哈尔滨西门子模块代理商CPU供应商

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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。www.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。（//www./版权所有）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。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。

   PLC通过程序的运行实施控制的过程其实质就是对存储器中数据进行操作或处理的过程，根据使用功能的不同，把存储器分为若干个区域和种类，这些由用户使用的每一个内部存储单元统称为软元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址。软元件的数量决定了可编程控制器的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。
    为了理解方便，把PLC内部许多位地址空间的软元件定义为内部继电器（软继电器）。但要注意把这种继电器与传统电气控制电路中的继电器区别开来，这些软继电器的大特点就是其线圈的通断实质就是其对应存储器位的置位与复位，在电路（梯形图）中使用其触点实质就是对其所对应的存储器位的读操作，因此其触点可以无限次的使用。
    编程时，用户只需要记住软元件的地址即可。每一软元件都有一个地址与之一一对应，其中软继电器的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。即PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入／输出继电器、辅助继电器、定时器区、计数器区、顺序控制继电器、特殊标志继电器区等，分别用I、Q、M、T、C、Ｓ、SM等来表示。
 1、数字量输入继电器（I）
    输入继电器也就是输入映像寄存器，每个PLC的输入端子都对应有一个输入继电器，它用于接收外部的开关信号。输入继电器的状态地由其对应的输入端子的状态决定，在程序中不能出现输入继电器线圈被驱动的情况，只有当外部的开关信号接通PLC的相应输入端子的回路，则对应的输入继电器的线圈“得电”，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用数量（次数）不受限制。
    所谓输入继电器的线圈“得电”，事实上并非真的有输入继电器的线圈存在，这只是一个存储器的操作过程。在每个扫描周期的开始，PLC对各输入点进行采样，并把采样值存入输入映像寄存器。PLC在接下来的本周期各阶段不再改变输入映像寄存器中的值，直到下一个扫描周期的输入采样阶段。
    需要特别注意的是，输入继电器的状态的由输入端子的状态决定，输入端子接通则对应的输入继电器得电动作，输入端子断开则对应的输入继电器断电复位。在程序中试图改变输入继电器的状态的所有做法都是错误的。
    数字量输入继电器用“I”表示，输入映像寄存器区属于位地址空间，范围为I0.0~I15.7，可进行位、字节、字、双字操作。实际输入点数不能过这个数量，未用的输入映像寄存器区可以做其他编程元件使用，如可以当通用辅助继电器或数据寄存器，但这只有在寄存器的整个字节的所有位都未占用的情况下才可做他用，否则会出现错误执行。
 2、数字量输出继电器（Q）
    输出继电器也就是输出映像寄存器，每个PLC的输出端子对应都有一个输出继电器。当通过程序使得输出继电器线圈“得电”时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。
    数字量输出继电器用“Q”表示，输出映像寄存器区属于位地址空间，范围为Q0.0~Q15.7，可进行位、字节、字、双字操作。实际输出点数不能过这个数量，未用的输出映像区可做他用，用法与输入继电器相同。     由图7.5、图7.6、图7.7可知，在PLC内部，输出映像寄存器与输出端子之间还有一个输出锁存器。在每个扫描周期的输入采样、程序执行等阶段，并不把输出信号直接送到输出锁存器，而只是送到输出映像寄存器，只有在每个扫描周期的末尾才将输出映像寄存器中的结果信号几乎同时送到输出锁存器，对输出点进行刷新。
    另外需要注意的是，不要把继电器输出型的输出单元中的真实的继电器与输出继电器相混淆。
 3、通用辅助继电器（M）
    通用辅助继电器如同电器控制系统中的中间继电器，在PLC中没有输入输出端与之对应，因此通用辅助继电器的线圈不直接受输入信号的控制，其触点也不能直接驱动外部负载。所以，通用辅助继电器只能用于内部逻辑运算。
    通用辅助继电器用“M”表示，通用辅助继电器区属于位地址空间，范围为M0.0~M31.7，可进行位、字节、字、双字操作。
 4、特殊标志继电器（SM）
    有些辅助继电器具有特殊功能或存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息，我们称为特殊标志继电器。用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象之间的信息，如可以读取程序运行过程中的设备状态和运算结果信息，利用这些信息用程序实现一定的控制动作。用户也可通过直接设置某些特殊标志继电器位来使设备实现某种功能。
