PLC原理及應用技術第7章可編程控制器(PLC)工程應用浙江機電職業技術學院3內容提要工程應用上如何選擇PLC的型號和確定PLC的硬件配置

繼電-接觸器控制線路轉換成PLC梯形圖過程中應注意的幾個問題

PLC電氣控制系統故障診斷的編程與顯示

PLC控制程序的模塊化設計

PLC控制系統的設計調試步驟

可編程控制器的安裝和維護

浙江機電職業技術學院47.1工程應用上如何選擇PLC的型號和確定PLC的硬件配置7.1.1PLC機的選型詳細了解被控設備的工作的原理、功能、工作過程和各種操作方式。必要時還應畫出系統的工作流程圖。詳細列出PLC所有的輸入量、輸出量，注明它們的名稱和性質（是開關量還是模擬量，是交流量還是直流量，以及電壓等級），輸入的開關量信號一般使用24v的直流電源。輸出電路的負載電壓最好能選用220v的交流電壓。將I/O信號分類列表后，求出各類I/O信號的點數。初步確定被控設備對PLC性能的要求，根據所了解的各種型號的PLC的性能和價格，選定PLC的型號。根據輸入，輸出信號的數量和性質，可以確定PLC的硬件配置。PLC的I/O點數應比需要的稍多一些，備用的I/O端子可供調試和使用期間對系統修改和擴充之用。浙江機電職業技術學院57.1.2PLC的硬件配置應考慮是否能將模擬量控制轉化為開關量控制，或者用模擬電路來實現對模擬量的控制，PLC只用控制開關量信號，則可使系統的性價比有效的提高。小型PLC中的整體式PLC比模塊式的PLC便宜，體積一般也比模塊式的小。但是整體式PLC的硬件配置不如模塊式的靈活。如果要求多臺PLC或PLC與其它智能控制設備組成自動控制網絡，則應考慮選擇有相應通訊聯網功能的PLC。

對某些要求快速響應的被控對象，則必須考慮縮短響應延遲時間的問題。工程上可以選用掃描速度比較快的PLC，以縮短因掃描工作方式引起的延遲時間。繼電器輸出電路可以驅動交流負載，也可以驅動直流負載，它承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但是響應速度較慢。對于不是頻繁快速通斷的負載，一般選用繼電器輸出電路。在選擇PLC的型號時，應有長遠的和整體的觀點。根據工程應用的具體情況，最好優選采用一個PLC生產廠家的系列化產品。這樣可以減少PLC的備件數量，以后建立自動控制網絡也比較方便。本節結束！謝謝觀看！浙江機電職業技術學院77.2繼電–接觸器控制線路轉換成PLC梯形圖過程中應注意的幾個問題7.2.1動斷觸點的處理如果把圖（a）直接轉成圖（b）所示的梯形圖，那么在執行時，會發現KM并不動作，原因是輸入繼電器X0一直處于接通狀態，其動斷觸點使電路處于斷開狀態，只需將原SB1在圖（c）所示的動斷觸點改為動合觸點，不必改動梯形圖就可解決這個問題。浙江機電職業技術學院87.2.2電動機過載保護信號處理電動機的過載保護應作為信號輸入到PLC，不像繼電–接觸器控制線路那樣串聯在輸出控制回路中，因為在繼電–接觸器控制線路中，熱繼電器保護動作會使控制線路失去自保護功能，系統必須重新啟動方能運行。而PLC不一樣，如果FR保護觸點串聯在輸出回路中，雖然從動作的角度來看，它同樣可使電動機停止運行，但由于PLC內部仍繼續運行，其輸出并未切斷，一旦FR冷卻或因其他的原因使FR觸點接通，電動機會立即啟動，這樣極易造成事故。正確的接法如下：浙江機電職業技術學院97.2.3聯鎖觸點的處理在Y–△轉換或可逆運行的控制電路中，為防止因觸點熔焊或相間電弧引起的短路，常加入電氣聯鎖觸點。在繼電–接觸器線路轉換成PLC梯形圖時，除了在梯形圖中加入軟聯鎖外，在輸出回路中仍應加入硬聯鎖。浙江機電職業技術學院107.2.4多地控制觸點的處理與動斷觸點處理一樣，梯形圖無變化，動斷觸點全部改成動合觸點。在外部輸入接線方式上采用下圖的接法，因為這種接法占用PLC輸入點數少，而且梯形圖也較簡單。浙江機電職業技術學院117.2.5梯形圖的編程次序由于繼電–接觸器控制與PLC的工作方式截然不同，在繼電–接觸器控制系統中，各觸點之間處于相互制約的狀態。而PLC是以串行循環掃描的方式工作，任一時刻，它只執行一條指令，因此在繼電–接觸器線路轉換成梯形圖時要特別注意梯形圖的編程次序，否則會出現錯誤。繼電–接觸器控制圖

