PLC控制系統(tǒng)應用設(shè)計

第7章PLC控制系統(tǒng)應用設(shè)計

教學提示：PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括系統(tǒng)總體設(shè)計、軟件設(shè)計和安裝調(diào)試等方面的內(nèi)容。PLC控制系統(tǒng)必須經(jīng)過周密的設(shè)計才能付諸實施，否則將會造成意想不到的浪費，更嚴重的是可能引發(fā)嚴重的安全事故。本章主要介紹了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則、方法、步驟和內(nèi)容，設(shè)計與實施過程中應該注意的事項。

教學目標：通過本章的學習，讀者可以了解PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則、方法、步驟和設(shè)計內(nèi)容，設(shè)計與實施過程中應該注意的事項，學會選擇合適的PLC設(shè)計出合理的PLC控制系統(tǒng)。7.1

PLC控制

7.

可編程控

7.3

菱FX制用7.1

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟和內(nèi)容7.1.1

P

7.

2

PLC

PLC

7

5

系統(tǒng)

7.1.1

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和步驟可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的原則

一個實際的PLC控制系統(tǒng)是以PLC為核心組成的電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備和工業(yè)過程的自動控制,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則。最大限度地滿足被控對象的控制要求

充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的最基本和最重要的要求，也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料和相關(guān)國內(nèi)、國外的先進資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。2)

確保PLC控制系統(tǒng)的安全可靠

保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定地運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇和軟件編程上全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。尤其是在以提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，保證生產(chǎn)安全為目標的應用場合，必須將可靠性放在首位。3)

力求PLC控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便

在滿足控制要求和保證可靠工作的前提下，應力求控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。只有結(jié)構(gòu)簡單的控制系統(tǒng)

才具有經(jīng)濟性、實用性的特點，才能做到使用方

便和維護容易。這就要求設(shè)計者不僅應該使控制

系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維

護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4)

適應發(fā)展的需要

由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將不斷地提高，設(shè)計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展

和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出

模塊、I／O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有余量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。2．可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟分析被控對象并提出控制要求

詳細分析被控對象的工藝過程、工作特點、控制系統(tǒng)的控制過程、控制規(guī)律、功能和特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，包括控制的基本方式、所需要完成的功能、必要的保護和報警等。

詳細了解被控對象的全部功能，如各部件的動作過程、動作條件、與各儀表的接口、是否與PLC或計算機或其他智能設(shè)備相連等。還要詳細了解輸入/輸出信號的性質(zhì)，是開關(guān)量、模擬量等，并在以上工作的基礎(chǔ)上清楚的查詢到接入PLC信號的數(shù)量，以便選擇合適的PLC。2)

確定輸入/輸出設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備(如按鈕、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號指示燈及其他執(zhí)行器等)，從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點數(shù)。3)選擇合適的PLC

PLC的選擇包括對PLC的機型、容量、開關(guān)輸入量的點數(shù)以及輸入電壓、開關(guān)輸出量的點數(shù)以及輸出功率、模擬量

I/O的點數(shù)、通信網(wǎng)絡、電源等的選擇。4)I/O點分配

分配PLC的I/O點，畫出PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或分配表。在連接圖或分配表中，必須指定每個

I/O對應的模塊編號、端子編號、I/O地址、對應的輸入/輸出設(shè)備等。5)設(shè)計軟件及硬件PLC程序設(shè)計的一般步驟①根據(jù)工藝流程和控制要求，畫出系統(tǒng)的功能圖或流程圖。②根據(jù)I/O分配表或I/O端子接線圖，將功能圖和流程圖轉(zhuǎn)化成梯形圖。硬件設(shè)計及現(xiàn)場施工的一般步驟①設(shè)計控制柜布置圖、操作面板布置圖和接線端子圖等。②設(shè)計控制系統(tǒng)各部分的電氣圖。③根據(jù)圖紙進行現(xiàn)場接線。6)調(diào)試程序

