PLC控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì).doc

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1、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟可以分為以下幾步：熟悉控制對象并計(jì)算輸入/輸出設(shè)備、PLC選型及確定硬件配置、設(shè)計(jì)電氣原理圖、設(shè)計(jì)控制臺(tái)（柜）、編制控制程序、程序調(diào)試和編制技術(shù)文件。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟可以分為以下幾步：熟悉控制對象并計(jì)算輸入/輸出設(shè)備、PLC選型及確定硬件配置、設(shè)計(jì)電氣原理圖、設(shè)計(jì)控制臺(tái)（柜）、編制控制程序、程序調(diào)試和編制技術(shù)文件。 一、明確控制要求，了解被控對象的生產(chǎn)工藝過程 熟悉控制對象設(shè)計(jì)工藝布置圖 這一步是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。首先應(yīng)詳細(xì)了解被控對象的工藝過程和它對控制系統(tǒng)的要求，各種機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、儀表、電氣系統(tǒng)之間的關(guān)系，系統(tǒng)工作

2、方式（如自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等），PLC與系統(tǒng)中其他智能裝置之間的關(guān)系，人機(jī)界面的種類，通信聯(lián)網(wǎng)的方式，報(bào)警的種類與范圍，電源停電及緊急情況的處理等等。 此階段，還要選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號指示燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。 同時(shí)，還應(yīng)確定哪些信號需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動(dòng)，并分類統(tǒng)計(jì)出各輸入量和輸出量的性質(zhì)及數(shù)量，是數(shù)字量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的大小等級，為PLC的選型和硬件配置提供依據(jù)。 最后，將控制對象和控制功能進(jìn)行分類，可按信號用途或按控制區(qū)域進(jìn)行劃分，確

3、定檢測設(shè)備和控制設(shè)備的物理位置，分析每一個(gè)檢測信號和控制信號的形式、功能、規(guī)模、互相之間的關(guān)系。信號點(diǎn)確定后，設(shè)計(jì)出工藝布置圖或信號圖。 二、PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多。近年來，從國外引進(jìn)的PLC產(chǎn)品、國內(nèi)廠家或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有不同，使用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。 1、 PLC機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比。具體

4、應(yīng)考慮以下幾方面： （1）性能與任務(wù)相適應(yīng) 對于小型單臺(tái)、僅需要數(shù)字量控制的設(shè)備，一般的小型PLC（如西門子公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以滿足要求。 對于以數(shù)字量控制為主，帶少量模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器（對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅(qū)動(dòng)裝置，并選擇運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理功能較強(qiáng)的小型PLC（如西門子公司的S7-200或S7-300系列、OMRON的公司的CQM1/CQM1H系列

5、等）。 對于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能時(shí)，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔機(jī)（如西門子公司的S7-300或S7-400系列、OMRON的公司的C200H@或CV/CVM1系列、A-B公司的Control Logix系列等）。 （2）結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機(jī)型上應(yīng)統(tǒng)一 按照物理結(jié)構(gòu)，PLC分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式PLC。但是模塊式PLC的功能擴(kuò)展方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)、特殊I/O模塊的

6、使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便。因此，對于較復(fù)雜的和要求較高的系統(tǒng)一般應(yīng)選用模塊式PLC。 根據(jù)I/O設(shè)備距PLC之間的距離和分布范圍確定PLC的安裝方式為集中式、遠(yuǎn)程I/O式還是多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 對于一個(gè)企業(yè)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購與管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設(shè)備通用，資源可共享。同一機(jī)型PLC的另一個(gè)好處是，在使用上位計(jì)算機(jī)對PLC進(jìn)行管理和控制時(shí)，通信程序的編制比較方便。這樣，容易把控制各獨(dú)立的多臺(tái)P

7、LC聯(lián)成一個(gè)多級分布式系統(tǒng)，相互通信，集中管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢。 （3）是否滿足響應(yīng)時(shí)間的要求 由于現(xiàn)代PLC有足夠高的速度處理大量的I/O數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說，PLC的響應(yīng)時(shí)間并不是主要的問題。然而，對于某些個(gè)別的場合，則要求考慮PLC的響應(yīng)時(shí)間。為了減少PLC的I/O響應(yīng)延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的PLC，使用高速I/O處理這一類功能指令，或選用快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 （4）對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來，隨著工廠自動(dòng)化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫度控制儀表的RS-485串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以太網(wǎng)管理層的通信，應(yīng)該說一般的電氣控制產(chǎn)品都