    特殊标志继电器用“SM”表示，特殊标志继电器区根据功能和性质不同具有位、字节、字和双字操作方式。其中SMB0、SMB1为系统状态字，只能读取其中的状态数据，不能改写，可以位寻址。系统状态字中部分常用的标志位说明如下：
    SM0.0：始终接通；
    SM0.1：扫描为1，以后为0，常用来对程序进行初始化；
    SM0.2：当机器执行数学运算的结果为负时，该位被置1；
    SM0.3：开机后进入RUN方式，该位被置1一个扫描周期；
    SM0.4：该位提供一个周期为1分钟的时钟脉冲，30秒为1，30秒为0；
    SM0.5：该位提供一个周期为1秒钟的时钟脉冲，0.5秒为1，0.5秒为0；
    SM0.6：该位为扫描时钟脉冲，本次扫描为1，下次扫描为0；
    SM1.0：当执行某些指令，其结果为0时，将改位置1；
    SM1.1：当执行某些指令，其溢出或为非法数值时，将改位置1；
    SM1.2：当执行数学运算指令，其结果为负数时，将改位置1；
    SM1.3：试图除以0时，将改位置1；
    其他常用特殊标志继电器的功能可以参见S7-200系统手册。
5、变量存储器（V）
    变量存储器用来存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。
    变量存储器用“V”表示，变量存储器区属于位地址空间，可进行位操作，但多的是用于字节、字、双字操作。变量存储器也是S7-200中空间大的存储区域，所以常用来进行数学运算和数据处理，存放全局变量数据。
 6、局部变量存储器（L）
    局部变量存储器用来存放局部变量。局部变量与变量存储器所存储的全局变量十分相似，主要区别是全局变量是全局有效的，而局部变量是局部有效的。全局有效是指同一个变量可以被任何程序(包括主程序、子程序和中断程序)访问；而局部有效是指变量只和特定的程序相关联。
    S7—200 PLC提供个字节的局部存储器，其中60个可以作暂时存储器或给子程序传递参数。主程序、子程序和中断程序在使用时都可以有64个字节的局部存储器可以使用。不同程序的局部存储器不能互相访问。机器在运行时，根据需要动态地分配局部存储器：在执行主程序时，分配给子程序或中断程序的局部变量存储区是不存在的，当子程序调用或出现中断时，需要为之分配局部存储器，新的局部存储器可以是曾经分配给其他程序块的同一个局部存储器。
     局部变量存储器用“L”表示，局部变量存储器区属于位地址空间，可进行位操作，也可以进行字节、字、双字操作。
 7、顺序控制继电器（S）
    顺序控制继电器用在顺序控制和步进控制中，它是特殊的继电器。有关顺序控制继电器的使用请阅读本章后续有关内容。
    顺序控制继电器用“S”表示，顺序控制继电器区属于位地址空间，可进行位操作，也可以进行字节、字、双字操作。
 8、定时器（T）
    定时器是可编程序控制器中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。自动控制的大部分领域都需要用定时器进行定时控制，灵活地使用定时器可以编制出动作要求复杂的控制程序。
    定时器的工作过程与继电器接触器控制系统的时间继电器基本相同。使用时要提前输入时间预置值。当定时器的输入条件满足且开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预置值时，定时器动作，此时它的常开触点闭合，常闭触点断开，利用定时器的触点就可以按照延时时间实现的各种控制规律或动作。
 9、计数器（C）
    计数器用来累计内部事件的次数。可以用来累计内部任何编程元件动作的次数，也可以通过输入端子累计外部事件发生的次数，它是应用非常广泛的编程元件，经常用来对产品进行计数或进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的设定值(计数的个数)。当输入触发条件满足时，计数器开始累计其输入端脉冲电位跳变(上升沿或下降沿)的次数；当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。
 模拟量输入映像寄存器(AI)、模拟量输出映像寄存器(AQ)
    模拟量输入电路用以实现模拟量／数字量(A／D)之间的转换，而模拟量输出电路用以实现数字量／模拟量(D／A)之间的转换，PLC处理的是其中的数字量。
    在模拟量输入／输出映像寄存器中，数字量的长度为1字长(16位)，且从偶数号字节进行编址来存取转换前后的模拟量值，如0、2、4、6、8。编址内容包括元件名称、数据长度和起始字节的地址，模拟量输入映像寄存器用AI表示、模拟量输出映像寄存器用AQ表示，如：AIW10，AQW4等。
    PLC对这两种寄存器的存取方式不同的是，模拟量输入寄存器只能作读取操作，而对模拟量输出寄存器只能作写入操作。
 1、高速计数器(HC)
    高速计数器的工作原理与普通计数器基本相同，它用来累计比主机扫描速率快的高速脉冲。高速计数器的当前值为双字长(32位)的整数，且为只读值。
    高速计数器的数量很少，编址时只用名称HC和编号，如：HC2。
 11、累加器(AC)
    S7—200PLC提供4个32位累加器，分别为AC0、ACl、AC2、AC3，累加器(AC)是用来暂存数据的寄存器。它可以用来存放数据如运算数据、中间数据和结果数据，也可用来向子程序传递参数，或从子程序返回参数。使用时只表示出累加器的编号，如AC0。
    累加器可进行读、写两种操作，在使用时只出现编号。累加器可用长度为32位，但实际应用时，数据长度取决于进出累加器的数据类型