先進行模擬調(diào)試，然后再進行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試時可模擬用戶輸入設(shè)備的信號給PLC，輸出設(shè)備可暫時不接，輸出信號可通過PLC主機的輸出指示燈監(jiān)控通斷變化，對于內(nèi)部數(shù)據(jù)的變化和各輸出點的變化順序，可在上位計算機上運行軟件的監(jiān)控功能，查看運行動作時序圖，或者借助于編程器的監(jiān)控功能。

模擬調(diào)試和控制柜等硬件施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試。現(xiàn)場調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序

結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備進行聯(lián)機調(diào)試。通過現(xiàn)場調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)在

模擬調(diào)試中無法發(fā)現(xiàn)的實際問題，然后逐一排除這些問題，直至調(diào)試成功。7)

編寫有關(guān)技術(shù)文件

技術(shù)文件主要包括技術(shù)說明書、使用說明書、電氣原理圖、接線端子圖、PLC梯形圖和電器布置圖等，完成整個PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。

以上是設(shè)計一個PLC控制系統(tǒng)的大致步驟。具體的系統(tǒng)設(shè)計要根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小、控制要求的復雜程度、控制程序步數(shù)的多少來靈活處理，有的步驟可以省略，也可進行適當?shù)恼{(diào)整。7.1.2

PLC系統(tǒng)硬件組成PLC機型的選擇

目前，PLC的種類非常繁多，不同種類之間的功能設(shè)置差異很大，這就要求用戶在選擇PLC時，不要盲目地追求功能強大，而是在滿足控制系統(tǒng)功能需要的前提下，力爭最好的性價比，并有一定的可升級性。結(jié)構(gòu)形式的選擇

在小型控制系統(tǒng)中，當使用環(huán)境條件較好、維修量較小、工藝流程相對固定的一般選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；當環(huán)境條件較差、維修量較大、工藝流程較復雜、相對變動較大的控制系統(tǒng)中，一般選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。2)

功能的選擇

由于一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于需要模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶

A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要

求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，

可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔

PLC。3)響應速度的選擇

PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮PLC的響應速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。4)系統(tǒng)可靠性的要求

對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對于控制要求較高的系統(tǒng)(比如實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制等控制系統(tǒng))，應選用中檔機或高檔機，并考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)。5)機型統(tǒng)一

對于一個企業(yè)來說，應盡量做到PLC機型統(tǒng)一。這樣，同一機型的PLC模塊互為備用，便于備件的采購和管理，同時由于其機型統(tǒng)一，資源可以共享，便于相互通信集中管理。PLC容量的選擇PLC容量包括I/O點數(shù)和用戶程序存儲器兩個方面。I/O點數(shù)的估算

首先確定控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，然后再留有15％～20％數(shù)量的備用量。控制系統(tǒng)I/O點數(shù)加上備用的

I/O點數(shù)就是所需的I/O總點數(shù)。2)

存儲容量的選擇

用戶程序存儲器容量與許多因素有關(guān)，如I/O點數(shù)、運算處理量以及程序的結(jié)構(gòu)等，因此不可能預先準確地計算出程序容量，只能作粗略的估算。一

般用戶存儲容量=(開關(guān)量輸入點數(shù)×10+開關(guān)量輸出點數(shù)×5+模擬量輸入輸出點數(shù)×100)字節(jié)。為

了使用方便，一般應留有估算容量的30％～50％的余量。對于經(jīng)驗缺乏者，留有的余量應更大些。開關(guān)量輸入/輸出模塊的選擇

不同的開關(guān)量I/O模塊的電路組成不同，開關(guān)量I/O模塊的選擇主要是根據(jù)I/O點數(shù)、電路結(jié)構(gòu)、電壓形式、電壓范圍等方面。1)開關(guān)量輸入模塊的選擇輸入信號類型的選擇

常用的開關(guān)量輸入模塊的輸入信號類型有直流輸入、交流輸入和直流／交流輸入3種。直流輸入電源一般為DC24V，交流輸入電源一般為AC110V或AC220V(2)

輸入接線方式的選擇IN0IN1INnPLC...IN2...

