6ES7212-1AB23-0XB8质保

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PLC控制系统的安装与调试，涉及到各项工作，并且只能按序进行，一环紧扣一环，稍有不慎都将导致调试失败，不但延误工期，甚至会损坏设备。本文介绍了在现场实践中总结出的PLC控制系统的安装与调试技术经验，并对现场经常出现的安装、调试相关问题，提出探讨意见和解决方案。 　　系统的安装与调试 　　合理安排系统安装与调试程序，是确保地完成安装与调试任务的关键。经过现场检验并进一步修改后的总程序如图所示。 　　1、前期技术准备 　　系统安装调试前的技术准备工作越充分，安装与调试就会越顺利。前期技术准备工作包括下列内容： 　　(1)熟悉PC随机技术资料、原文资料，深入理解其性能、功能及各种操作要求，制订操作规程。 　　(2)深入了解设计资料、对系统工艺流程，特别是工艺对各生产设备的控制要求要有的了解，在此基础上，按子系统绘制工艺流。程联锁图、系统功能图、系统运行逻辑框图、这将有助于对系统运行逻辑的深刻理解，是前期技术准备的重要环节。 　　(3)熟悉各工艺设备的性能、设计与安装情况，特别是各设备的控制与动力接线图，并与实物相对照，以及时发现错误并纠正。 　　(4)在了解设计方案与PC技术资料的基础上，列出PC输入输出点号表(包括内部线圈一览表，I/O所在位置，对应设备及各I/O点功能)。 (5)研读设计提供的程序，对逻辑复杂的部分输入、输出点绘制时序图，一些设计中的逻辑错误，在绘制时序图时即可发现。 　　(6)分子系统编制调试方案，然后在集体讨论的基础上综合成为全系统调试方案。 　　2、PLC商检 　　商检应有甲乙双方共同进行，应确认设备及备品、备件、技术资料、附件等的型号、数量、规格，其性能是否完好待实验室及现场调试时验证。商检结果，双方应签署交换清单。 　　3、实验室调试 　　(1)PLC的实验室安装与开通制作金属支架，将各工作站的输入、输出模块固定其上，按安装提要以同轴电缆将各站与主机、编程器、打印机等相连接，接线正确，供电电源等级与PLC电压选择相符合后，按开机程序送电，装入系统配置带，确认系统配置，装入编程器装载带、编程带等，按操作规程将系统开通，此时即可进行各项操作试验。 　　(2)键入工作程序 　　(3)模拟I/O输入、输出，检查修改程序本步骤的目的在于验证输入的工作程序的正确性，该程序的逻辑所表达的工艺设备的联锁关系是否与设计的工艺控制要求相符，程序是否畅通。若不相符或不能运行完成全过程，说明程序有误，应进行修改。在这一过程中，对程序的理解将逐步加深，为现场调试作好了准备，同时也可以发现程序不合理和不完善的部分，以便进一步优化。 　调试方法有两种：①模拟方法：按设计做一块调试板，以钮子开关模拟输入节点，以小型继电器模拟生产工艺设备的继电器与接触器，其辅助接点模拟设备运行时的返回信号节点。其优点是具有模拟的真实性，可以反映出开关速度差异很大的现场机械触点和PLC内的电子触点相互连接时，是否会发生逻辑误动作。其缺点是需要增加调试费用和部分调试工作量。②强置方法：利用PLC强置功能，对程序中涉及现场的机械触点(开关)，以强置的方法使其“通”、“断”，迫使程序运行。其优点是调试工作量小，简便，不需另外增加费用。缺点是逻辑验证不，人工强置模拟现场节点“通”、“断”，会造成程序运行不能连续，只能分段进行。 　　根据我们现场调试的经验，对部分重要的现场节点采取模拟方式，其余的采用强置方式，取二者之长互补。 　　逻辑验证阶段要强调逐日填写调试工作日志，内容包括调试人员、时间、调试内容、修改、故障及处理、交接验收签字，以建立调试工作责任制，留下调试的手资料。对于设计程序的修改部分，应在设计图上注明，及时征求设计者的意见，力求准确体现设计要求。 　　4、PLC的现场安装与检查 　　实验室调试完成后，待条件成熟，将设备移至现场安装。安装时应符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓紧固；通信电缆要统一型号，不能混用，必要时要用仪器检查线路信号衰减量，其衰减值不过技术资料提出的指标；测量主机、I/O柜、连接电缆等的对地绝缘电阻；测量系统接地的接地电阻；检查供电电源等等，并做好记录，待确认所有各项均符合要求后，才可通电开机。 　　