8、有了通信功能。PLC作為工廠自動(dòng)化的主要控制器件，大多數(shù)產(chǎn)品都具有通信聯(lián)網(wǎng)能力。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)需要選擇通信方式。 (5)其他特殊要求 考慮被控對象對于模擬量的閉環(huán)控制、高速計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)界面（HMI）等方面的特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的PLC。對可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。 2、 PLC容量估算 PLC的容量指I/O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量兩方面的含義。在選擇PLC型號時(shí)不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，但是在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面除了要滿足控制系統(tǒng)要求外，還應(yīng)留有余量，以做備用或系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用。 （1） I/O點(diǎn)數(shù)的確定 PLC的I

9、/O點(diǎn)數(shù)的確定以系統(tǒng)實(shí)際的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為基礎(chǔ)確定。在I/O點(diǎn)數(shù)的確定時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的10～15%考慮余量；當(dāng)I/O模塊較多時(shí)，一般按上述比例留出備用模塊。 （2） 存儲(chǔ)器容量的確定 用戶程序占用多少存儲(chǔ)容量與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序編制前只能粗略的估算。 3、 I/O模塊的選擇 在PLC控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，要將對象的各種測量參數(shù)，按要求的方式送入PLC。PLC經(jīng)過運(yùn)算、處理后，再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時(shí)也要把該輸出變換為適合于對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的量。所以，在PLC和生產(chǎn)過程之間，必須

10、設(shè)置信息的傳遞和變換裝置。這個(gè)裝置就是輸入/輸出（I/O）模塊。不同的信號形式，需要不同類型的I/O模塊。對PLC來講，信號形式可分為四類。 （1）數(shù)字量輸入信號 生產(chǎn)設(shè)備或控制系統(tǒng)的許多狀態(tài)信息，如開關(guān)、按鈕、繼電器的觸點(diǎn)等，它們只有兩種狀態(tài)：通或斷，對這類信號的拾取需要通過數(shù)字量輸入模塊來實(shí)現(xiàn)。輸入模塊最常見的為24V直流輸入，還有直流5V、12V、48V，交流115V/220V等。按公共端接入正負(fù)電位不同分為漏型和源型。有的PLC即可以源型接線，也可以漏型接線，比如S7-200。當(dāng)公共端接入負(fù)電位時(shí)，就是源型接線；接入正電位時(shí)，就是漏型接線。有的PLC只能接成其中一種。 （2）數(shù)

11、字量輸出信號 還有許多控制對象，如指示燈的亮和滅、電機(jī)的啟動(dòng)和停止、晶閘管的通和斷、閥門的打開和關(guān)閉等，對它們的控制只需通過二值邏輯“1”和“0”來實(shí)現(xiàn)。這種信號通過數(shù)字量輸出模塊去驅(qū)動(dòng)。數(shù)字量輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型等。此外，輸出電壓值和輸出電流值也各有不同。 （3）模擬量輸入信號 生產(chǎn)過程的許多參數(shù)，如溫度、壓力、液位、流量都可以通過不同的檢測裝置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號，然后再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入PLC。完成這一任務(wù)的就是模擬量輸入模塊。 （4）模擬量輸出信號 生產(chǎn)設(shè)備或過程的許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)，往往要求用模擬信號來控制，而PLC輸出的控制信號是數(shù)

12、字量，這就要求有相應(yīng)的模塊將其轉(zhuǎn)換為模擬量。這種模塊就是模擬量輸出模塊。 典型模擬量模塊的量程為-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根據(jù)實(shí)際需要選用，同時(shí)還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如熱電阻RTD、熱電偶等信號） 此外，有些傳感器如旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的是一連串的脈沖，并且輸出的頻率較高（20kHz以上），盡管這些脈沖信號也可算作數(shù)字量，但普通數(shù)字量輸入模塊不能正確的檢測之，應(yīng)選擇高速計(jì)數(shù)模塊。 不同的I/O模塊，其電路和性能不同，它直接影響著PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。 4、

13、分配輸入/輸出點(diǎn) PLC機(jī)型及輸入/輸出（I/O）模塊選擇完畢后，首先，設(shè)計(jì)出PLC系統(tǒng)總體配置圖。然后依據(jù)工藝布置圖，參照具體的PLC相關(guān)說明書或手冊將輸入信號與輸入點(diǎn)、輸出控制信號與輸出點(diǎn)一一對應(yīng)畫出I/O接線圖即PLC輸入/輸出電氣原理圖。 PLC機(jī)型選擇完后輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少是決定控制系統(tǒng)價(jià)格及設(shè)計(jì)合理性的重要因素，因此在完成同樣控制功能的情況下可通過合理設(shè)計(jì)以簡化輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。 5、 安全回路設(shè)計(jì) 安全回路是保護(hù)負(fù)載或控制對象以及防止操作錯(cuò)誤或控制失敗而進(jìn)行連鎖控制的回路。在直接控制負(fù)載的同時(shí)，安全保護(hù)回路還給PLC輸入信號，以便于PLC進(jìn)行保護(hù)處理。安全回路一般考慮