開關(guān)量輸入模塊的接線有共點式輸入接線方式和分組式輸入接線方式兩種方式。COM

COM1IN0IN1IN2PLC～COM2IN3IN4IN5圖7.1 共點式輸入方式圖7.2 分組式輸入方式2)開關(guān)量輸出模塊的選擇輸出方式的選擇

開關(guān)量輸出模塊的輸出方式有繼電器輸出、晶體管輸出和雙向可控硅輸出三種。直流負載應選用晶體管輸出方式或繼電器輸出方式；交流負載應選用雙向可控硅輸出方式或繼電器輸出方式。通斷動作頻繁，應該選用晶體管輸出方式或雙向可控硅輸出方式；通斷動作頻率較低的負載，應選用繼電器輸出方式。用戶應該根據(jù)不同的負載類型來選取不同的輸出方式，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。(2)

輸出接線方式的選擇

開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。分組式輸出接線是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出接線是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。COM0OUT0OUT1OUT2COM1OUT3OUT4OUT5P

L

C~COM0OUT0COM1OUT1COM2OUT3~~P

L

C(a)分組式輸出圖7.3(b)分隔式輸出開關(guān)量輸出塊的接線方式特殊功能模塊的選擇

在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，可能會遇到一些用開關(guān)

量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊不能解決的問題，比如定位、高速計數(shù)、PLC通信、PID運算等。此時就應該考慮所選的PLC供應廠商是否

提供這些特殊功能模塊。PLC編程方式的選擇

PLC的編程方式有兩種：指令編程器和編程軟件。指令編程器主要用于小型PLC，其控制規(guī)模小，

編程簡單。對于中型和大型PLC，主要用編程軟

件進行編程?，F(xiàn)在，隨著筆記本電腦的普及和應用，編程軟件應用的場合越來越廣。PLC環(huán)境因素的考慮

雖然大部分的PLC都能在相對惡劣的環(huán)境條件中可靠地工作，但是不同的PLC都有自己的環(huán)境性能指標，用戶在選用時，應對環(huán)境因素予以充分的考慮。7.1.3

PLC的程序設(shè)計PLC程序的內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)的功能就是通過程序來實現(xiàn)的。PLC程序的內(nèi)容通常包括初始化程序；檢測、故障診斷和顯示程序；保護和聯(lián)鎖程序。初始化程序的主要內(nèi)容包括將某些數(shù)據(jù)區(qū)和計數(shù)器進行清零、使某些數(shù)據(jù)區(qū)恢復所需數(shù)據(jù)、對某些輸出量置位或復位以及顯示某些初始狀態(tài)等。應用程序一般都設(shè)有檢測、故障診斷和顯示程序等內(nèi)容。保護和聯(lián)鎖程序是杜絕由于非法操作而引起的控制邏輯混亂，保證系統(tǒng)的運行更安全、更可靠。PLC程序設(shè)計的要求

選用同一個機型的PLC實現(xiàn)同一個控制要求，采用不同的設(shè)計方法所編寫的程序，其結(jié)構(gòu)不同。盡管程序可以實現(xiàn)同一控制功能，但是程序的質(zhì)量卻可能差別很大。一個程序的質(zhì)量可以由以下幾個方面來衡量：一是程序的正確性。所謂正確的程序必須能經(jīng)得起系統(tǒng)運行實踐的考驗。二是程序的可靠性。應用程序要保證系統(tǒng)在正常和非正常工作條件下都能安全可靠地運行，也能保證在出現(xiàn)非法操作(如按動或誤觸動了不該動作的按鈕)等情況下不至于出現(xiàn)系統(tǒng)控制失誤。三是參數(shù)的調(diào)整性。容易通過修改程序或參數(shù)而改變系統(tǒng)的某些功能。四是程序要簡練。編寫的程序簡練，減少程序的語句，一般可以減少程序掃描時間，提高PLC對輸入信號的響應速度。五是程序的可讀性。程序不僅僅給設(shè)計者自己看，系統(tǒng)的維護人員也要看。3．PLC程序設(shè)計的常用方法經(jīng)驗法編程

