应生成大于输入口可承受的电压，或输入口有可能窜入高于输入口能承受的电压时，应当考虑输入口保护。在直流输入时，可在需保护的输入口上反并接稳压二极管

38、，稳压值应低于输入口的电压额定值。在交流输入时，可在输入口并入电阻与电容串联的组合。 在直流输入时，可在需保护的输入口上反并接稳压二极管，稳压值应低于输入口的电压额定值。在交流输入时，可在输入口并入电阻与电容串联的组合。 输出口的保护与PLC的输出器件类型及负载电源的类型有关。保护主要针对输出为电感性负载时，负载关断产生的可能损害可编程控制器输出口的高电压。保护电路的主要作用是抑制高电压的产生。当负载为交流感性负载时，可在负载两端并联压敏电阻，或者并联阻容吸收电路 如图示补充：补充： PLC用于继电器用于继电器-接触器控制系统改造中对若接触器控制系统改造中对若干技术问题的处理干技术问题的处理

39、1输入电路处理 (1)停车按钮用常闭输入，PLC内部用常开，以缩短响应时间。 (2)将热继电器的触点与相应的停车按钮串联后一同作为停车信号，以减少输入点。系 统中的电机负载较多时，输入点节约潜力很大。 2输出电路处理 (1)负载容量不能超过允许承受能力，否则一会损坏输出器件，二会降低寿命。 (2)输出回路加装熔断器。 (3)输出回路中重要互锁关系，除软件互锁外，硬件必须同时互锁。 3程序设计中要充分考虑程序设计中要充分考虑PLC串行扫描方式串行扫描方式与继电器与继电器接触器并行运行方式上的差异，接触器并行运行方式上的差异，要以满足原系统的控制功能和目标为原则，要以满足原系统的控制功能和目标为原

40、则，在应用时不要将原继电控制线路生搬硬套。在应用时不要将原继电控制线路生搬硬套。以免不能正常运行。以免不能正常运行。4延时断开时间继电器的处理。实际控制中，延时断开时间继电器的处理。实际控制中，延时有通电延时，也有断电延时。但延时有通电延时，也有断电延时。但PLC的的定时器为通电延时，要实现断电延时，还必定时器为通电延时，要实现断电延时，还必须对定时器进行必要的处理，具体方法可参须对定时器进行必要的处理，具体方法可参见相关内容。见相关内容。补充：补充： PLC用于继电器用于继电器-接触器控制系统改造中对接触器控制系统改造中对若干技术问题的处理若干技术问题的处理5现场调试前的模拟调试运行。用现场

41、调试前的模拟调试运行。用PLC改造继电器改造继电器控制，并非两种控制装置的简单代换。由于原理结控制，并非两种控制装置的简单代换。由于原理结构上的差异，仅仅根据对逻辑关系的理解编制的程构上的差异，仅仅根据对逻辑关系的理解编制的程序不一定正确，更谈不上是完善的。能否完全取代序不一定正确，更谈不上是完善的。能否完全取代原系统的功能，必须由实验验证。因此，现场调试原系统的功能，必须由实验验证。因此，现场调试前的模拟调试运行是不可缺少的环节。前的模拟调试运行是不可缺少的环节。 6改造后试运转期间的跟踪监测、程序的优化和改造后试运转期间的跟踪监测、程序的优化和资料整理。仅仅通过调试试车还不足以暴露所有的资

42、料整理。仅仅通过调试试车还不足以暴露所有的问题，因此，设备投入运行后，负责改造的技术人问题，因此，设备投入运行后，负责改造的技术人员应跟班作业，对设备运行跟踪监测，一方面可及员应跟班作业，对设备运行跟踪监测，一方面可及时处理突发事件，另一方面可发现程序设计中的不时处理突发事件，另一方面可发现程序设计中的不足，对程序进行修改、完善和优化，提高系统的可足，对程序进行修改、完善和优化，提高系统的可靠性。靠性。M0M1M2PD1PD2料斗S0S20S21S22S23S24X003X004X000 （启动）T1X001X003（M1过载）（停止）T3M8002T0T2（M2过载）X004M8002ZRS

43、TS0S24S0SETY002(M2)T1K50Y002Y001(M1)T0K50Y002Y001Y000(M0)Y002(M2)Y001(M1)T3K100Y002(M2)T2K100启动过程停止过程M8002ZRSTS0S24S0SETSETS20X003 X004X000 S0 S20Y002T1K50 S21Y002(M1)(M2)Y001T0K50 S22Y002(M0)Y001Y000SETS21T1SETS22T0SETS24X001SETS25X003SETS0X004 S24Y002Y001T3SETS25T3K100 S25Y002T2K100SETS0T2RETEND7.

