情境九PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

情景九

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

情景九

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1任務(wù)介紹本模塊簡(jiǎn)要介紹了三菱FX2N系列PLC產(chǎn)品在控制系統(tǒng)中的總體設(shè)計(jì)、減少PLC輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的方法、提高PLC控制系統(tǒng)可靠性措施。

任務(wù)介紹本模塊簡(jiǎn)要介紹了三菱FX2N系列PLC產(chǎn)品在控制系統(tǒng)2任務(wù)描述（1）通過(guò)兩種液體混合裝置的控制應(yīng)用事例的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用所學(xué)基本指令以及功能指令，進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（2）建立PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的思路。（3）了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的和基本原則和編程方法技巧。（4）了解PLC在編程中節(jié)省I/O點(diǎn)數(shù)的方法。（5）了解PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施。任務(wù)描述（1）通過(guò)兩種液體混合裝置的控制應(yīng)用事例的學(xué)習(xí)，能夠3分發(fā)任務(wù)書布置工作任務(wù)：1、小組成員共同查閱資料，學(xué)習(xí)討論P(yáng)LC系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題2、小組共同制定控制系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)框架3、每名成員安裝控制系統(tǒng)硬接線及程序編制與工程下載4、每名成員獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程5、根據(jù)每人完成的情況小組互評(píng)6、任務(wù)評(píng)估填寫項(xiàng)目考核記錄單分發(fā)任務(wù)書4知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接5

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是整個(gè)電氣控制的設(shè)計(jì)核心。一、PLC在兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)的應(yīng)用1.裝置結(jié)構(gòu)和控制要求

1)裝置結(jié)構(gòu)圖9-1所示為兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)。SLl、SL2、SL3為三個(gè)液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒(méi)時(shí)觸點(diǎn)接通，兩種液體的注入和混合液體流出閥門分別由電磁閥YVl、YV2、YV3控制，M為攪拌電動(dòng)機(jī)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是整個(gè)電氣控6

2)控制要求(1)初始控制裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開30s，將容器放空后關(guān)閉。

(2)啟動(dòng)控制按下啟動(dòng)按鈕SBl。開始按下述要求動(dòng)作：液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門，流入液體B。圖9—1兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)

2)控制要求圖9—1兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)7當(dāng)液面到達(dá)SLl時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，啟動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)，攪拌2min后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，sL3斷開，再經(jīng)過(guò)30s后，容器放空，混合液體閥門關(guān)閉，開始下一周期操作。