經(jīng)驗法編程就是根據(jù)工藝流程和控制要求，運用自己的或者別人的經(jīng)驗進行設(shè)計。通常在設(shè)計前先選擇與自己控制要求相近的程序，再結(jié)合自己工程的實際情況，對程序進行修改，使之適合自己的工程要求。

對簡單的控制系統(tǒng)來說，采用經(jīng)驗設(shè)計法進行設(shè)計是比較有效的，可以快速地完成軟件的設(shè)計。但是對于比較復雜的控制系統(tǒng)，則很少采用經(jīng)驗設(shè)計法。2)圖解法編程

圖解法是靠畫圖來進行PLC程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。梯形圖法

梯形圖法是用梯形圖語言去編寫PLC程序。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。其圖形及元件名稱都與繼電器控制電路十分相近。這種方法很容易就可以把原繼電器控制電路移植成PLC的梯形圖語言。(2)邏輯流程圖法

邏輯流程圖法是用邏輯框圖來表示PLC程序的執(zhí)行過程，反應輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程用邏輯框圖表示出來。這種方法類似于高級語言的編程方法（先畫程序流程圖，然后再編程），由于該方法詳細描述了控制系統(tǒng)的控制過程，便于分析控制程序、查找故障點、調(diào)試和維護程序。(3)時序流程圖法

時序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖(即到某一個時間應該進行哪項控制的控制時序圖)，再根據(jù)時序關(guān)系畫出對應的控制任務的程序框圖，最后把程序框圖轉(zhuǎn)換成PLC程序。時序流程圖法

很適合于以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程。(4)步進順控法

步進順控法是在順控指令的配合下設(shè)計復雜的控制程序。復雜的程序一般都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從總體上看，一個復雜系統(tǒng)的控制過程是由這樣若干個環(huán)節(jié)組成的?？刂葡到y(tǒng)的任務實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個環(huán)節(jié)的控制。為此，不少PLC生產(chǎn)廠家在自己的PLC中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。7.1.4系統(tǒng)調(diào)試與改進 PLC系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和程序調(diào)試。通常這兩部分是相互關(guān)聯(lián)、緊密聯(lián)系的。硬件調(diào)試主要是測試PLC控制系統(tǒng)的接線是否正確，PLC控制器及其模塊是否正常工作。外部接線一定要正確，特別是要注意電源線短路這種情況，因為電源短路將會燒壞系統(tǒng)元器件，甚至燒壞PLC。

如果接線正確，則可以通電查看PLC系統(tǒng)的運行情況，這主要依賴PLC本身的報錯指示燈，一般報錯指示燈亮表明系統(tǒng)有錯誤，當然這有可能是

PLC程序及配置參數(shù)出錯，也有可能是PLC本身

硬件出錯，可根據(jù)系統(tǒng)的實際情況來判斷，找出故障并及時修復。

PLC程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個調(diào)試過程。程序的模擬調(diào)試

用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試。將設(shè)計好的程序?qū)懭?/p>

PLC，用開關(guān)和按鈕來模擬實際的輸入信號，各輸出量的通斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用

PLC與實際的負載(如接觸器、電磁閥等)連接。可以根據(jù)功能表圖，在適當?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。

在調(diào)試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。程序的現(xiàn)場調(diào)試

完成上述的工作后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場進行

聯(lián)機總調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能

存在的傳感器、執(zhí)行器和接線等方面的問題，以

及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計中的問題，應對出現(xiàn)的問題及時加以解決。如果調(diào)試達不到

指標要求，則對相應硬件和軟件部分作適當調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達到調(diào)整的目的。全