梯形圖錯誤正確浙江機電職業技術學院127.2.6PLC外部急停電路對于能使用戶直接造成傷害的負載，不能把外部急停信號作為PLC的輸入信號，而應加接外部急停電路，以防止PLC發生故障時能及時切斷負載電源，確保安全。本節結束！謝謝觀看！浙江機電職業技術學院147.3PLC在電氣控制系統故障診斷的編程與顯示7.3.1設備故障診斷狀態的設置與編程故障診斷點的設置應根據具體情況而定，可以是一部分電器電路的組合，也可以是一個電器的元件。工作狀態X12（KM△）X11（KMY）X10（KM）M200停止0001啟動0111運行1011例如某機床主電機采用星形-三角形啟動控制，在主電路中有接觸器KM、KMY、KM△組成星形-三角形起動控制電路，可作為一組正常的工作狀態，列出狀態表。用輔助繼電器M200表示正常工作狀態。浙江機電職業技術學院15對診斷故障的電路，其接點或檢測元件需接至PLC的輸入端。而故障狀態用輔助繼電器M101表示，它也可用M200取非表示。M101為星形-三角形起動控制電路故障，M102為電動機過載保護，它由熱繼電器單獨設置。浙江機電職業技術學院167.3.2故障點輸出方式在一個控制系統中，要診斷的故障點往往很多，如果每個診斷點都要一個輸出端，將會使控制成本增加，為了節約PLC輸出端子，可以將全部故障點進行邏輯組合，把每個故障點用一個二進制數表示，這樣用n個端子可表示2n–1個故障點如表所示。

輔助繼電器（M）輸出繼電器Y12Y11Y10M101001M102010M103011M104100M105101M106110M107111浙江機電職業技術學院17根據表寫出Y10～Y12的邏輯表達式：Y10=M101+M103+M105+M107Y11=M102+M103+M106+M107Y12=M104+M105+M106+M107二進制編碼梯形圖可用于在同一時刻只有一個故障點的情況，當有兩個及兩個以上的故障出現時，輸出將會出錯。為了避免這種情況，可采用優先編碼的輸出方式。浙江機電職業技術學院18輔助繼電器輸出繼電器M107M106M105M104M103M102M101Y12Y11Y100000001001000001×01000001××0110001×××100001××××10101×××××1101××××××111優先編碼輸出方式浙江機電職業技術學院19寫出輸出繼電器的邏輯表達式畫出故障診斷二進制優先編碼器梯形圖浙江機電職業技術學院207.3.3故障點顯示方式對于二進制編碼和優先編碼輸出方式，可對每一種故障用一個指示燈（或光字牌）等來顯示，以增加其直觀性。本節結束！謝謝觀看！浙江機電職業技術學院227.4PLC控制程序的模塊化設計7.4.1PLC的模塊化程序設計思想小型PLC的操作系統（系統管理軟件）是建立在邏輯運算的基礎上的，并不具備系統管理能力。而大多數PLC使用梯形圖語言來編制程序，該語言與繼電器控制系統圖相似，比較直觀，易于理解和掌握。但對于一個較復雜的控制系統而言，若其內部的聯鎖及互動關系較為復雜，應用梯形圖編程就顯得非常繁瑣，邏輯關系不清，難以將程序進行優化。如果將計算機高級語言的編程算法和模塊化、結構化的程序設計思想應用到PLC軟件設計中，則對于復雜的控制系統就能制定一個合理的總體方案，根據系統控制要求，將要完成的任務轉變成能適合于編程的有限步驟，進行模塊化編程。這種程序不僅清晰，且通用性很強，是PLC程序設計的一種新穎的方法。浙江機電職業技術學院237.4.2PLC控制軟件的模塊化設計舉例