(3)按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合操作處理完畢后才停止操作，即停在初始狀態(tài)上。當(dāng)液面到達(dá)SLl時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，啟動(dòng)攪拌電82.輸入／輸出點(diǎn)分配兩種液體混合裝置的PLC硬件接線圖如圖9—2圖9—1兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)所示輸入／輸出點(diǎn)分配如下：X0—SBl啟動(dòng)按鈕；Y0一液體A電磁閥YV1；X1一SB2停止按鈕；Y1一液體B電磁閥YV2；X2一液面?zhèn)鞲衅鱏Ll；Y2一混合液電磁閥YV3；X3一液面?zhèn)鞲衅鱏L2；Y3一攪拌電動(dòng)機(jī)接觸器KM；X4一液面?zhèn)鞲衅鱏L3圖9—2兩種液體混合裝置的PLC硬件接線圖2.輸入／輸出點(diǎn)分配圖9—2兩種液體混合裝置的PLC硬件接線93.梯形圖設(shè)計(jì)及過(guò)程分析根據(jù)要求，設(shè)計(jì)其梯形圖如圖9—3所示。圖9—3兩種液體混合裝置的梯形圖3.梯形圖設(shè)計(jì)及過(guò)程分析圖9—3兩種液體混合裝置的梯形圖10指令表如下。0LDX01PLSM1003LDX14PLSM1016LDX27PLSM1029LDX310PLSM10312LDIX413ANIM114OUTM015LDIX416OUTM117LDM10018SETM20019LDM10120RSTM20021LDM20022ANDT123ORM10024SETY025LDM10326RSTY027SETY128LDM10229RSTY130SETY331LDT032RSTY333LDY334OUTT037LDIY338OUTM339LDIY340ANDM341ANIM542OUTM443LDIY344ANDM345OUTM546LDM447SETY248LDT149RSTY250LDM051SETM252LDT153RSTM254LDM255OUTT158END指令表如下。0LDX01PLSM1003LDX14PLSM111工作過(guò)程分析如下。按下啟動(dòng)按鈕SBl，X0常開觸點(diǎn)閉合，M100產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖，梯形圖第九行的M100常開觸點(diǎn)閉合，使Y0保持接通，液體A電磁閥YVl打開，液體A注入容器。當(dāng)液面上升到SL3時(shí)，盡管X4常開觸點(diǎn)閉合，但輸出并無(wú)動(dòng)作。當(dāng)液面上升到SL2時(shí)，X3的常開觸點(diǎn)接通，M103產(chǎn)生脈沖，梯形圖第十行的M103常開觸點(diǎn)接通一個(gè)掃描周期，使Y0復(fù)位，YVl電磁閥失電關(guān)閉，液A停止注入；同時(shí)使Y1接通保持，電磁閥YV2得電打開，液體B注入容器。當(dāng)液面上升到SL1時(shí)，X2常開觸點(diǎn)接通，M102產(chǎn)生脈沖，梯形圖第十一行的M102常開觸點(diǎn)接通，使Y1失電復(fù)位，電磁閥YV2關(guān)閉，液體B停止注入；同時(shí)Y3線圈得電，攪拌電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)工作，開始攪勻。梯形圖第十三行的定時(shí)器T0啟動(dòng)工作，經(jīng)過(guò)120s后，第十二行T0的常開觸點(diǎn)閉合，Y3線圈失電復(fù)位，電動(dòng)機(jī)停止攪動(dòng)。Y3的常閉觸點(diǎn)接通，M4線圈“0N”一個(gè)掃描周期，M4的常開觸點(diǎn)使Y2線圈得電保持，電磁閥YV3打開，開始放混合液。當(dāng)液面降到SL3以下時(shí)，X4常閉觸點(diǎn)接通，MO產(chǎn)生脈沖，使得M2線圈接通，啟動(dòng)定時(shí)器T1。30s后混合液流完，T1的常開觸點(diǎn)接通，Y2線圈失電復(fù)位，電磁閥YV3關(guān)閉。同時(shí)第九行的T1接點(diǎn)閉合，Y0線圈得電，電磁閥YVl打開，液體A注入，開始下一循環(huán)。按下停止按鈕SB2，X1常開觸點(diǎn)接通，M101產(chǎn)生停止脈沖，使M200復(fù)位，第九行的M200常開觸點(diǎn)斷開，當(dāng)前的混合操作處理完畢后，Y0不能再次接通，即停止操作。工作過(guò)程分析如下。122．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：(1)選擇用戶輸入設(shè)備(按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)、輸出設(shè)備(繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象(電動(dòng)機(jī)、電磁閥等)。(2)PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I／O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

(3)分配I／O點(diǎn)，繪制I／O連接圖。

(4)設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表(即程序清單)和控制系統(tǒng)流程圖。2．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容13（5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)(柜)。（6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說(shuō)明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表等。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電器安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖可以統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電氣原理圖中應(yīng)增加PLC的I／O連接圖。（5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)(柜)。143．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟：圖9-4是可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。具體設(shè)計(jì)步驟如下。（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作(動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等)、操作方式(手動(dòng)、自動(dòng)，連續(xù)、單周期、單步等)。（2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。（4）分配PLC的I／O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I／O連接圖（5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)（柜）的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。在設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)時(shí)，必須在控制線路（接線程序）設(shè)計(jì)完成后，才能進(jìn)行控制臺(tái)（柜）的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。3．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟：154．程序設(shè)計(jì)的步驟

