可编程序控制器（PLC）使用经验谈

: jnzhlf

2008-09-21

一、前言

世界上第一台可编程序控制器产生于1969年，是由当时美国数字设备公司（DEC）为美国通用汽车公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，被人们称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。在70年代，随着电子及计算机技术的发展，出现了微处理器和微计算机，并被应用于PLC中，使其具备了逻辑控制、运算、数据分析、处理以及传输等功能。电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufacturers Association）于1980年正式命名其为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。为与个人计算机（Personal Computer）相区别，同时也使用其早期名称PLC。国际电工技术委员会IEC（International Electrotechnical Commission）分别于1982年11月和1985年1月颁布了PLC的第一稿和第二稿标准。以后PLC开始向小型化、高速度、高性能、高可靠性方面发展，并形成多种系列产品，编程语言也不断丰富，使其在80年代工业控制领域中占据着主导地位。

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。

二、可编程序控制器简介

PLC组成：中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出单元（I/O单元）、电源、编程器等；
PLC分类：按照结构形成分为整体式和模块式；按照输入/输出（I/O）点数分为小、中和大型；
PLC特点：可靠性高，通用性强，编程简单（常用编程语言有梯形图、语句表、逻辑符号图、顺序功能图和高级语言等），体积小，安装维护简便等；
PLC工作方式：PLC是采用循环扫描的工作方式，即每一次状态变化需一个扫描周期。PLC循环扫描时间一般为几毫秒至几十毫秒。整个过程分为内部处理、通信、输入处理、执行程序、输出处理几部分；
PLC发展趋势：向高速度、大容量、多种类发展；丰富编程语言，开发用户友好界面；开发智能模块；加强联网通讯能力；予留现场总线接口（现已有产品应用，如：SIEMENS　SIMATIC　S7-400）；拥有智能诊断等功能；保护功能加强，有效保护用户信息，防止非法复制、修改；对现场环境的适应能力更强。

三、可编程序控制器选型

在PLC实际应用中，是以其为控制核心组成电气控制系，实现对生产、工业过程的控制。

方案设计步骤

首先要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系；
根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；有无特殊功能要求；是否联网运行等）选择PLC型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点；
根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序；同时连接PLC与外部设备连线；
将编制完成的程序写入PLC中，模拟工况运行，进行调试及修改；在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至完全通过为止。

四、应用体会

1、选型

在PLC选型是时主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。

PLC输入/输出点确定：I/O点数选择时要留出适当余量；
PLC存储容量：系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量应选择大一些；
存储维持时间：一般存储约保持1~3年（与使用次数有关）。若要长期或掉电保持应选用EEPROM存储（不需备用电源），也可选外用存储卡盒；
PLC的扩展：可通过增加扩展模块、扩展单元与主单元连接的方式。扩展模块有输入单元、输出单元、输入/输出一体单元。扩展部分超出主单元驱动能力时应选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给以支持；
PLC的联网：PLC的联网方式分为PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种。与计算机联网可通过RS232C接口直接连接、RS422+RS232C/422转换适配器连接、调制解调通讯连接等方式；一台计算机与多台PLC联网，可通过采用通讯处理器、网络适配器等方式进行连接，连接介质为双绞线或光缆；PLC之间互联时可通过专用通讯电缆直接连接、通讯板卡或模块+数据线连接等方式。

2、充分合理利用软、硬件资源

不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC；
多重指令控制一个任务时，可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点；
尽量利用PLC内部功能软元件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发。同时也减少硬件投入，降低了成本；
条件允许的情况下最好独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出回路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控；
输出若为正/反向控制的负载，不仅要从PLC内部程序上联锁，并且要在PLC外部采取措施，防止负载在两方向动作；
PLC紧急停止应使用外部开关切断，以确保安全。

3、使用注意事项

不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC；
接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线裁面不小于2mm²；
辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备（光电传感器等）；
一般PLC均有一定数量的占有点数（即空地址接线端子），不要将线接上；
输出有继电器型，晶体管型（高速输出时宜选用），输出可直接带轻负载（LED指示灯等）；
PLC输出电路中没有保护，因此应在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏PLC；
输入、输出信号线尽量分开走线，不要与动力线在同一管路内或捆扎在一起，以免出现干扰信号，产生误动作；信号传输线采用屏蔽线，并且将屏蔽线接地；为保证信号可靠，输入、输出线一般控制在20米以内；扩展电缆易受噪声电干扰，应远离动力线、高压设备等。
输入/断开的时间要大于PLC扫描时间；
PLC存在I/O响应延迟问题，尤其在快速响应设备中应加以注意。

4、故障检查与排除

（1）故障显示

①设计时可使每一个故障点均有信号表示。优点是直观便于检查，缺点是程序复杂且输出单元占用较多，投资较大；

②设计时也可将所有故障点均由一个信号表示。优点是节约成本，减少了对输出单元　的占有，缺点是具体故障回路不能直接判断出；

③设计时还可将性质类似的一组故障点设成一个输出信号表示。

以上三种方案各有利弊，在条件允许、并且每个回路均很重要，要求必须快速准确判断出故障点时采用第一种方案较好；一般情况下采用第三种方案比较好，由于故障分类报警显示，就可直接判断出故障性质，知道会对设备或工业过程造成何种影响，可立即采取相应措施加以处理，同时再结合其它现象、因素、另一组或几组报警条件将具体故障点从此类中划分出来。整个PLC内部程序、外部输出点及接线增加不多，性能价格比较高。

（2）输入、输出故障的排除

一般PLC均有LED指示灯可以帮助检查故障是否由外部设备引起。不论在模拟调试还是实际应用中，若系统某回路不能按照要求动作，首先应检查PLC输入开关电接触点是否可靠（一般可通过查看输入LED指示灯或直接测量输入端），若输入信号未能传到PLC，则应去检查输入对应的外部回路；若输入信号已经采集到，则再看PLC是否有相应输出指示，若没有，则是内部程序问题或输出LED指示灯问题；若输出信号已确信发出，则应去检查外部输出回路（从PLC输出往后检查）。

在输出回路中，由于短路或其它原因造成PLC输出点在内部粘滞，只需将其接线换至另一予留的空接线点上，同时修改相应程序，将原输出标号改为新地址号即可。

5、工作环境

PLC虽然适合工业现场，使用中也应注意尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用；避免导电性杂物进入控制器。

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