部調(diào)試通過后，經(jīng)過一段時間的考驗，系統(tǒng)就可

以投入實際的運行了。7.1.5系統(tǒng)的安裝

小型PLC外殼的4個角上都有安裝孔。安裝的方法有兩種。一是用螺釘固定，不同的單元有不同的安裝尺寸；另一種是利用PLC底板土的DIN導軌

安裝桿將系統(tǒng)所需要的PLC組件如基本單元、擴展單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元及I/O連接單元安裝在DIN導軌上。為了使控制系統(tǒng)工作可靠，通常把PLC安裝在有保護外殼的控制柜中，以防止灰塵、油污和水濺。電源接線

PLC的供電電源為50Hz、220(1+10％)V的交流電。

FX系列PLC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(guān)或接近開關(guān))提供直流

24V電源。2．接地保護措施

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)生的電壓沖擊帶來的危害。PLC一般應與其他設(shè)備分別采用各自獨立的接地裝置，如圖7.4(a)所示。若有其他因素影響而無法做到，可與其他設(shè)備公用一個接地裝置，如圖7.4(b)所示。但是，禁止使用串聯(lián)接地的方式，如圖7.4(c)所示，或者把接地端子接到一個建筑物的大型金屬框架上，因為此種接地方式會在各設(shè)備間產(chǎn)生電位差，會對PLC產(chǎn)生不利影響。PLC接地導線的截面應大于2mm2，接地電阻應小于100Ω。(a)PLC其他設(shè)備PLC其他設(shè)備PLC其他設(shè)備(c)(b)圖7.4 PLC接地直流24V接線端

使用無源觸點的輸入器件時，PLC內(nèi)部24V電源通過輸入器件向輸入端子提供每點7mA的電流。

COM端子是直流24V的公共接地端。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。任何外部電源都不能接到這個端子上。輸入接線

PLC一般接收行程開關(guān)、限位開關(guān)等輸人的開關(guān)量信號。輸入接線端子是PLC與外部傳感器負載轉(zhuǎn)換信號的連接端口。輸入器件可以是任何無源的觸點或集電極開路的NPN型晶體管。輸入器件接通時，輸入端接通，輸入回路閉合，同時輸入指示的發(fā)光二極管亮。輸出接線

輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。當PLC的輸出繼電器或晶閘管動作時，相應的輸出端與公共端之間接通。在不同組中，可采用不同類型(直流或交流)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。7.2可編程控制器控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計硬件

軟

7.

采用 7.2.1硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計1．合適的工作環(huán)境適當?shù)沫h(huán)境溫度

通常PLC工作的環(huán)境溫度約在0℃～55℃。因此，在安裝PLC時，四周要有足夠的通風散熱空間；不要把PLC安裝在陽光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所；安裝

PLC的控制柜要有通風的百葉窗，當控制柜溫度太高時，則應該在柜內(nèi)安裝風扇強迫通風。2)適當?shù)沫h(huán)境濕度

PLC工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于85％，以保證PLC的絕緣性能。濕度太大會影響模擬量輸入/輸出裝置的精度。因此，不能將PLC安裝在結(jié)露、雨淋的場所。3)注意環(huán)境污染

在有大量污染物(如灰塵、油煙、鐵粉等)、腐蝕性氣體和可燃性氣體的場所，易造成元件及印刷線路板的腐蝕，因此不宜PLC的安裝。如果只能安裝在這種場所，在溫度允許的條件下，可以將PLC封閉；或?qū)LC安裝在密閉性較

高的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。4)遠離振動和沖擊源

安裝PLC的控制柜應當遠離有強烈振動和沖擊的場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時要采取相應措施來減輕振動和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動。5)遠離強干擾源

PLC應遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動力設(shè)備等，同時PLC還應該遠離強電磁場和強放射源，以及易產(chǎn)生強靜電的地方。2．安裝與布線合理電源安裝

電源是干擾進入PLC的一條主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源是用來驅(qū)動PLC輸出設(shè)備和提供輸入信號的，同一臺PLC的外部電源允許有多種規(guī)格，其容量與性能由輸出設(shè)備和PLC的輸入電路決定。由于