14、以下幾個(gè)方面。 （1）短路保護(hù) 應(yīng)該在PLC外部輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。最好在每個(gè)負(fù)載的回路中都裝上熔斷器。 （2）互鎖與聯(lián)鎖措施 除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系，PLC外部接線中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。 （3）失壓保護(hù)與緊急停車措施 PLC外部負(fù)載的供電線路應(yīng)具有失壓保護(hù)措施，當(dāng)臨時(shí)停電再恢復(fù)供電時(shí)，不按下“啟動(dòng)”按鈕PLC的外部負(fù)載就不能自行啟動(dòng)。這種接線方法的另一個(gè)作用是，當(dāng)特殊情況下需要緊急停機(jī)時(shí)，按下“急?！卑粹o就可以切斷負(fù)載電源，同時(shí)“急?！毙盘栞斎隤LC。 （4）極限保護(hù) 在有些如提升機(jī)類超過限位就有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的情況下，設(shè)置極限保護(hù)

15、，當(dāng)極限保護(hù)動(dòng)作時(shí)直接切斷負(fù)載電源，同時(shí)將信號輸入PLC。 三、 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。要設(shè)計(jì)好PLC的應(yīng)用軟件，必須充分了解被控對象的生產(chǎn)工藝、技術(shù)特性、控制要求等。通過PLC的應(yīng)用軟件完成系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能。 1、 PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容 PLC的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)是指根據(jù)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和工藝要求，使用相應(yīng)的編程語言，對用戶控制程序的編制和相應(yīng)文件的形成過程。主要內(nèi)容包括：確定程序結(jié)構(gòu)；定義輸入/輸出、中間標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)等參數(shù)表；編制程序；編寫程序說明書。PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)還包括文本顯示器或觸摸屏等人機(jī)界面（HMI）設(shè)備及其它特殊

16、功能模塊的組態(tài)。 2、熟悉被控制對象制定設(shè)備運(yùn)行方案 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，分析各輸入/輸出與各種操作之間的邏輯關(guān)系，確定檢測量和控制方法。并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序。對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，可按物理位置或控制功能將系統(tǒng)分區(qū)控制。較復(fù)雜系統(tǒng)一般還需畫出系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚表明動(dòng)作的順序和條件，簡單系統(tǒng)一般不用。 3、 熟悉編程語言和編程軟件 熟悉編程語言和編程軟件是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的前提。這一步驟的主要任務(wù)是根據(jù)有關(guān)手冊詳細(xì)了解所使用的編程軟件及其操作系統(tǒng)，選擇一種或幾種合適的編程語言形式，并熟悉其指令系統(tǒng)和參數(shù)分類，尤其注意那些在編程中可能要用到的指令

17、和功能。 熟悉編程語言最好的辦法就是上機(jī)操作，并編制一些試驗(yàn)程序，在模擬平臺(tái)上進(jìn)行試運(yùn)行，以便詳盡地了解指令的功能和用途，為后面的程序設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，避免走彎路。 4、 定義參數(shù)表 參數(shù)表的定義包括對輸入/輸出、中間標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)的定義。參數(shù)表的定義格式和內(nèi)容根據(jù)系統(tǒng)和個(gè)人愛好的情況有所不同，但所包含的內(nèi)容基本是相同的。總的設(shè)計(jì)原則是便于使用，盡可能詳細(xì)。 程序編制開始以前必須首先定義輸入/輸出信號表。主要依據(jù)是PLC輸入/輸出電氣原理圖。每一種PLC的輸入點(diǎn)編號和輸出點(diǎn)編號都有自己明確的規(guī)定，在確定了PLC型號和配置后，要對輸入/輸出信號分配PLC的輸入/輸出編號（