1、选择合适的PLC类型
1、可编程控制器选择
    三菱FX1S系列PLC是一种卡片大小的PLC，适合在小型环境中进行控制。它具有的性能、串行通讯功能以及紧凑的尺寸，这使得它们能用在以前常规可编程控制器无法安装的地方。
    三菱FX1N系列PLC是一种普遍选择方案，多可达128点控制。由于FX1N系列具有对于输入/输出、逻辑控制以及通讯／链接功能的可扩展性，因此它对普遍的顺控解决方案有广泛的适用范围，并且能增加特殊功能模块或扩展板。
    三菱FX2N系列PLC是FX系列中的模块。它拥有无以匹及的速度、的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N是从16到256路输入／输出的多种应用的选择方案。
    三菱FX2NC系列PLC在保留其原有的强大功能特色的前提下实现了为可观的规模缩小，I／O型连接口降低了接线成本并节省了时间。
    对于开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的小型整体机FX1S就可以满足要求。对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，应选择具有所需功能的可编程控制器主机，如用FX1N或FX2N型整体机。另外还要根据需要选择相应的模块，例如开关量的输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、配接相应的传感器及变送器和驱动装置等。
2、I/O点数的确定
    一般的讲，可编程控制器控制系统的规模的大小是用输入、输出的点数来衡量的。我们在设计系统时，应准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后调整和工艺改进的需要，在实际统计I／O点数基础上，一般应加上10％一20％的备用量。
    对于整体式的基本单元，输入输出点数是固定的，不过三菱的FX系列不同型号输入/输出点数的比例也不同，根据输入/输出点数的比例情况，可以选用输入/输出点都有的扩展单元或模块，也可以选用只有输入（输出）点的扩展单元或模块。
3、用户存储器容量的估算
    根据经验，对于开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I／O信号总数乘以8。对于有模拟量输人输出的系统，每一路模拟量信号大约需100存储器容量。如果使用通信接口，那么每个接口需300存储器容量。一般估算时根据算出存储器的总字数再加上一个备用量。
4、可编程控制器的处理速度应满足实时控制的要求
    可编程控制器是采用顺序扫描的工作方式，其顺序扫描工作方式使它不能地接收持久时间小于1个扫描周期的输入信号。为此，对于快速反映的信号需要选取扫描速度高的机型
    关于可编程控制器的选型问题，当然还应考虑到它的的联网通信功能、价格等因素。系统性也是考虑的重要因素。
2、开关量输入输出模块及扩展的选择
    开关量输入模块的输入电压一般为DC24V和AC220V两种。直流输入可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接，三菱FX系列直流输入模块的公用端已经接在内部电源的0V，因此直流输入不需要外接直流电源，有些类型的可编程控制器输入的公用端要另接电源，对初学者应该注意。交流输入方式的触点接触，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。我们常用的还是直流输入模块。
    开关量输出模块有继电器输出、晶体管输出及可控硅输出。继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命(动作次数)有一定的限制。一般控制系统的输出信号变化不是很频繁，我们选用继电器型，并且继电器输出型价格，也容易购买。晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等，还应注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。
3、编程器和外围设备的选择
    早期的小型可编程控制系统，通常都选用价格的简易编程器。如果系统较大，可编程控制器多，可以选用一台功能强、编程方便的图形编程器；随着科技的发展，个人计算机的使用越来越普及，编程软件包的出现，在个人计算机上安装的编程软件包配上通信电缆，也可取代原编程器。