PLC的I/O電路都具有濾波、隔離功能，因此對外部電源的要求不高。

內(nèi)部電源是PLC內(nèi)部電路的工作電源，它的性能好壞直接影響到PLC工作的可靠性。因此，為了

保證PLC的正常工作，對內(nèi)部電源有較高的要求。

在干擾較強或可靠性要求較高的場合，應該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二次側(cè)串接LC濾波電路。同時，在安裝時還應注意以下問題。隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾。系統(tǒng)的動力線應足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動時引起的線路壓降。PLC輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號。否則可能使PLC接收到錯誤的信號。遠離高壓PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個控制柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應遠離高壓電源線，二者間距離應大于200mm。2)

合理布線I/O線、動力線及其他控制線應分開走線，盡量不要在同一線槽中布線。交流線與直流線、輸入線與輸出線最好要分開走線。開關(guān)量與模擬量的I/O線最好要分開走線，對于傳送模擬量信號的I/O線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏蔽層應一端接地。PLC的基本單元與擴展單元之間電纜傳送的信號小、頻率高，很容易受干擾，不能與其他的連線埋在同一線槽內(nèi)。PLC的I/O回路配線，必須使用壓接端子或單股線，不宜用多股絞合線直接與PLC的接線端子連接，否則容易出現(xiàn)火花。與PLC安裝在同一控制柜內(nèi)，雖不是由PLC控制的感性元件，也應并聯(lián)RC或二極管消弧電路。3．采取有效的抗干擾措施選擇抗干擾能力強的產(chǎn)品

根據(jù)各廠家PLC抗干擾性能的優(yōu)劣，選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干擾的能力。其次是共模擬制比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作等。特別要考察該型號PLC在類似工作環(huán)境中的使用情況。2)采用性能好的電源

由于電網(wǎng)對PLC控制系統(tǒng)的干擾主要通過PLC系統(tǒng)的供電

電源、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的

儀表供電電源等耦合進入。PLC系統(tǒng)的供電電源一般都采

用隔離性能較好的電源，對變送器的電源及與PLC有直接

電氣連接的儀表的供電電源應選擇分布電容小、采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)的產(chǎn)品，以減少對PLC系統(tǒng)的干擾。

此外，PLC電源要與整個供電系統(tǒng)的動力電源分開，一般在進入PLC系統(tǒng)時加屏蔽隔離變壓器。利用分離供電系統(tǒng)，即將控制器、I/O通道和其他設(shè)備的供電采用各自的隔離

變壓器分離開來，也有助于抑制電網(wǎng)干擾。3)

電纜的選擇和敷設(shè)

PLC控制系統(tǒng)的電路中有電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線，布線不當則會造成電磁感應和

靜電感應等干擾，因此必須按照特定的要求布線。布線時要將PLC的輸入/輸出線與其他控制線分開，不要共用一條電纜。開關(guān)量信號線與模擬量信號

線也應分開布線，而且后者應采用屏蔽線，并且

將屏蔽層接地。數(shù)字傳送線也要采用屏蔽線，并

且要將屏蔽層接地。4)安裝中的抗干擾措施濾波器、隔離穩(wěn)壓器應設(shè)在PLC控制柜的電源進線口處，不讓干擾進入控制柜內(nèi)，或盡量縮短進線距離。PLC控制柜應盡可能遠離高壓柜、大動力設(shè)備和高頻設(shè)備。PLC要盡可能遠離繼電器之類的電磁線圈和容易產(chǎn)生電弧的觸點。PLC要遠離發(fā)熱的電氣設(shè)備或其他熱源，并放在通風良好的位置上。PLC的外部要有可靠的防水措施，以防止雨水進入，造成機器損壞。正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)。5)外圍設(shè)備干擾的抑制PLC輸入/輸出端子的保護