18、地址），并編制成表。 一般情況下，輸入/輸出信號表要明顯地標(biāo)出模板的位置、輸入/輸出地址號、信號名稱和信號類型等。尤其輸入/輸出定義表注釋注解內(nèi)容應(yīng)盡可能詳細(xì)。地址盡量按由小到大的順序排列，沒有定義或備用的點(diǎn)也不要漏掉，這樣便于在編程、調(diào)試和修改程序時(shí)查找使用。 而中間標(biāo)志、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)編程以前可能不太好定義，一般是在編程過程中隨使用隨定義，在程序編制過程中間或編制完成后連同輸入/輸出信號表統(tǒng)一整理。 5、程序的編寫 如果有操作系統(tǒng)支持，盡量使用編程語言高級形式，如梯形圖語言。在編寫過程中，根據(jù)實(shí)際需要，對中間標(biāo)志信號表和存儲(chǔ)單元表進(jìn)行逐個(gè)定義，要注意留出足夠的公共暫存區(qū)，以

19、節(jié)省內(nèi)存的使用。 由于許多小型PLC使用的是簡易編程器，只能輸入指令代碼。梯形圖設(shè)計(jì)好后，還需要將梯形圖按指令語句編出代碼程序，列出程序清單。在熟悉所選的PLC指令系統(tǒng)后，可以很容易地根據(jù)梯形圖寫出語句表程序。 編寫程序過程中要及時(shí)對編出的程序進(jìn)行注釋，以免忘記其間的相互關(guān)系。注釋應(yīng)包括程序段功能、邏輯關(guān)系、設(shè)計(jì)思想、信號的來源和去向等的說明，以便于程序的閱讀和調(diào)試。 6、程序的測試 程序的測試是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，它可以初步檢查程序的實(shí)際運(yùn)行效果。程序測試和程序編寫是分不開的，程序的許多功能是在測試中修改和完善的。 測試時(shí)先從各功能單元入手，設(shè)定輸入信號，觀察輸入信

20、號的變化對系統(tǒng)的作用，必要時(shí)可以借助儀器儀表。各功能單元測試完成后，再連通全部程序，測試各部分的接口情況，直到滿意為止。 程序測試可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，也可以在現(xiàn)場進(jìn)行。如果是在現(xiàn)場進(jìn)行程序測試，那就要將PLC與現(xiàn)場信號隔離，以免引起事故。 7、 程序說明書的編寫 程序說明書是整個(gè)程序內(nèi)容的綜合性說明文檔，是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作的總結(jié)。編寫的主要目的是讓程序的使用者了解程序的基本結(jié)構(gòu)和某些問題的處理方法，以及程序閱讀方法和使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。 程序說明書一般包括程序設(shè)計(jì)的依據(jù)、程序的基本結(jié)構(gòu)、各功能單元分析、使用的公式和原理、各參數(shù)的來源和運(yùn)算過程、程序的測試情況等。 上面流程中各個(gè)步驟都是

21、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中不可缺少的環(huán)節(jié)，要設(shè)計(jì)一個(gè)好的應(yīng)用程序，必須做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的工作。但是，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中的核心是程序的編寫，其他步驟都是為其服務(wù)的。 8、常用編程方法 PLC的編程方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。邏輯設(shè)計(jì)是以邏輯代數(shù)為理論基礎(chǔ)，通過列寫輸入與輸出的邏輯表達(dá)式，再轉(zhuǎn)換成梯形圖。由于一般邏輯設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，而且周期較大，大多采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法。如果控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，可以借助流程圖。所謂經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是在一些典型應(yīng)用基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，選用一些基本環(huán)節(jié)，適當(dāng)組合、修改、完善，使其成為符合控制要求的程序。一般經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法沒有普通的規(guī)律可以遵循，只有在大量的程序設(shè)計(jì)中不

22、斷地積累、豐富自己，并且逐漸形成自己的設(shè)計(jì)風(fēng)格。一個(gè)程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量，以及所用的時(shí)間往往與編程者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系。 所謂常用基本環(huán)節(jié)很多是借鑒繼電接觸器控制線路轉(zhuǎn)換而來的。它與繼電接觸器線路圖畫法十分相似，信號輸入、輸出方式及控制功能也大致相同。對于熟悉繼電接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理的工程技術(shù)人員來講，掌握梯形圖語言設(shè)計(jì)無疑是十分方便和快捷的。 四、PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì) 盡管PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的抗干擾能力，但是如果環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈或PLC的安裝和使用方法不當(dāng)，還是有可能給PLC控制系統(tǒng)的安全和可靠性帶來隱患。因此，在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還需要注意系統(tǒng)

23、的抗干擾性設(shè)計(jì)。 1、 抗電源干擾的措施 實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電流。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源。采取以下措施以減少因電源干擾造成的PLC控制系統(tǒng)故障。 （1）采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC

24、系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。現(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，為保證電網(wǎng)饋電不中斷，可采用不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強(qiáng)的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源