PLC程序設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容.其步驟如下:（1）列寫系統(tǒng)占用的輸入、輸出點(diǎn)及機(jī)內(nèi)各軟元件的分布及用途。（2）根據(jù)控制要求列寫控制操作的各種要求。對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。（3）設(shè)計(jì)梯形圖。要設(shè)計(jì)好梯形圖，除了十分熟悉控制要求外，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。（4）根據(jù)梯形圖編制程序清單（5）用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。（6）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。（7）待控制臺(tái)(柜)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。（8）編制技術(shù)文件。4．程序設(shè)計(jì)的步驟16三、PLC的選型原則和方法合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。PLC的選擇應(yīng)包括:機(jī)型的選擇、容量的選擇I／O模塊的選擇、電源模塊的選擇等幾個(gè)方面。1．機(jī)型的選擇機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方面以及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：1)結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC，其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC。2)功能、規(guī)模相對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無(wú)須考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。三、PLC的選型原則和方法17對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。對(duì)于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。3)機(jī)型統(tǒng)一一個(gè)大型企業(yè)、應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC，其模塊可以互換，便于備用品、備件的采購(gòu)和管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設(shè)備通用，資源可共享，配以上位計(jì)算機(jī)后，可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。情境九PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件184)是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需要用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器共用一個(gè)CPU，在編程器上有一個(gè)“編程/運(yùn)行”選擇開關(guān)或按鍵，選擇編程狀態(tài)時(shí)，CPU將失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，只為編程器服務(wù)，就是所謂的“離線”編程。程序編好后，如選擇運(yùn)行狀態(tài)，CPU則去執(zhí)行程序而失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。這時(shí)，CPU對(duì)編程指令將不作出響應(yīng)。在線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器各有一個(gè)CPU，編程器的CPU可以隨時(shí)處理由鍵盤輸入的各種編程指令。主機(jī)的CPU則是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，并在一個(gè)掃描周期的末尾和編程器通信，編程器把編好或改好的程序發(fā)送給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按照新送入的程序控制現(xiàn)場(chǎng)，這就是所謂“在線”編程。是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來(lái)選擇。對(duì)于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)選用離線編程的PLC；反之，可考慮選用在線編程。4)是否在線編程194)是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需要用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器共用一個(gè)CPU，在編程器上有一個(gè)“編程/運(yùn)行”選擇開關(guān)或按鍵，選擇編程狀態(tài)時(shí)，CPU將失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，只為編程器服務(wù)，就是所謂的“離線”編程。程序編好后，如選擇運(yùn)行狀態(tài)，CPU則去執(zhí)行程序而失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。這時(shí)，CPU對(duì)編程指令將不作出響應(yīng)。由于此類PLC的編程器和主機(jī)公用一個(gè)CPU，因此節(jié)省了大量的硬件和軟件，編程器的價(jià)格也比較便宜。中、小型PLC多采用離線編程。4)是否在線編程20在線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器各有一個(gè)CPU，編程器的CPU可以隨時(shí)處理由鍵盤輸入的各種編程指令。主機(jī)的CPU則是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，并在一個(gè)掃描周期的末尾和編程器通信，編程器把編好或改好的程序發(fā)送給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按照新送入的程序控制現(xiàn)場(chǎng)，這就是所謂“在線”編程。此類PLC，由于增加了硬件和軟件，所以價(jià)格高，但應(yīng)用領(lǐng)域較寬。大型PLC多采用在線編程。是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來(lái)選擇。對(duì)于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)選用離線編程的PLC；反之，可考慮選用在線編程。在線編程的PLC的特點(diǎn)是主機(jī)和編程器各有一個(gè)CPU，編程器的212．容量的選擇PLC的容量包括用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量(字?jǐn)?shù))和I／O點(diǎn)數(shù)兩方面的含義。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔恳宰鱾溆?。通常，一條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲(chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般可按實(shí)際需要的25％考慮余量。I／O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。但是，目前PLC的I／O點(diǎn)的價(jià)格還較高，平均每點(diǎn)為100～120元人民幣。如果備用的I／O點(diǎn)的數(shù)量太多，就會(huì)使成本增加，因此，通常I／O點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的10％～15％考慮余量。2．容量的選擇223．指令系統(tǒng)的選擇由于可編程控制器應(yīng)用的廣泛性，各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也就不完全相同。從工程應(yīng)用角度看，有些場(chǎng)合僅需要邏輯運(yùn)算，有些場(chǎng)合需要復(fù)雜的算術(shù)計(jì)算，而且一些特殊場(chǎng)合還需要專用指令功能。從可編程控制器本身來(lái)看，各個(gè)廠家的指令差異較大，但從整體上來(lái)說(shuō)，指令系統(tǒng)都是面向工程技術(shù)人員的語(yǔ)言，其差異主要表現(xiàn)在指令的表達(dá)方式和指令的完整性上。有些廠家在控制指令方面開發(fā)得較全，有些廠家在數(shù)字運(yùn)算指令方面開發(fā)得較全，而大多數(shù)廠家在邏輯指令方面都開發(fā)得較完善。在選擇機(jī)型時(shí)，從指令系統(tǒng)方面注意下述內(nèi)容：