5、现场工艺设备接线、I/O接点及信号的检查与调整 　　对现场各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认，在手动方式下进行单体试车；对进入PLC系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点，限位开关、仪表的位式调试开关等)及其与PLC输入模块的连线进行检查并反复操作，确认其正确性；对接收PLC输出的全部继电器、接触器线圈及其他执行元件及他们与输出模块的连线进行检查，确认其正确性；测量并记录其回路电阻，对地绝缘电阻，必要时应按输出节点的电源电压等级，向输出回路供电，以确保输出回路未短路，否则，当输出点向输出回路送电时，会因短路而烧坏模块。 一般来说，大中型PLC如果装上模拟输入输出模块，还可以接收和输出模拟量。在这种情况下，要对向PLC输送模拟输入信号的一次检测或变送元件，以及接收PLC模拟输出的调节或执行装置进行检查，确认其正确性。必要时，还应向检测与变送装置送入模拟输 　　入量，以检验其安装的正确性及输出的模拟量是否正确并是否符合PLC所要求的标准；向接收PLc模拟输出信号调节或执行元件，送人与PLC模拟量相同的模拟信号，检查调节可执行装置能否正常工作。装上模拟输入与输出模块的PLC，可以对生产过程中的工艺参数(模拟量)进行监测，按设计方案预定的模型进行运算与调节，实行生产工艺流程的过程控制。 　　本步骤至关重要，检查与调整过程复杂且麻烦，认真对待。因为只要所有外部工艺设备完好，所有送入PLC的外部节点正确、、稳定，所有线路连接无误，加上程序逻辑验证无误，则进入联动调试时，就能一举成功，收到事半功倍的效果。 　　6、系统模拟联动空投试验 　　本步骤的试验目的是将经过实验室调试的PLC机及逻辑程序，放到实际工艺流程中，通过现场工艺设备的输入、输出节点及连接线路进行系统运行的逻辑验证。 　　试验时，将PLC控制的工艺设备(主要指电力拖动设备)主回路断开二相(仅保留作为继电控制电源的一相)，使其在送电时不会转动。按设计要求对子系统的不同运转方式及其他控制功能，逐项进行系统模拟实验，先确认各转换开关、工作方式选择开关，其他预置开关的正确位置，然后通过PLC起动系统，按联锁顺序观察并记录PLC各输出节点所对应的继电器、接触器的吸合与断开情况，以及其顺序、时间间隔、信号指示等是否与设计的工艺流程逻辑控制要求相符，观察并记录其他装置的工作情况。对模拟联动空投实验中不能动作的执行机构，料位开关、限位开关、仪表的开关量与模拟量输入、输出节点，与其他子系统的联锁等，视具体情况采用手动辅助、外部输入、机内强置等手段加以模拟，以协助PLC指挥整个系统按设计的逻辑控制要求运行。 7、PLC控制的单体试车 　　本步骤试验的目的是确认PLC输出回路能否驱动继电器、接触器的正常接通，而使设备运转，并检查运转后的设备，其返回信号是否能正确送人PLC输入回路，限位开关能否正常动作。 　　其方法是，在PLC控制下，机内强置对应某一工艺设备(电动机、执行机构等)的输出节点，使其继电器、接触器动作，设备运转。这时应观察并记录设备运输情况，检查设备运转返回信号及限位开关、执行机构的动作是否正确无误。 　　试验时应特别注意，被强置的设备应悬挂运转危险指示牌，设专人值守。待机旁值守人员发出指令后，PLC操作人员才能强置设备起动。应当特别重视的是，在整个调试过程中，没有充分的准备，绝不允许采用强置方法起动设备，以确保。 　　8、PLC控制下的系统无负荷联动试运转 　　本步骤的试验目的是确认经过单体无负荷试运的工艺设备与经过系统模拟试运证明逻辑无误的PLC联接后，能否按工艺要求正确运行，信号系统是否正确，检验各外部节点的性、稳定性。试验前，要编制系统无负荷联动试车方案，讨论确认后严格按方案执行。试验时，先分子系统联动，子系统的连锁用人工辅助(节点短接或强置)，然后进行全系统联动，试验内容应包括设计要求的各种起停和运转方式、事故状态与非常状态下的停车、各种信号等。