應用系統的軟件由主程序和子程序構成，進行模塊化設計。主程序充分利用PLC的內核：單片機的強大的位運算和邏輯比較功能，將一組可位尋址的內存單元作為控制對象，采用地址虛擬技術，將所選的位尋址單元的每一個位映射為一個唯一的子程序。主程序作為控制臺，只需對所選位單元進行控制，即可實現對各模塊子程序的全局控制，從而體現了主程序真正的控制臺功能。系統效率比采用傳統的繼電控制系統的設計思想設計的程序高出若干倍，避免了各功能之間的相互干擾，保證了系統的可靠性和穩定性。

主程序采用掃描方式，按分配的位地址和權限，對各子程序進行調用。全套系統的整體結構采用典型的計算機網絡拓撲模型：環形拓撲模型，非常適合大型復雜工業控制系統的設計。浙江機電職業技術學院24

子程序完成單一的任務，為一個獨立的模塊，與其他子程序和主程序共享系統資源，可實現子程序的參數調用和傳值處理，程序精簡可靠、處理速度快。進入子程序時，保存現場參數到公共單元，返回時，從公共單元取出數據恢復現場。保證程序中不存在因其他子程序運行而留下的垃圾數據使軟件誤動作，設計者不用考慮其他模塊的影響和干擾，每個模塊相對獨立。只需約定公共單元及私有數據單元，即可將一個大型的控制系統軟件分為多人同時設計開發，每人只需考慮本模塊的內部數據及運行過程，安排接口數據便可提交，由主程序設計者將所有的模塊分配一個唯一的端口，整個控制系統軟件的開發過程便可完成。設計過程思路清晰明了、開發周期短、費用低。浙江機電職業技術學院25程序流程圖梯形圖本節結束！謝謝觀看！浙江機電職業技術學院277.5PLC控制系統的設計調試步驟PLC控制系統的設計調試過程可以分為以下幾步：1．了解熟悉控制系統首先應通過工藝機械方面的技術人員、操作人員、維修人員對設備及資料進行仔細研究，詳細了解被控對象的全部功能和它對控制系統的要求。例如機械的動作：機械、液壓、氣動、儀表、電氣系統之間的關系；系統是否需要設置多種工作方式（如自動、半自動、手動等）；PLC與系統中其它智能裝置之間的關系，是否需要通訊聯網功能；是否需要報警；電源停電及緊急情況的處理等等。浙江機電職業技術學院282．確定硬件配置，設計外部接線圖根據被控對象對控制系統的要求，以及PLC的輸入量、輸出量的類型和點數，確定出PLC的型號和硬件配置。對于整體式PLC，應確定基本單元和擴展單元的型號。對于模塊式PLC，應確定框架（或基板）的型號，所需要模塊的型號和數量。分配好與各輸入量和輸出量對應的元件號后，設計出PLC的外部接線圖，及其它部分的電路原理圖，接線圖和安裝所需的圖紙。3．設計梯形圖程序較簡單的系統的梯形圖可以用經驗法設計。對于比較復雜的系統，一般采用順序控制設計方法。4．模擬調試程序將設計好的程序寫入PLC后，首先逐條檢查程序，并改正寫入時出現的錯誤。在調試時應先充分考慮各種可能的情況。系統的各種不同的工作方式，有選擇序列功能表圖中每一條支路，各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。如果程序中某些定時器或計數器的設定值過大，為了縮短調試時間，可以在調試時將它們減小，模擬調試結束后再寫入它們的實際設定值。浙江機電職業技術學院295．現場調試完成以上工作后，將PLC安裝到控制現場，進行聯機總調試，并及時解決調試時發現的軟件和硬件方面的問題。系統交付使用后，應根據調試的最終結果，整理出完整的技術文件，如硬件接線圖、功能表圖、帶注釋的梯形圖，以及必要的文字說明等。本節結束！謝謝觀看！浙江機電職業技術學院317.6