【摘要】本文介绍了国产NA400 PLC可编程控制器的系统体系结构及配置，从编程与调试环境、系统通信网络、系统性设计、针对水电厂的设计、性能价格比等方面介绍了NA400可编程控制器的技术特点，后介绍了以NA400可编程控制器为控制平台的工程应用实例。NA400可编程控制器与传统PLC相比在顺序控制图编程、特色功能块、系统的开放性和性等方面具有明显的特点。

【关键词】国产可编程控制器NA-PLC NA400技术特点工程应用水利水电

1、引言

可编程控制器作为一种通用工业控制器，广泛应用于各种工业控制领域。目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等大公司，欧美公司在大、中型PLC领域占有优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和中国的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，大陆国产PLC的市场份额几乎可以忽略。国内曾有研究单位开发PLC产品，后因种种原因没有发展起来。值得欣慰的是，国内已有公司开始拓展PLC业务，并在中国PLC市场有了一定声音。但其产品主要集中在低端小型PLC上，在大中型PLC研究上国内尚无具有自主知识产权的产品。

南大傲拓科技多年来一直致力于可编程控制器的研究，产品涵盖从小型一体化PLC到大型PLC的全系列产品，公司在水利、水电、水处理、重型装备业、物流等等控制领域得到广泛应用。NA400可编程控制器由南大傲拓科技江苏有限公司自主设计与研发，本产品已获得CE认证，并将进行FC认证和船级社认证，已获得和软件著作权多项。NA400可编程控制器和同类产品相比具有明显的优势，主要表现在：系统体系结构，模块安装位置灵活，内部通信网络采用现场总线，国外同档次PLC采用多总线的模式，大大提高了PLC的抗干扰能力和环境适应能力。国内一套自主开发的支持IEC61131-3标准的软件系统，并具有的顺序控制图编程语言。该PLC具有在线监视、在线修改、在线调试、在线等功能，方便用户的开发与调试。

NA400可编程控制器采用了嵌入式软件、硬件技术和现场总线技术等技术开发的。针对不同的应用开发了NA600大型PLC、NA400中大型PLC、NA200小型PLC等多种不同类型的PLC，分别应用于大型水电站、中小型水电站及辅机、闸门等不同的应用场合。本文将从NA400可编程控制器体系结构、系统配置、技术特点、工程应用实例等几方面介绍NA-PLC及水电厂的应用。

2、NA400可编程控制器体系结构与特点

2.1 体系结构：

NA400可编程控制器采用LAN/FieldBud系统体系结构（如图1所示），提供标准的以太网接口完成与上微机系统的通信，通信规约采用开放的、标准ModBus TCP规约。CPU模件和I/O模件之间采用现场总线作为内部总线及扩展总线，现场总线特有的高性和对现场环境的适应能力，使得NA400可编程控制器系列PLC系统配置的灵活性和性也大大提高。图1以双CPU双以太网热备冗余、单CPU双以太网和单CPU双以太网三种典型的应用。为水电厂的应用提供灵活的系统配置方式，适用于加广泛的现场应用。

2.2 系统配置：

NA400可编程控制器提供三种系统配置，包括单CPU单以太网模式、单CPU双以太网冗余模式、双CPU冗余模式，多种灵活的系统配置模式可以好地适用多种不同的实际应用。提供了多种类型模件包括电源模件、三种不同类型的CPU模件、串口通信模件（提供8个标准的RS232/RS485）、开关量输入模件、SOE模件、开关量输出模件、模拟量输入模件（电流型和电压型）、温度量模件等。

2.3 技术特点

2.3.1 通信网络

（1） 以太网通讯接口

CPU模件集成10M/100M以太网接口，支持Modbus/TCP规约，支持双以太网冗余配置。

（2） 串口通讯功能

NA400可编程控制器提供了串口通讯模块，并可自由配置模块的数量。每个串口通讯模块提供4个串口，每个串口均支持RS-232/RS-485接口标准，并且全部支持编程。

（3） 现场总线网络

NA400可编程控制器采用现场总线网络，具有通讯速率快、抗干扰能力强、、结构简单、实时性好等特点，并且具有很好的扩展性，易于实现模块的灵活配置，且对于现场环境及安装要求都不是很高，同时为系统扩展及远程控制都提供了方便。NA400可编程控制器支持ProfiBus-DP、CANOpen、ModBus等不同类型的现场总线接口，可以方便地与其他系统连接。