总之，应尽可能地充分设想，使之符合现场实际情况。事故状态可用强置方法模拟，事故点的设置要根据工艺要求确定。 　　在联动负荷试车前，一定要再对全系统进行一次检查，并对操作人员进行培训，确保系统联动负荷试车一次成功。 　　信号衰减问题的讨论 　　(1)从PLC主机至I/O站的信号大衰减值为35dB。因此，电缆敷设前应仔细规划，画出电缆敷设图，尽量缩短电缆长度(长度每增加1km，信号衰减0.8dB)；尽量少用分支器(每个分支器信号衰减14dB)和电缆接头(每个电缆接头信号衰减1dB)。 　　(2)通信电缆采用单总线方式敷设，即由统一的通信干线通过分支器接I/O站，而不是呈星状放射状敷设。PLC主机左右两边的I/O站数及传输距离应尽可能一致，这样能保证一个较好的网络阻抗匹配。 　　(3)分支器应尽可能靠近I/O站，以减少干扰。 　　(4)通信电缆末端应接75Ω电阻的BNC电缆终端器，与各I/O柜相连接，将电缆由I/O柜拆下时，带75Ω电阻的终端头应连在电缆网络的一头，以保持良好的匹配。 　　(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV；与高压电缆交叉时，垂直交叉。 　　(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设，以减少交流电源对通信的干扰。同理，通信电缆应尽量避开大电机、电焊机、大电感器等设备。 　　(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。 　　(8)电缆敷设时要按0.05%/℃留有余地，以满足热胀冷缩的要求。 　　(9)所有电缆接头，分支器等均应连接紧密，用螺钉紧固。 　　(10)剥削电缆外皮时，切忌损坏屏蔽层，切断金属铂与绝缘体时，一定要用剥线钳，切忌刻伤损坏导线。 　　系统接地问题的讨论 　　(1)主机及各分支站以上的部分，其接地应用10mm2的编织铜线汇接在一起经单引下线接至立的接地网，一定要与低压接地网分开，以避免干扰。系统接地电阻应小于4Ω。PLC主机及各屏、柜与基础底座间要垫3mm厚橡胶使之绝缘、螺栓也要经过绝缘处理。 　　(2)I/O站设备本体的接地应用单的引下线引至共用接地网。 　　(3)通信电缆屏蔽层应在PLC主机侧I/O处理模块处一起汇集接到系统的接地网，在I/O站一侧则不应接地。电缆接头的接地也应通过电缆屏蔽层接至接地网。要特别提醒的是决不允许电缆屏蔽层有二点接地形成闭合回路，否则易引起干扰。 　　(4)电源应采用隔离方式，即电源中性线浮地，当不平衡电流出现时将经电源中性线直接进入系统中性点，而不会经保护接地形成回路，造成对PLC运行和干扰。 　　(5)I/O模块的接地接至电源中性线上。 　　调试中应注意的问题 　　(1)系统联机前要进行组态，即确定系统管理的I/O点数，输入寄存器、保持寄存器数、通信端口数及其参数、I/O站的匹配及其调度方法、用户占用的逻辑区大小，等等。组态一经确认，系统便按照一定的约束规则运行。重新组态时，按原组态的约定生成的程序将不能在新的组态下运行，否则会引起系统错乱。（//www./版权所有）因此，次组态时一定要慎重，I/O站、I/O点数，寄存器数、通道端口数、用户存储空间等均要留有余地，考虑到近期的发展。但是，I/O站、I/O点数、寄存器数、端口数等的设置，都要占用一定的内存，同时延长扫描时间，降低运行速度。因此，余量又不能留得太多。特别要引起注意的是运行中的系统一定不能重新组态。 　　(2)对于大中型PLC机来说，由于CPU对程序的扫描是分段进行的，每段程序分段扫描完毕，即新一次I/O点的状态，因而大大提高了系统的实时性。但是，若程序分段不当，也可能引起实时性降低或运行速度减慢的问题。分段不同将显著影响程序运行的时间，特别是对于个别程序段特长的情况尤其如此。一般地说，理想的程序分段是各段程序有大致相当的长度。 　　结束语 　　PLC控制系统的安装调试，是一个步调有序的系统工程，步步到位才能使调试成功，本文仅是作者经现场检验的经验总结，文中所述的PLC安装调试流程程序，应用于广东肇庆蓝带啤酒企业内的技术改造中，既缩短了工期，又使调试试车一次成功，了令人满意的结果。