可編程控制器的安裝和維護1．可編程控制器的安裝可編程控制器適用于大多數工業現場，但它對使用場合、環境溫度等還是有一定要求的。控制可編程控制器的工作環境可以有效地提高它的工作效率和使用壽命。在安裝可編程控制器時要避開下列場所：(1)環境溫度超過0~55°C的范圍。(2)相對濕度超過85%或者存在露水凝聚（有溫度突變或其他因素所引起的）。(3)太陽光直接照射。(4)有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。(5)有大量鐵屑及灰塵。(6)頻繁或連續的振動，振動頻率為10~55Hz，幅值為0.5mm（峰—峰）。(7)超過10g（重力加速度）的沖擊。浙江機電職業技術學院32小型可編程控制器外殼的四個角上均有安裝孔，有兩種安裝方法，一種是用螺釘固定，不同的單元有不同的安裝尺寸。另一種是DIN（德國工業標準）軌道固定，DIN軌道配套使用的安裝夾板左右各一對，在軌道上先裝好左右夾板，裝上可編程控制器，然后擰緊螺絲。為了使控制系統工作可靠，通常把可編程控制器安裝在有保護外殼的控制柜中，以防止灰塵、油污水濺；為了保證可編程控制器在工作狀態下其溫度保持在規定環境溫度范圍內，安裝機器應有足夠的通風空間、基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔。如果周圍環境超過55°C，要安裝電風扇強迫通風。為了避免其它外圍設備的電干擾，可編程控制器應盡可能遠離高壓電源線和高壓設備，可編程控制器與高壓設備和電源線之間應留出至少200mm的距離。當可編程控制器垂直安裝時，要嚴防導線頭、鐵灰塵等從通風窗掉入可編程控制器內部，損壞可編程控制器印制電路板，使其不能正常工作。浙江機電職業技術學院332．電源、接線可編程控制器的供電電源為50Hz、220V±10%交流電。FX系列可編程控制器有直流24V輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器（如光電開關或接近開關）提供直流24V電源。如果電源發生故障，中斷時間少于10ms，可編程控制器工作不受影響。若電源中斷超過10ms或電源下降超過允許值，則可編程控制器停止工作，所有的輸出點均同時斷開。當電源恢復時，若RUN輸入接通，則操作自動進行。對于電源線來的干擾，可編程控制器本身具有足夠的抵制能力。如果電源干擾特別嚴重，可以安裝一個變比為1∶1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。浙江機電職業技術學院343．接地良好的接地是保證可編程控制器可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。接地線與機器的接地端相接，基本單元接地，如果要用擴展單元，其接地點應與基本單元的接地點接在一起。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給可編程控制器接以專用地線，接地點應與動力設備（如電動機）的接地點分開。若達不到這種要求，則也必須做到與其它設備公共接地，禁止與其它設備串聯接地。接地點應盡可能靠近可編程控制器。浙江機電職業技術學院354．直流24V接線端使用無源觸點的輸入器件時，可編程控制器內部24V電源通過輸入器件向輸入端每點提供7mA的電流。