(1)指令系統(tǒng)的總語(yǔ)句數(shù)。這一點(diǎn)反映了整個(gè)指令所包括的全部功能。3．指令系統(tǒng)的選擇23(2)指令系統(tǒng)的種類。主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制指令，具體的需求則與實(shí)際要完成的控制功能有關(guān)。(3)指令系統(tǒng)的表達(dá)方式。指令系統(tǒng)表達(dá)方式有多種，有的包括梯形圖、控制系統(tǒng)流程圖、語(yǔ)句表、順控圖、高級(jí)語(yǔ)言等多種表達(dá)方式；有的只包括其中一種或兩種表達(dá)方式。(4)應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)。程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)和子程序式的程序結(jié)構(gòu)，前一種有利于應(yīng)用軟件編寫和調(diào)試，但處理速度慢；后一種響應(yīng)速度快，但不利于編寫和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。(5)軟件開發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時(shí)，還要考慮到軟件的開發(fā)手段。有的廠家在此基礎(chǔ)上還開發(fā)了專用軟件，可利用通用的微型機(jī)(例如IBMPC)作為開發(fā)手段，這樣就更加方便了用戶的需要。(2)指令系統(tǒng)的種類。主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制指令244．I／O模塊的選擇I／O部分的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上。不同的I／O模塊，由于其電路和性能不同，直接影響著PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。1)輸入模塊的選擇輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，并將輸入的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)。輸入模塊的種類，按電壓分類有直流5V、12V、24V、48V、60V，交流115V、220V。按電路形式不同分為匯點(diǎn)輸入式和分隔輸入式兩種。選擇輸入模塊應(yīng)注意：(1)電壓的選擇。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來(lái)考慮。一般5V、12V、24V屬低電壓，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如5V模塊最遠(yuǎn)不得超過(guò)10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備應(yīng)選用較高電壓的模塊。4．I／O模塊的選擇25(2)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。高密度的輸入模塊(32點(diǎn)、64點(diǎn))同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度，一般來(lái)講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超過(guò)輸入點(diǎn)數(shù)的60％。(3)門檻電平。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。表8-l列出了24VDC和和220VAC兩種電壓三個(gè)廠家的輸入模塊的參數(shù)，以資比較。生產(chǎn)廠家電壓模塊型號(hào)接通電平關(guān)門電平門檻電平MODICON984系列24VDCD827-032（32點(diǎn)）≧18V≦6V12V220VACD809-016（16點(diǎn)）≧160V≦90V70VSIEMENSS5系列24VDC420-7LA11（32點(diǎn)）≧13V≦5V8V220VAC436-7LA11（16點(diǎn)）≧170V≦70V100VMITSUBISHIA系列24VDCAX41（32點(diǎn)）≧9V≦6V3V220VACAX20（16點(diǎn)）≧160V≦70V90V表9-1輸入模塊的參數(shù)比較(2)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。高密度的輸入模塊(32點(diǎn)、64點(diǎn))同時(shí)262)輸出模塊的選擇輸出模塊的作用是將PLC的輸出信號(hào)傳遞給外部負(fù)載，并將PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)。輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出、晶體管輸出及雙向可控硅輸出三種。此外，輸出電壓和輸出電流也各有不同。選擇輸出模塊應(yīng)注意：(1)輸出方式的選擇。繼電器輸出的價(jià)格便宜，適用電壓范圍較寬，導(dǎo)通壓降小。但它是原有觸點(diǎn)元件，其動(dòng)作速度較慢、壽命較短，因此適用于不頻繁通斷的負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)其最大通斷頻率不得超過(guò)1Hz。對(duì)于頻繁通斷的低功率因數(shù)的電感負(fù)載，應(yīng)采用無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件，即選用晶體管輸出(直流輸出)或雙向可控硅輸出(交流輸出)。2)輸出模塊的選擇27(2)輸出電流。輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值。模塊輸出電流的規(guī)格很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流的大小選擇模塊的輸出電流。(3)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值。例如一個(gè)220V／2A的8點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)點(diǎn)當(dāng)然可以通過(guò)2A的電流，但輸出公共端允許通過(guò)的電流不可能是2A×8=16A，通常要比這個(gè)值小得多。