當輸入信號源為感性元件，輸出驅(qū)動的負載為感性元件時，對于直流電路應在其兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。對于交流電路，應在其兩端并聯(lián)阻容吸收電路。其作用是為了防止在感性輸入或輸出電路斷開時產(chǎn)生很高的感應電動勢或浪涌電流對PLC的輸入/輸出端和內(nèi)部電源的沖擊。如果PLC的驅(qū)動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，應在PLC的輸出端與驅(qū)動元件之間增加光電隔離的過零型固態(tài)繼電器。(2)輸入/輸出信號的防錯

當輸出元件為雙向晶閘管或晶體管而外部負載又很小時，又因為這類輸出元件在關(guān)斷時有較大的漏電流，使輸人電路和外部負載電路不易關(guān)斷，導致輸入/輸出信號的錯誤，為此應在這類輸入/輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小的輸入電流和外部負載上的電流。(3)沖擊電流

用晶體管或雙向晶閘管輸出模塊驅(qū)動白熾燈之類的負載時，輸出端并聯(lián)旁路電阻或與負載串聯(lián)限流電阻。3)電磁干擾的抑制

PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射等在信號線上感應的電壓疊加所形成。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞。這種共模干擾可為直流，也可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間的感應以及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓。這種電壓疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。為了保證PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中免受或減少電磁干擾，一般采用隔離和屏蔽的方法。7.2.2軟件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

通過硬件要根本消除干擾的影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計時，要進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。

對按鈕、開關(guān)、繼電器/接觸器觸點作為輸入信號時，會不可避免產(chǎn)生抖動，引起系統(tǒng)誤動作，在這種情況下，可采用定時器延時方法來去掉抖動，定時時間根據(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合(或斷開)后才執(zhí)行特定的處理任務。

對于模擬信號可采用多種軟件濾波方法來提高數(shù)據(jù)的可靠性。常用的數(shù)字濾波方法有程序判斷濾

波、中值濾波、滑動平均值濾波、防脈沖干擾平

均值濾波、算術(shù)平均值濾波、去極值平均濾波等。

程序判斷濾波適用于對采樣信號因受到隨機干擾或傳感器不穩(wěn)定而引起的失真進行濾波。設(shè)計時根據(jù)經(jīng)驗確定兩次采樣允許的最大偏差，如果先后兩次采樣的信號差值大于偏差，表明輸入是干擾信號，應去掉，用上次采樣值作為本次采樣值。如果差值不大于偏差，則本次采樣值有效。

中值濾波是連續(xù)輸入3個采樣信號，從中選擇中間值作為有效采樣信號。

滑動平均值濾波是將數(shù)據(jù)存儲器的一個區(qū)域(20個單元左右)作為循環(huán)隊列，每次數(shù)據(jù)采集時先去掉隊首的一個數(shù)據(jù)，再把新數(shù)據(jù)放人隊尾，然后求平均值。

去極值平均濾波是連續(xù)采樣n次，求數(shù)據(jù)的累加和，同時找出其中的最大值和最小值，從累加和中減去最大值和最小值，再求(n-2)個數(shù)據(jù)的平均值將其作為有效的采樣值。

算術(shù)平均值濾波是將連續(xù)輸入的n個采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為有效的信號。它不能消除明顯的脈沖干擾，只是削弱其影響。要提高效果可采用去極值平均濾波。

防脈沖干擾平均值濾波是連續(xù)進行4次采樣，去掉其中的最大值和最小值，再求剩下的兩個數(shù)據(jù)的平均值。7.2.3采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)

某些控制系統(tǒng)要求有極高的可靠性，如化工、造紙、冶金、核電站等。如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，由此引起的停產(chǎn)或設(shè)備損壞就會造成極大的經(jīng)濟損失或極其嚴重的事故。通過提高PLC控制系統(tǒng)的自身可靠性滿足不了要求，常采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)來解決上述問題。冗余系統(tǒng)

所謂冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有備用的部分，沒有它系統(tǒng)照樣工作。但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，這備用的

部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。冗余系統(tǒng)一般是用在控制系統(tǒng)中最重要的部分(如