可編程控制器上的24V接線端子還可以向外部傳感器（如接近開關或光電開關）提供電流。24V端子作傳感器電源時，COM端子是直流24V地端，即0V端。如果采用擴展單元，則應將基本單元和擴展單元的24V端連接起來。另外，任何外部電源都不能接到這個端子。如果有過載現象發生，電壓將自動跌落，該點輸入對可編程控制器不起作用。每種型號的可編程控制器其輸入點數量是有規定的。對每一個尚未使用的輸入點，它不耗電，因此在這種情況下24V電源端子外供電流的能力可以增加。FX系列可編程控制器的空位端子在任何情況下都不能使用。浙江機電職業技術學院365．輸入接線可編程控制器一般接受行程開關、限位開關等輸入的開關量信號。輸入接線端子是可編程控制器與外部傳感器負載轉換信號的端口，輸入接線一般指外部傳感器與輸入端口的接線。輸入器件可以是任何無源的觸點或集電極開路的NPN管。輸入器件接通時，輸入端接通，輸入線路閉合，同時輸入指示的發光二極管亮。輸入端的一次電路與二次電路之間采用光電耦合隔離。二次電路帶R—C濾波器，以防止由于輸入觸點抖動或從輸入線路串入的電噪聲引起可編程控制器的誤動作。若在輸入觸點電路串聯二極管，在串聯二極管上的電壓應小于4V。若使用帶發光二極管的舌簧開關時，串聯二極管的數目不能超過兩只。特別注意：(1)輸入接線一般不要超過30m,但如果環境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。(2)輸入、輸出線不能用同一根電纜。輸入、輸出線要分開走。(3)可編程控制器所能接受的脈沖信號的寬度應大于CPU掃描周期的時間。浙江機電職業技術學院376．輸出接線(1)可編程控制器有繼電器輸出、晶閘管（雙向可控硅）輸出、集電極開路的晶體管輸出三種形式。(2)輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。當可編程控制器的輸出繼電器或晶閘管動作時，同一號碼的兩個輸出端接通。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。(3)由于可編程控制器的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且聯接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板，因此需要用熔絲保護輸出元件。(4)采用繼電器輸出時承受的電感性負載大小影響到繼電器的工作壽命，因此應在感性負載兩端并聯阻容抑制保護電路。(5)可編程控制器的輸出負載可能產生噪聲干擾，因此要采取措施加以抑制。浙江機電職業技術學院387．PLC輸出端的保護當可編程控制器的輸出負載為電感性負載時，為了防止負載關斷產生的高電壓對可編程控制器輸出點的損害，應對輸出點加以保護電路，保護電路的主要作用是抑制高電壓的產生。(1)直流（DC）輸出型的保護電路1)二極管抑制保護當負載為直流感性負載時，可在負載RL兩端并聯續流二極管加以抑制。續流二極管可選額定電流為1A左右的二極管，其反向耐壓為負載電壓的3倍以上。二極管二極管抑制保護浙江機電職業技術學院392)齊納二極管齊納保護當負載為直流感性負載時，也可采用齊納二極管作齊納保護。浙江機電職業技術學院40(2)繼電器輸出型的保護電路1)接直流負載時輸出保護電路如圖所示。圖中：R=UDC/IL