因此在選擇輸堪模塊時(shí)還應(yīng)考慮同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。一般來(lái)講．同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超過(guò)輸出點(diǎn)數(shù)的60％。(2)輸出電流。輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值。285．電源模塊的選擇電源模塊的選擇很簡(jiǎn)單，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、I／O模塊、專用模塊等消耗電流的總和，并留有一定的余量。在選擇電源模塊時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1)電源模塊的輸入電壓電源模塊可以包括各種各樣的輸入電壓，有220V交流、110V交流和24V直流等。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況選擇，確定了輸入電壓后，也就確定了系統(tǒng)供電電源的輸出電壓。2)電源模塊的輸出功率在選擇電源模塊時(shí)，其額定輸出功率必須大于CPU模塊、所有I／O模塊、各種智能模塊等總的消耗功率之和，并且要留有30％左右的余量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機(jī)單元又要為擴(kuò)展單元供電時(shí)，從主機(jī)單元到最遠(yuǎn)一個(gè)擴(kuò)展單元的線路壓降必須小于0.25V。5．電源模塊的選擇293)擴(kuò)展單元中的電源模塊在有的系統(tǒng)中，由于擴(kuò)展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊，就要求在擴(kuò)展單元中安裝相應(yīng)的電源模塊。這時(shí)相應(yīng)的電源模塊輸出功率可按各自的供電范圍計(jì)算。4)電源模塊接線選定了電源模塊后，還要確定電源模塊的接線端子和連接方式，以便正確進(jìn)行系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)。5)系統(tǒng)的接地電源模塊的接地線選擇不小于10mm2的銅導(dǎo)線，并與交流穩(wěn)壓器、UPS不間斷電源、隔離變壓器等及系統(tǒng)的接地之連線盡可能短；系統(tǒng)的地線也要和機(jī)殼相連。6．使用環(huán)境條件在選擇PLC時(shí)，要考慮使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般要考慮的有：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源允許波動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。3)擴(kuò)展單元中的電源模塊30四、PLC應(yīng)用程序的基本設(shè)計(jì)方法1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是利用各種典型的控制環(huán)節(jié)和基本單元電路，依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合，直接設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，來(lái)滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝過(guò)程的控制要求。用這種方法對(duì)比較簡(jiǎn)單的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以收到簡(jiǎn)便、快速的效果。但是，由于主要依賴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因而要求設(shè)計(jì)者要具有較豐富的經(jīng)驗(yàn)，要能熟悉、掌握大量的控制系統(tǒng)的實(shí)例和各種典型環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的結(jié)果不是惟一的，也不很規(guī)范，而且往往需經(jīng)多次反復(fù)修改和完善才能符合設(shè)計(jì)要求。用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序可以大致按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：分析控制要求、選擇控制原則；設(shè)置主令元件和檢測(cè)元件；確定輸入、輸出信號(hào)；設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序；檢查、修改和完善程序。四、PLC應(yīng)用程序的基本設(shè)計(jì)方法1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法31在設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序時(shí)，一般又可分為以下幾個(gè)步驟：(1)按所給的要求，將生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)分成各自獨(dú)立的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，分別設(shè)計(jì)這些簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的基本控制程序。(2)按各運(yùn)動(dòng)之間應(yīng)有的制約關(guān)系來(lái)設(shè)置聯(lián)鎖措施，選擇聯(lián)鎖觸點(diǎn)，設(shè)計(jì)聯(lián)鎖程序。這一條是電控系統(tǒng)能否成功，能否可靠、正確運(yùn)行的關(guān)鍵，必須仔細(xì)進(jìn)行。(3)按照維持運(yùn)動(dòng)(或狀態(tài))的進(jìn)行和轉(zhuǎn)換的需要，選擇控制原則，設(shè)置主令元件、檢測(cè)元件以及繼電器等。(4)設(shè)置必要的保護(hù)措施。在設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的控制程序時(shí)，一般又可分為以下幾個(gè)步驟：322.