国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的与保护。随着产能的不断提升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。因此，厂商对这些机器的要求也越来越高。我们既要能够保证、性，又要保证灵活、易维护性。这就对元器件的正确和合理的设计和选择提出了一定的要求。

功能在工业设备上的使用在发达国家已十分普及，例如，在欧洲有强制的标准，达不到相应等级的设备不能投产；在美国则依靠高额的事故赔偿来强制设备的性。通常，我们可以参照以下欧洲标准进行设备的设计：

EN1050-1996机械风险评价

EN292－1：1991机器基本概念与设计通则

EN954-1机械控制系统有关部件1部分设计通则

EN/IEC60204机械机械电气设备

EN/ISO13894机械的控制系统有关的部件

EN/IEC61508主要涵盖了电气/电子/可编程电子系统的功能

EN418紧急制动设备

EN1088与保护装置有关的连锁装置设计和选择原则

EN12415机床小型数控车床和车削

EN12417机床加工

EN12478机床大型数控车床和车削

EN692：1996机械压力机

EN693：2000机床液压机

EN1550：1997机床工件夹紧用卡盘设计和制造的要求

在这方面我国还处于起步阶段，很多有一定危险性的设备没有任何保护措施，这也是工厂事故频发的一个重要原因。随着国家对此重视程度的提高和以人为本理念的逐渐深入人心，设备的性正得到越来越多的重视。

设备的性能由机械防护和电气控制两方面组成。机械防护在本文不做过多介绍，下面详细介绍电气控制的原理及应用。

控制系统提供一种高度的保护手段，大限度地避免机器的不状态、保护生产装置和人身，防止恶性事故的发生、减少损失。该系统在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护操作期间对机器设备提供保护。一旦当机器设备本身出现危险，或由于人为原因而导致危险时，系统立即做出反应并输出正确信号，使机器停车，以阻止危险的发生或事故的扩散。

一套控制系统，由输入信号（即功能，如紧急停止信号、门信号等）、控制模块（如继电器、PLC）、和被控输出元件（如主接触器、阀等）三部分组成。

要使设备达到相应的等级就离不开必要的元件和线路，常见的元件有急停按钮、双手按钮、门开关、光栅等。这些元件通过线路（一般是双回路）连接到控制的，此不是普通的PLC，因为它不具备功能。