CPU模塊)，由兩套相同的硬件組成。如果一套出

現(xiàn)故障，立即由另一套來控制。是否使用兩套相

同的I/O模塊，取決于系統(tǒng)對可靠性的要求程度。

常見的情況是采用CPU冗余，兩套CPU模塊使用相同的程序并行工作。其中一套為主CPU模塊，一套為備用CPU模塊。在系統(tǒng)正常運行時，備用CPU模塊的輸出被禁止，由主CPU模塊來控制系統(tǒng)的工作。同時，主CPU模塊還不斷通過冗余處理單元（RPU）同步地對備用CPU模塊的I/O映像寄存器和其他寄存器進行刷新。當主CPU模塊發(fā)出故障信息后，RPU在1～3個掃描周期內(nèi)將控制功能切換到備用CPU。I/O系統(tǒng)的切換也是由RPU來完成的。熱備用系統(tǒng)

熱備用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較冗余系統(tǒng)簡單，雖然也有兩個CPU模塊在同時運行一個程序，但沒有冗余處理單元RPU。兩套CPU通過通信接口連在一起。

系統(tǒng)兩個CPU模塊的切換是由主CPU模塊通過通

信口與備用CPU模塊進行通信來完成的。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，由主CPU通知備用CPU，并實現(xiàn)切

換，其切換過程相對要慢一些。7.3三菱FX2N系列PLC在電梯自動控制中的應用

電梯是典型的機電一體化產(chǎn)品，有相當多的電梯采用PLC來控制。FX2N系列PLC電梯控制系統(tǒng)功

能強、故障率低、工作可靠、壽命長。下面對一個由三菱FX2N-48MR為主控的3層電梯的PLC控制系統(tǒng)進行設(shè)計。1．電梯控制的功能要求由司機或乘用人員控制采用轎廂外呼叫、轎廂內(nèi)按鈕控制形式。轎廂內(nèi)、外均由指令按鈕進行操作。一樓設(shè)有廂外向上召

喚按鈕SB3；二樓設(shè)有廂外向上召喚按鈕SB4與向下召喚按鈕SB5；三樓設(shè)有廂外向下召喚按鈕

SB6。廂內(nèi)設(shè)有開門按鈕SBl，關(guān)門按鈕SB2；一層內(nèi)指令按鈕SB7、二層內(nèi)指令按鈕層SB8及三層內(nèi)指令按鈕SB9。電梯運行到指定位置后，具有自動開/關(guān)門的功能，也能手動開門和關(guān)門。用指示燈顯示電梯廂外的呼叫信號、電梯廂內(nèi)的指令信號和電梯到達信號。能自動判別電梯的運行方向，并發(fā)出相應的指示信號。電梯上下運行由一臺主電機驅(qū)動。電機正轉(zhuǎn)電梯上升；電機反轉(zhuǎn)電梯下降。電梯轎廂門由一臺小功率電機驅(qū)動。電機正轉(zhuǎn)廂門打開；電機反轉(zhuǎn)廂門關(guān)閉。2．設(shè)計步驟PLC選型及輸入、輸出地址分配

根據(jù)控制要求，計算輸入與輸出點數(shù)，三層電梯有22個輸入信號，19個輸出信號，選擇三菱

FX2N-48MR型可編程控制器，可以滿足控制系統(tǒng)要求。輸入信號及地址分配參見表7.1，輸出信號及地址分配參見表7.2。表7.1輸入信號及地址分配表7.2輸出信號及地址分配2)梯形圖程序設(shè)計

根據(jù)三層電梯控制的功能要求以及I/O點的地址分配表，來設(shè)計PLC控制程序的梯形圖。為作圖方便起見，把程序分成幾段來設(shè)計。層呼叫指示燈控制

層呼叫指示燈控制梯形圖如圖7.5所示。當有乘客在電梯轎廂外的某一層按下呼叫按鈕SB3、SB4、SB5和SB6中的任一個后，對應的輸入點X010、X011、X012和X013中的某一個就會閉