，這是最小電阻值。C=IL×K（IL：感性負載電流）。浙江機電職業技術學院412)接交流負載時繼電器接點輸出（或雙向可控硅輸出）輸出保護電路如圖所示。對于繼電器輸出：R>0.5×UON(UON為外接交流電壓額定值)

對于交流輸出：R最小為10歐。對于每10VA的穩壓負載，電容值選用：C=0.002至0.005uF之間。。浙江機電職業技術學院42(3)PLC通訊口保護1)選擇相同的接地點，或選用RS-485/RS-232轉換器。2)當不具備共同電氣參考地的設備構成網絡時，可在網絡中加入RS-485/RS-485中繼器。(4)抗干擾措施1)系統應正確良好接地。2)強、弱電分開走（布線）。3)將PLC上DC24V（傳感器電源）的COM端接地。(5)輸出短路保護當連接在輸出端子上的負載短路時，會把輸出元件、印刷電路板等燒壞，因此要接入保護用的熔斷器。(6)輸出與TTL電路連接時當使用晶體管輸出時，由于晶體管有殘余電壓，不能直接與TTL電路連接，這時應先與COMS—IC連接后，再與TTL電路連接。但晶體管輸出時必須連接一個電源上拉電阻。浙江機電職業技術學院43(7)漏電流的處理使用晶體管輸出或晶閘管（雙向可控硅）輸出時，由于漏電流可能使輸出設備產生誤動作，這時應采取接泄放電阻措施。漏電流（I）的值：晶體管輸出DC24V0.1mA晶閘管（雙向可控硅）輸出AC100V2mAAC220V5mA浙江機電職業技術學院44(8)對沖擊電流的處理使用晶體管或晶閘管（雙向可控硅）輸出單元時，若連接象白熾燈等沖擊電流大的負載時，必須考慮使輸出晶體管或晶閘管（雙向可控硅）不受損壞。抑制沖擊電流的方法有以下兩種。如圖所示。1)讓白熾燈中流過負載額定值1/3的電流的方法。2)加限流電阻的方法浙江機電職業技術學院458．PLC的試運行PLC系統在正式投入使用之前，必須對其進行必要的檢查與試運行，以確保其正式運行時安全可靠。其方法與步驟如下：(1)首先在接通電源之前，應檢查電源、接地及輸入/輸出導線的連接情況是否正確，若電源端連接錯誤，輸入端與電源端之間的短路或者是輸出端負載的短路都會嚴重地損壞PLC。(2)檢查PLC的絕緣電阻。先不接通工作電源，斷開PLC的所有連線，然后在各端子與接地端子間用DC500VM?表測量絕緣電阻，其阻值應大于5M?以上。(3)PLC接通工作電源，但暫處于STOP狀態，使用手持式編程器或其他外部設備寫入程序，然后再將程序讀出，檢查程序是否能正確傳輸交換。同時用手持式編程器實行對PLC各輸出強制ON/OFF狀態檢查，檢查程序功能，電路錯誤和語法錯誤等。(4)將PLC的RUN/STOP開關設置在RUN位置，PLC就可以開始運行。即使在運行中也可以改變定時器，計數器、數據寄存器的設定值，對各元件進行強制ON/OFF狀態檢查。系統試運行必須經過足夠長的時間，以便讓各種異常情況盡可能暴露出來，經過進一步完善處理，才能保證系統運行的順利進行。浙江機電職業技術學院469．PLC的維護與故障診斷(1)PLC的可靠性很高，維護工作量極少。出現故障時通過PLC上的發光二極管（LED）和編程器能迅速查明故障原因。通過更換單元或模塊，一般可以迅速排除故障。1)鋰電池的更換PLC斷電時，RAM中用戶程序由鋰電池保持，它的使用壽命為2～5年。當它的電壓降到規定值以下，PLC上的BATTERY（電池）LED亮，提醒操作人員更換鋰電池。更換時RAM中內容是用PLC中電容充電保持的，應在說明書中規定的時間內更換好電池，否則PLC將失去停電時的記憶功能。2)PLC的故障診斷PLC的說明書一般都給出了PLC故障的診斷方法，診斷流程圖和錯誤代碼表。根據它們很容易檢查出PLC的故障。若有故障產生，首先斷開電源，檢查PLC及輸入/輸出元件的端子螺絲是否松動或被開路或短路。然后根據PLC裝置上各種LED燈亮的情況。按以下的要領檢查是PLC自身的異常，還是外部電