具有要求的机器中，普通的继电器或者PLC被广泛地作为控制模块，对功能进行监控。从表面看来，这样的机器在一定条件下也能够保证性。但是，当普通的继电器和PLC由于自身缺陷或外界原因导致功能失效时（如触点熔焊、电气短路、处理器紊乱等故障），就会丢失保护功能，引发事故。

而对于控制模块，由于其采用冗余、多样的结构，加之以自我检测和监控、电气元件、反馈回路等措施，保证在本身缺陷或外部故障的情况下，依然能够保证功能，并且可以及时的将故障出来。从而在上保证了整个控制系统的正常运行，保护了人和机器的。

电气控制的方式大致分为以下几种：

1.用普通继电器搭建有自锁和互锁功能的双回路线路。这种是原始的控制方式，能达到较低的等级。其优点是廉，缺点是维护和改造十分复杂，无法监控。

2.使用继电器搭建回路。上个世纪随着继电器的出现，它已经越来越多的应用于各种工业设备中。可以用于控制单一功能，适用于小型的控制系统。其输出通常有继电器触点输出或晶体管输出。无论采用何种形式的输出结构，继电器都能够保证至少2个通道进行输出的控制。在一个输出通道出现故障的情况下，另外一个冗余的通道依然能够保证继电器的功能，并且及时出故障通道。常见的继电器有皮尔兹、施迈赛等，现在西门子、欧姆龙等系统集成商也都相继推出了自己的继电器产品。此控制方式成本适中，能达到较高的等级，但如果元件多线路依然比较复杂，不适于大型生产线。

3.使用PLC进行控制。可编程控制器的CPU采用冗余的多处理器结构。各个处理器之间相互监控，一旦出现不一致，立刻使控制器处于状态，并且发出报警信息；同时，可编程控制器对内部的RAM，EPROM，输入输出寄存器等元件进行实时监控，并且采用特殊的测试脉冲对输入信号和输出被控元件进行，一旦出现任何不隐患，控制器立刻切换至保护状态。总线系统适用于大型、离散式的控制系统。其原理是在现有工业现场总线的基础上，采用了一系列的时间检测、地址检测、连接检测和CRC冗余校验等措施，达到高的等级。PLC是上世纪末出现的产品，他的优点是可编程性能强大，使用总线能实现很高要求的控制，但成本较高。

4.使用可编程继电器进行控制。可编程继电器是近年推出的产品，它介于PLC和继电器之间，即具有一定的可编程性，价格却不是很高。继电器是一个多功能、可自由配置的模块化系统。与其他普通继电器不同，可编程继电器的电路可在个人电脑上使用图形配置工具生成。通过基础模块上的RS232接口可以直接向可编程继电器写入程序。

可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

PLC之所以有生命力，在于它加适合工业现场和市场的要求：高性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、格命。比之单片机，它的输入输出端接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。至今，在PLC的编程语言——梯形图中还可以看到这些布线的影子。直到60年代末、70年代初可编程控制器问世，随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展，以及微处理器的出现，PLC产品朝小型和小型化方面进行了一次飞跃，终使早期的PLC从初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

一、可编程控制器的主要功能

PLC是应用面很广，发展非常的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的PLC功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。

PLC系统一般由以下基本功能构成：·多种控制功能·数据采集、存储与处理功能·通信联网功能·输入/输出接口调理功能·人机界面功能·编程、调试功能1、控制功能逻辑控制：PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。

定时控制：它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定：接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。

计数控制：用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连盘进行位置检测。

顺序控制：在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。

数据采集、存储与处理功能数学运算功能：

基本算术：加、减、乘、除。

扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。

比较：大于、小于和等于。

数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。

模拟数据处理：PID、积分和滤波。3、输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。

具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。4、通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。

通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。5、人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。

实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。6、编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

二、可编程控制器的主要特点

1、性高PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障，便于维护。

2、模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从8～8192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。