44、5 可编程控制器与工厂自动化通信网络可编程控制器与工厂自动化通信网络7.5.1概述1 并行通信与串行通信并行通信是指所传送数据的各位同时发送或接收 .特点是数据传送速度快。但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的数据传送。并行通信方式一般发生在可编程序控制器的内部各并行通信方式一般发生在可编程序控制器的内部各元件之间、主机与扩展模块或近距离智能模板的元件之间、主机与扩展模块或近距离智能模板的处理器之间。处理器之间。 并行传送时，一个数据的所有位同时传送，并行传送时，一个数据的所有位同时传送，因此，每个数据位都需要一条单独的传输线，信因此，每个数据位都需要一条单独的传输线，信息有多少二进制位

45、组成就需要多少条传输线，如息有多少二进制位组成就需要多少条传输线，如下图所示。下图所示。设备1设备2串行通信是指所传送的数据按顺序一位一位地发送或接收远的场合特点是通信线路简单，需要的信号线少，最少的只需要两根线(双绞线)，故成本低，但是传送速度比并行通信慢，适用于距离较远的场合串行通信多用于可编程序控制器与计算机之间，多串行通信多用于可编程序控制器与计算机之间，多台可编程序控制器之间的数据传送。传送时，数台可编程序控制器之间的数据传送。传送时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送，数据有多少位就需开始一位接一位按顺序传

46、送，数据有多少位就需要传送多少次，如下图所示。要传送多少次，如下图所示。 设备1设备2传送数据10110011T3T4T5T6T7T2T111110002 异步通信与同步通信按同步方式的不同，可将串行通信分为异步通信和同步通信。同步通信:以字节为单位，每次传送1-2个同步字符，若干个数据字节和校验字符。3 单工与双工通信方式串行通信按信息在设备间的传送方向又为分串行通信按信息在设备间的传送方向又为分单工单工、半双工半双工和和全双工全双工三种方式。分别如下三种方式。分别如下图中的（图中的（a）、（）、（b）和（）和（c）所示。）所示。3)传输速率数据在网络中的传输速度称为波特率，波特率测量在某一

47、特定时间内传输的数据量。它用每秒传送的二进制位数表示，其符号为bits或bps。通常以千波特（kbps）、兆波特（Mbps）为单位。PLC控制系统应用实例 1 PLC在控制驱动进给装置中的应用 2 可编程控制器在电镀生产线上的应用PLC在控制驱动进给装置中的应用 1.工艺要求工艺要求 一由交流电机驱动的往复运行进给装置，由一由交流电机驱动的往复运行进给装置，由PLC控控制，其工艺要求如下。分自动运行和手动操作两种制，其工艺要求如下。分自动运行和手动操作两种情况。当自动运行时，选择开关打在自动档，按下情况。当自动运行时，选择开关打在自动档，按下运行键，电机运转使进给装置自动右行，碰右限位运行键，

48、电机运转使进给装置自动右行，碰右限位SQl后，再延时后，再延时3s，掉头返回左行。碰左限位，掉头返回左行。碰左限位SQ2后，再延时后，再延时5s，掉头右行，自动循环，直到按下，掉头右行，自动循环，直到按下“停止停止”按钮后停止。手动时，有两个按钮，分别按钮后停止。手动时，有两个按钮，分别负责点动左行、点动右行。即按钮按下电机运行，负责点动左行、点动右行。即按钮按下电机运行，手放掉即停止。手放掉即停止。自动或手动状态时另有指示灯显示，且要求手动和自自动或手动状态时另有指示灯显示，且要求手动和自动互锁。动互锁。 2.设计主电路原理图FU：熔断器，一般为防止过载电流、短路电流用，其容量可取比额定电流

49、大一些。 QS：隔离开关或闸刀开关。 QF：自动空气开关，也称低压断路器，过流或短路时自动跳闸，容量选择应小于FU。 lKM：正转用交流接触器。 2KM：反转用交流接触器。 M：这里的主控对象是交流电动机。 FR：热继电器，以检测电机是否过热。 一个电机要正反转，必须有两个接触器分别控制，在这个简单的系统中，只有电机的正反转受PLC的控制，故1KM、2KM由PLC输出点驱动。热继电器作为检测电机是否过热的电器，用来保护电机不致烧坏，作为PLC的一个输入点。图中的各种其他电器均按M的功率大小选取。 3设计PLC输入输出原理图我们先列出所有我们先列出所有PLC输入点、输出点。输入点、输出点。注意，

50、驱动注意，驱动1KM、2KM的的PLC输出输出点一般用继电器隔离。但如果点一般用继电器隔离。但如果1KM、2KM功率较小，其线圈工作电流小于功率较小，其线圈工作电流小于lA，则，则PLC输出输出(继电器方式继电器方式)触点可触点可直接驱动直接驱动1KM、2KM，如图所示。，如图所示。注意，输入点采取直流输入方式，使注意，输入点采取直流输入方式，使用用PLC内部内部24V电源。一般电源。一般24V正端正端接输入公共端，接输入公共端，24V负端接直流输入负端接直流输入COM端。但各生产厂家以及不同型端。但各生产厂家以及不同型号的号的PLC不尽相同，读者要看该不尽相同，读者要看该PLC的内部接线原理图，才能确定。的内部接线原理图，才能确定。 输出点采用相同电源的输出，如输出点采用相同电源的输出，如1KM、2KM的线圈，均采用的线圈，均采用AC220V电源，可合用一个电源，可合用一个COM端。另外，端。另外，如该系统所用交流接触器均为小功率如该系统所用交流接触器均为小功率的，可直接由的，可直接由PLC输出点驱动。输出点驱动。Ll、L2为显示灯，用为显示灯，用6V直流电源。直流电源。4梯形图的设计梯形图的编制，一般以一个输出编一个子梯形图。每个输出点只能输出一次(在步进指令中除外)，因此，使用过的输出点不能重复使用。复杂的大系统中所使用过的中间继电器、定时器、计数器等必须列出清单，