應(yīng)用程序的邏輯設(shè)計(jì)方法邏輯設(shè)計(jì)方法的基本含義是以邏輯組合的方法和形式設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)方法既有嚴(yán)密可循的規(guī)律性、明確可行的設(shè)計(jì)步驟，又具有簡(jiǎn)便、直觀和十分規(guī)范的特點(diǎn)。它可以使電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從捉摸不定的、主要依賴于經(jīng)驗(yàn)和嘗試的復(fù)雜過(guò)程中解脫出來(lái)，提高設(shè)計(jì)效率而又易于學(xué)習(xí)和掌握。1.邏輯代數(shù)與電氣控制線路1)電氣控制線路的本質(zhì)是邏輯線路考察任何一個(gè)電控線路都會(huì)發(fā)現(xiàn)，回路的接通或斷開，都是通過(guò)繼電器等電氣元件的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。故控制電路的種種功能必定取決于這些觸點(diǎn)的開、合兩種狀態(tài)，而由它們組成的電路也是非通即斷的雙態(tài)系統(tǒng)。因此電控線路從本質(zhì)上說(shuō)是一種邏輯線路，它符合邏輯運(yùn)算的各種基本規(guī)律。由于PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)正是建立在邏輯代數(shù)的基礎(chǔ)上的，它的硬件無(wú)非是“與”、“或”、“非”三種邏輯電路的組合。2.應(yīng)用程序的邏輯設(shè)計(jì)方法33特別是PLC程序的結(jié)構(gòu)和形式，無(wú)論是語(yǔ)句表程序還是梯形圖程序，都直接或間接地采用邏輯組合的形式，它們的工作方式及其規(guī)律也完全符合邏輯運(yùn)算的基本規(guī)律。因此，用變量及其函數(shù)只有“0”、“1”兩種取值的邏輯代數(shù)作為研究電氣控制線路和PLC應(yīng)用程序的工具就是很自然的了。2)基本邏輯運(yùn)算和邏輯函數(shù)的線路結(jié)構(gòu)邏輯代數(shù)的三種基本運(yùn)算“與”、“或”、“非”都有著非常明確的物理意義，因此，當(dāng)一個(gè)邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運(yùn)算式表現(xiàn)出來(lái)以后，實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯函數(shù)的線路也就是確定的和十分方便的了。特別是，用邏輯函數(shù)式表達(dá)的線路結(jié)構(gòu)與PLC的指令語(yǔ)句程序完全一致，可以直接轉(zhuǎn)化，甚至不用梯形圖程序來(lái)進(jìn)行過(guò)渡。特別是PLC程序的結(jié)構(gòu)和形式，無(wú)論是語(yǔ)句表程序還是梯形圖程序342.用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的步驟1)明確控制任務(wù)和控制要求。通過(guò)分析機(jī)械裝置、工藝過(guò)程和控制要求，取得工作循環(huán)圖和檢測(cè)元件分布圖以及執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表。2)繪制電控系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。3)進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)。4)編制PLC程序。5)程序的完善和補(bǔ)充。2.用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的步驟353.利用狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)應(yīng)用程序1.狀態(tài)流程圖狀態(tài)流程圖，又叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是完整地描述控制系統(tǒng)的工作過(guò)程、功能和特性的一種圖形，是分析和設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)控制程序的重要工具。所謂“狀態(tài)”都是具有特定功能的狀態(tài)的流程或轉(zhuǎn)換，實(shí)際上也就是電控系統(tǒng)的功能的流程或轉(zhuǎn)換。機(jī)械的自動(dòng)工作循環(huán)過(guò)程就是電控系統(tǒng)的狀態(tài)自動(dòng)地、有順序地逐步轉(zhuǎn)換的過(guò)程。狀態(tài)流程圖也叫功能流程圖，由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作、命令組成。2.利用狀態(tài)流程圖進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)1)按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)或工藝過(guò)程的工作內(nèi)容、步驟、順序和控制要求畫出狀態(tài)流程圖。3.利用狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)應(yīng)用程序362)在狀態(tài)流程圖上以PLC輸入點(diǎn)或其他元件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。當(dāng)某轉(zhuǎn)換條件的實(shí)際內(nèi)容不止一個(gè)時(shí)，每個(gè)具體內(nèi)容定義一個(gè)PLC元件編號(hào)，并以邏輯組合形式表現(xiàn)為有效轉(zhuǎn)換條件。3)按照機(jī)械或工藝提供的電氣執(zhí)行元件功能表，在狀態(tài)流程圖上對(duì)每個(gè)狀態(tài)和動(dòng)作命令配畫上實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)或動(dòng)作命令的控制功能的電氣執(zhí)行元件，并以對(duì)應(yīng)的PLC輸出點(diǎn)的編號(hào)定義這些電氣執(zhí)行元件。2)在狀態(tài)流程圖上以PLC輸入點(diǎn)或其他元件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。374.利用移位寄存器設(shè)計(jì)應(yīng)用程序