3、功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。

4、编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。

5、适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下工作。这是PLC产品的市场生存。

6、安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可换，使用户可以在短的时间内查出故障，并排除，大限度地压缩故障停机时间，使生产恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。

7、运行速度快随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。

8、总价格低PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。

PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透，互为借鉴，相互竞争而发展。促进了工业的进步。

PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的高需要。

三、PLC的通信及联网PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信

PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。

以西门子公司的SIMATICNET为例，在其提出的全集成自动化(TIA)的系统概念中，内容即包括组态和编程的集成、数据管理的集成以及通信的集成。通信网络是这个系统重要的、关键的组件，提供了部件和网络间完善的工业通信。

SIMATICNET包含了三个主要层次：

AS-I网——传感器和执行器通信的标准，扫描时间5ms，传输媒体为未屏蔽的双绞线，线路长度为300m，多为31个从站。

PROFIBUS——工业现场总线，用于车间级和现场级的标准，传输率大12m/s，传输媒体为屏蔽双线电缆(长9.6km)或光缆(长90km)，多可接127个从站。

工业以太网——用于区域和单元联网的标准，网络规模可达1024站1.5km(电气网络)或200km(光学网络)。

在这一网络体系中，尤其值得一提的是PROFIBUS现场总线，PROFIBUS是目前成功的现场总线之一，已得到广泛地应用。它是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接换信息。为数众多的生产厂家提供了的PROFIBUS产品，用户可以自由地选择合适的产品。PROFIBUS已经成为德国DIN19245和欧洲标准prEN50170，并在世界拥有了多的用户数量。

四、PLC与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较

1、各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

2、相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。

3、区别点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具。实际上的区别继续存在。

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。特别提出的是与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能STD工控机。

总的来说，在选择控制器时，要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有什么控制器完善，也没有哪种产品差，只能说选择适用的产品。