25、。 （2）．硬件濾波措施 在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場合，應(yīng)該使用帶屏蔽層的隔離變壓器對PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器一次側(cè)串接濾波器，如圖所示。 (3)正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng) 濾波器和隔離變壓器同時(shí)使用 2、控制系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì) 良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。接地系統(tǒng)的接地方式一般可分為3種方式：串聯(lián)式單點(diǎn)接地、并聯(lián)式單點(diǎn)接地、多分支單點(diǎn)接地即第3種接地方式。PLC采用第3種接地方式即單獨(dú)接地。 PLC控制系統(tǒng)

26、的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)又會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易

27、影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。 3、防I/O干擾的措施 由信號引入干擾會(huì)引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)作或死機(jī)。可采取以下措施以減小I/O干擾對PLC系統(tǒng)的影響。 （1）從抗干擾角度選擇I/O模塊 （2）安裝與布線時(shí)注意： ①動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開

28、走線，如必須在同一線槽內(nèi)，可加隔板，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。 ②PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線（二者之間距離應(yīng)大于200mm）。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC電路。 ③PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。 ④交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線，避免并行。

29、 （3）考慮I/O端的接線： 輸入接線一般不要太長，但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長些。 輸入/輸出線要分開。盡可能采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。但急停、限位保護(hù)等情況例外。 輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出，在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板。 采用繼電器輸出時(shí)，所承受的電感性負(fù)載的大小，會(huì)影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)合理選擇，或加隔離繼

30、電器。 （4）正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng) （5）對變頻器干擾的抑制 五、PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)在正式投入使用之前的必經(jīng)步驟。與繼電器控制系統(tǒng)不同，PLC控制系統(tǒng)既有硬件部分的調(diào)試還有軟件的調(diào)試，與繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)的硬件調(diào)試要相對簡單，主要是PLC程序的編制和調(diào)試。一般可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：應(yīng)用程序的編制和離線調(diào)試、控制系統(tǒng)硬件檢查、應(yīng)用程序在線調(diào)試、現(xiàn)場調(diào)試、總結(jié)整理相關(guān)資料、系統(tǒng)正式投入使用。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例： PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 1.任務(wù)描述 某水廠160 kW水泵電機(jī)三臺(tái)，要求采用PLC、變頻器來實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 2.系

31、統(tǒng)組成 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動(dòng)力及控制線路以及泵組組成。 用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行，通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得到4～20mA信號送至變頻器?？刂葡到y(tǒng)由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量，在變頻器設(shè)置中設(shè)定一個(gè)上限頻率和下限頻率檢測，當(dāng)用水量大時(shí)，變頻器迅速上升到上限頻率，輸出一個(gè)上限頻率開關(guān)信號給PLC；當(dāng)用水處于低峰時(shí)，變頻器輸出達(dá)到下限頻率，輸出一個(gè)下限頻率開關(guān)信號給PLC。當(dāng)產(chǎn)生任何一個(gè)

32、信號時(shí)，信號即反饋給PLC，PLC通過設(shè)定的內(nèi)部程序驅(qū)動(dòng)I/O端口開關(guān)量的輸出來實(shí)現(xiàn)切換交流接觸器組，以此協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺(tái)數(shù)，并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。 3. 系統(tǒng)控制要求 系統(tǒng)變頻調(diào)速由PLC 與變頻器共同完成，該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。 手動(dòng)方式時(shí)，按下按鈕啟動(dòng)和停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#~3#泵的啟停，該方式主要供設(shè)備調(diào)試、自動(dòng)有故障和檢修時(shí)使用。 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先由1#水泵變頻運(yùn)行，變頻器輸出頻率從0HZ上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器把接收的信

33、號與給定壓力比較運(yùn)算后送給變頻器控制。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，變頻器輸出一個(gè)上限頻率到達(dá)信號給PLC，PLC接收到信號后經(jīng)延時(shí)，1＃泵變頻迅速切換為工頻，2＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍達(dá)不到設(shè)定壓力，則2＃泵由變頻切換成工頻，3＃泵變頻啟動(dòng)；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開始切除，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，始終保持管網(wǎng)壓力。 　若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)，待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)開始運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對多臺(tái)泵的啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。 這種方式保證永遠(yuǎn)有一臺(tái)水泵在變頻運(yùn)行，三臺(tái)水泵中的任一臺(tái)都可能變頻運(yùn)行。這樣，才能做到不論用水量如何改變都可保持管網(wǎng)壓力基本恒定，且各臺(tái)水泵運(yùn)行的時(shí)間基本相同，這給維護(hù)和檢修帶來方便，并提高了系統(tǒng)的使用壽命。 11