2.3.2 高性设计

（1） 全智能I/O设计和一系列性、性设计为系统的运行提供了

¨ 开入模件的光电隔离和软件滤波功能；

¨ 开出回路密码锁设计，开出模件的反读、校核及执行继电器的联合控制保证在任何情况下不会发生误动；

¨ 温度量模件的每路立横流源设计大大提高了采集速度和抗干扰性；

¨ 模拟量模件飞度电容的设计方法保证了内部电路和外界干扰的隔离，大大提高了采集精度，大限度地降低了模拟量漂移。

（2） 双机热备冗余设计

NA400可编程控制器提供了双机热备冗余方案。用户编程，监控模块之间实时自动备份数据，一旦一个监控模块瘫痪，另一个监控模块可单运行，不会对控制系统产生影响。

（3） 满足一系列电磁兼容性标准

为了提高PLC系统的性、在设计过程中遵循了电磁兼容性标准，通过设计开发中的针对性的设计。NA400可编程控制器的电气技术指标及电磁兼容性如下：

¨ 环境温度：-10℃~60℃；

¨ 浪涌抗扰度：4kV（共模）/2kV（差模），4级（IEC61000-4-5）；

¨ 振荡及抗扰度：2.5kV（共模）/1kV（差模），3级（IEC61000-4-12）；

¨ 快速瞬变：±4kV（电源）/±2kV（I/O），4级（IEC61000-4-4）；

¨ 静电放电：±15kV（空气）/±8kV（接触），4级（IEC61000-4-2）；

¨ 辐射电磁场抗干扰：10V/m，频率80MHz~1GHz，3级（IEC61000-4-3）。

2.3.3 针对水电厂的设计

¨ 方便的可视化流程图编程语言，使复杂控制流程的实现变得非常简单；

¨ 全汉化的梯形图设计大大提高了梯形图程序的可读性；

¨ 针对水电厂的功能块设计使其适宜于水电厂（脉冲型开出、SOE）；

¨ 有的SOE模件大大提高了事件分辨率(<1ms)

¨ 多串口模件设计，大大提高了与其它智能设备的通信能力。

¨ 方便的现地人机接口，提供了与触摸屏的串行通讯接口，支持Modbus通讯协议。可与多种触摸屏直接连接，增加辅助设备，也编写通讯驱动程序。

2.4 高的性价比

¨ CPU模件集成以太网接口（节省了网络模件）

¨ 串口通信模件提供的丰富通信接口；

¨ 扩展扩展模件（节省了扩展模件）；

¨ 双机热备冗余仅靠一条冗余电缆即可完成（节省了热备模件）。

3. NAPro编程软件

NA-PLC编程与调试开发工具——NAPro软件，支持符合IEC61131-3标准的编程语言及的顺序控制图语言，并提供收费合理的软件定制化服务。NAPro不但支持在线调试、在线下载，还将支持数据以曲线形式显示。该软件系统配置简单、编程易学，并提供断点、单步执行、监视执行和调试执行等调试手段，适合国内的思维习惯，其方便性大大国外PLC编程软件。

3.1支持IEC61131-3标准的编程语言

支持全部5种IEC61131-3编程语言，同一项目中的任一代码段均可选择不同的语言编程，且可相互调用。这5种编程语言包括：LD：梯形图、ST：结构文本、IL：指令表、FBD：功能块图、SFC：顺序功能图。

3.2 的顺序控制图（SCC）编程语言

在控制领域中，大量使用的控制操作为顺序控制方式，为此NAPro提供了的顺序控制图，它是一种简单的图形化过程描述，非常直观方便。

3.3 多任务

NAPro支持多达64个任务（级0~63），级0为主任务，循环执行，其它任务均为周期执行，可设置任务周期。此外，还支持定时器中断任务和外部硬件中断任务。

3.4 事故追忆功能

NAPro具有事故追忆功能，对事故发生前后的重要参数进行追忆记录，以供运行人员分析事故。一张追忆表中可以有多个启动源，可以追忆多个测点。大存储数据可达128Mbytes。

除上述特色功能外，NAPro软件具有丰富的运算控制功能、实时的在线监测功能、完备的在线修改功能、强大的在线调试功能、完善的功能、友好的软件设计界面、有效的诊断工具等特色设计。

4. 工程应用实例

多年来NA系列可编程控制器已在水利、水电自动化、煤炭自动化、物流、重型装备业等行业。NA400plc可编程控制器在中小型水电厂计算机监控系统中得到了大量应用，下面介绍NA400可编程控制器在某中型水电厂的典型应用。