SB1为Ml的起动按钮，SBZ为停止按钮。在KMOI的线圈控制回路中串接KM02、

KMON和KM1的常闭触点，从硬件上保证当其他电动机起动时，M1不能启动。鲁接砌vn的常闭触点可

保证电动机在运行时不会因误操作而进入起动状态。起动指示信号灯HL1和工作指示信号灯r-h_2与相应

的主接触器线圈并联，可节省输出点数。控制自耦变压器的接触器KMO则由KM01、KM02来控制。

<4)PI.C控制梯形图设计以一台自耦变压器控制两台电动机的起动为例，取图26-43中N-2即可，

PLC的输入输出定义见表2.6-13。

根据控制要求和PLC的I/O定义，所设计的梯形图如图26-44所示。

以1号电动机的起动为例．PLC的控制过程如下：

1)当接下SB11，Xoo接通．Y30动作使KM01吸合．KM01动作使KMO吸舍．1号电动机串人自耦

变压器减压起动。

2)与此同时，由于Ml00的作用，使Y30自保持，并使T50开始计时，经过给定的一段起动时间后，

T50常开触点闭合，Ml01得电并自锁．

3)T50常闭触点动作，使Y30和Ml00线圈回路断开，从而使KM01和KMO失电跳开，自耦变压器

停止工作，电动机起动完成，投入全电压运行。

4)停机时按下SB12，xol常闭触点断开Y31线圈，使Y30和Ml00线圈断电，Y31动作，使KM1吸

合，从而使KMOI和KM02失电跳开。

Y30线圈回路中串入M102常闭触点，以及Y32线圈回路中串人Ml00常闭触点，是从软件上使两台

电动机不能同时起动，提高控制系统性和容错能力，

(5)结论本例根据实际应用中多台设备可以不同时起动的特点，应用PLC和一台自耦变压器来控制

多台大型异步电动机的起动和运行。为了保证系统的性和设备运行的性，设计中充分发挥PLC在

控制上的灵活性．从硬件和软件两个方面实现了互锁控制，达到了满意的控制效果。实践证明，这种

控制方案是可行的．系统成本大大降低，并能够和地运行。

可编程控制器技术主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。

一、可编程控制器控制系统设计的基本步骤

1、系统设计的主要内容

（1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；

（2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；

（3）选定PLC的型号；

（4）编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；

（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；

（6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；

（7）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件；

（8）编写设计说明书和使用说明书；

根据具体任务，上述内容可适当调整。

2、系统设计的基本步骤

（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求

a．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。

b．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。

（2）确定I/O设备

根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。

（3）选择合适的PLC类型

根据已确定的用户I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。

（4）分配I/O点

分配PLC的输入输出点，编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图。接着九可以进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

（5）设计应用系统梯形图程序

根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。

（6）将程序输入PLC

当使用简易编程器将程序输入PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC中去。

（7）进行软件测试

程序输入PLC后，应行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将PLC连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。

（8）应用系统整体调试

在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。

（9）编制技术文件

系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图。

二、PLC硬件系统设计

1、PLC型号的选择

在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用PLC进行控制。

在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、PID调节等）、系统要求有较高的性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用PLC控制是很必要的。

目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。

（1）对输入/输出点的选择

盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。

要先弄控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的15～20％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。

另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得过总输入点的60％；PLC每个输出点的驱动能力（A/点）也是有限的，有的PLC其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般PLC的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。

PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种PLC平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的PLC。

（2）对存储容量的选择

对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字/点＋输出总点数乘5字/点来估算；计数器/定时器按（3～5）字/个估算；有运算处理时按（5～10）字/量估算；在有模拟量输入/输出的系统中，可以按每输入/（或输出）一路模拟量约需（80～100）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。后，一般按估算容量的50～100％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。

（3）对I/O响应时间的选择

PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在2～3个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。

（4）根据输出负载的特点选型

不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的PLC。

（5）对在线和离线编程的选择

离线编程示指主机和编程器共用一个CPU，通过编程器的方式选择开关来选择PLC的编程、监控和运行工作状态。编程状态时，CPU只为编程器服务，而不对现场进行控制。编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个CPU，主机的CPU完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。

（6）据是否联网通信选型

若PLC控制的系统需要联入工厂自动化网络，则PLC需要有通信联网功能，即要求PLC应具有连接其他PLC、上位计算机及CRT等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。

（7）对PLC结构形式的选择

在相同功能和相同I/O点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。

2、分配输入/输出点

一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。

分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。

在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。

（1）确定I/O通道范围

不同型号的PLC，其输入/输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。参阅有关操作手册。

（2）部辅助继电器

内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。

从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。

未分配模块的输入/输出继电器区以及未使用1：1链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。

（3）分配定时器/计数器

PLC的定时器/计数器数量分别见有关操作手册。

三、PLC软件系统设计方法及步骤

PLC软件系统设计的方法

在了解了PLC程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制PLC控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。

1、图解法编程

图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。

(1)梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是方便的一种编程方法。

(2)逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的PLC控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制PLC应用程序。

(3)时序流程图法：时序流程图法使画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，后把程序框图写成PLC程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。

(4)步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少PLC生产厂家在自己的PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。

2.经验法编程

经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。

3.计算机辅助设计编程

计算机辅助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE运行文件。

PLC软件系统设计的步骤

在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写PLC程序了。编写PLC程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。

1、对系统任务分块

分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。

2、编制控制系统的逻辑关系图

从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。

3、绘制各种电路图

绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制PLC的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到PLC的输入端，把高压引入PLC输入端，会对PLC造成比较大的伤害。在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到PLC输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和性。虽然用PLC进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。

4、编制PLC程序并进行模拟调试

在绘制完电路图之后，就可以着手编制PLC程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，不要整个程序完成后一起算总帐。

5、制作控制台与控制柜

在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格满足要求。设备的安装注意、。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题妥善处理。

6、现场调试

现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。

7、编写技术文件并现场试运行

经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要整流技术文件，包括整理电路图、PLC程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。