4.1工程概述

老虎山电站总装机为2*12500kW，发电机额定电压6.3kV。冲击式立式机组。

电站计算机监控系统分为主控级和现地控制单元级，主控级和现地控制单元级采用100Mbps光纤相连。

监控系统主要由以下几部分组成：

(1) 主机/操作员工作站 2套

配置两台主机/操作员工作站，安装于老虎山电站控制室。

主机的功能包括对整个电厂的运行管理、数据库管理、综合计算、AGC及AVC计算和处理、事故和故障的分析处理等。两台主机采用冗余工作方式，任何一台主机故障，系统仍可正常运行，提高了系统的性。

主机同时供运行值班人员使用，具有图形显示、全厂运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值修改、设定与变工作方式等功能。

全厂所有的操作控制都可以通过鼠标器及键盘而实现；通过彩色显示器可以对全厂的生产、设备运行作实时监视，并所需的各种信息；主机同时兼工程师工作站的功能，供工程师维护系统及参数修改；采用双机，互为冗余热备，切换无扰动；配置声卡、音箱和语言软件，设置语音报警系统作为电站监控系统的一部分，对电站故障和事故发语音报警，提醒运行人员；具有语音报警、测试等功能。

操作员工作站是、多任务、多用户型通用型工作站，配有足够的通信接口，各种存储器带保护装置，防止和避免因电源或不正确操作造成信息丢失和改变。

(2) 通信工作站 1套

设一套通信工作站，该机完成与全站电子电能表、消防报置、取水口闸门控制系统及其它装置的接口，该机完成与上级调度系统的通讯。

(3) 打印机 1台

配1台A3黑白激光打印机用于操作及报警记录(主要为报警记录)等打印，另电站已配一台针式打印机用于报表的打印，两台工作打印机可互为备用。

(4) GPS卫星时钟同步系统 1套

采用GPS卫星时钟系统对监控系统的主控级计算机和各现地控制单元(LCU)钟同步。

(5) 网络设备 1套

一电站配3COM的10/100Mbps以太网交换机3C16470一台，网络符合工业通用的标准IEEE802.3以及TCP/IP规约。

主计算机、通信服务器和各LCU通过10/100M网络交换机联结成快速以太网络，网络介质主要为光纤电缆，单网，网络速率为100Mbps；

(6) 现地控制单元(LCU)

LCU共4套，老虎山站：机组LCU 2套、公用开关站LCU 1套、开关站LCU 1套，实现对各生产对象的监控。

LCU向上直接通过100Mbps快速以太网与上位机通信；PLC和触摸屏通过串行口相互通信；

每套机组LCU配一台通信管理机通过串行口与本单元的PLC通信；通信管理机负责微机转速装置、微机温度巡检装置、交流采样装置、微机保护及其他智能装置与PLC进行通信。

LCU主要完成数据的采集及数据预处理功能，同时也具有控制操作和监视功能。其设计能保证当它与主机系统脱离后仍然能实现对机组进行必要的监视和控制功能，这些功能包括机组的开、停操作；有功、无功负荷增、减；机组运行状态及参数的监视，而当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

4.3 系统优势

NA400 PLC针对电力行业具有特的功能特点，其中SOE模块分辨率为1ms，时间记录，性能；背板自带GPS对时接口，软件、硬件配置，系统自动完成对时功能，操作简单实用；CMM401串口通讯模块，可以扩展4或8个RS232串口，每个串口支持C语言自定义编程，使用方便，与CPU交换数据采用现场总线，数据交换速率快，操作简单。其他厂家PLC没有针对电力行业特有功能进行开发，系统实现上存在一定的缺陷，同时价格成本比较高。

5. 结语

NA-PLC具有传统通用PLC的所有特点，是通用的工业控制平台，可以广泛地应用于多种工业控制。同时NA400可编程控制器又具有显著的特点使在应用中灵活、方便。为适用顺序控制的特点、解决传统PLC调试困难、不直观的缺点，NA400可编程控制器开发了顺序控制图语言，使顺序控制过程的实现简单、调试直观；为提高在电力系统应用的方便性对传统梯形图语言功能块进行了扩充，增加了SOE功能块、脉冲型开出等具特色的功能块使用户编程加方便；NA400可编程控制器所具有的以太网远程编程与调试功能可以方便地解决远方（如远程控制等）对现地LCU的编程与维护，为电厂实现“无人值班”（少人值守）、甚至关门运行提供了技术基础.