利用移位寄存器進(jìn)行步進(jìn)順序控制程序的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便，同時(shí)設(shè)計(jì)的通用性也更強(qiáng)。這種設(shè)計(jì)方法主要是利用移位寄存器來(lái)充當(dāng)電控系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制器，設(shè)計(jì)成單數(shù)據(jù)順序循環(huán)移位，實(shí)現(xiàn)單步步進(jìn)式的順序控制。通過(guò)分析電控系統(tǒng)的輸入信號(hào)狀態(tài)，可以得到系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令信號(hào)組，這是設(shè)計(jì)步進(jìn)順序控制程序的關(guān)鍵。同樣，使用移位寄存器進(jìn)行設(shè)計(jì)也是利用這一結(jié)果。5.用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)應(yīng)用程序

很多PLC生產(chǎn)廠家都專門設(shè)計(jì)了用于編制步進(jìn)順序控制程序的指令。這些指令實(shí)際上是把使用普通指令或移位寄存器指令編制步進(jìn)順序控制程序的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制過(guò)程規(guī)范化，預(yù)先存放在PLC的系統(tǒng)程序區(qū)里，在使用時(shí)僅以指令的形式出現(xiàn)。這樣就使得步進(jìn)順序控制程序的設(shè)計(jì)編制大為簡(jiǎn)化，程序也更加規(guī)范、簡(jiǎn)潔、可靠。用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)PLC程序，通常是利用狀態(tài)流程圖，而且設(shè)計(jì)的程序與狀態(tài)流程圖有嚴(yán)格而明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，首先要按工藝及控制要求畫出系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖，用狀態(tài)寄存器對(duì)各狀態(tài)命名，標(biāo)出與各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行元件的PLc輸出編號(hào)和各轉(zhuǎn)換條件的PLC輸入編號(hào)。然后，就可以利用步進(jìn)指令編程。4.利用移位寄存器設(shè)計(jì)應(yīng)用程序38五、節(jié)省PLCI/O點(diǎn)數(shù)的方法為了提高PLC系統(tǒng)的可靠性，并減少PLC控制系統(tǒng)的造價(jià)，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)或?qū)显O(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，往往會(huì)遇到輸入點(diǎn)數(shù)不夠或輸出點(diǎn)數(shù)不夠而需要擴(kuò)展的問(wèn)題，當(dāng)然可以通過(guò)增加I／O擴(kuò)展單元或I／O模板來(lái)解決，但PLC的每一I／O點(diǎn)的平均價(jià)格達(dá)數(shù)十元，如果不是需要增加很多的點(diǎn)，我們可以對(duì)輸入信號(hào)或輸出信號(hào)進(jìn)行一定的處理，節(jié)省一些PLC的I／O點(diǎn)數(shù)，使問(wèn)題得到解決。下面介紹幾種常用的減少PLC輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的方法。1.節(jié)省PLC輸入點(diǎn)數(shù)的方法1．分時(shí)分組輸入自動(dòng)程序和手動(dòng)程序不會(huì)同時(shí)執(zhí)行，自動(dòng)和手動(dòng)這兩種工作方式分別使用的輸入量可以分成兩組輸入(見(jiàn)圖9.2所示)。?1.0用來(lái)輸入自動(dòng)／手動(dòng)命令信號(hào)，供自動(dòng)程序和手動(dòng)程序切換之用。五、節(jié)省PLCI/O點(diǎn)數(shù)的方法39圖9-5分時(shí)分組輸入圖9.5中的二極管用來(lái)切斷寄生電路。假設(shè)圖中沒(méi)有二極管，系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，S1、S2、S3閉合，S4斷開，這時(shí)電流從L+端子流出，經(jīng)S3、S1、S2形成的寄生回路流人?0.1端子，使輸入位10.1錯(cuò)誤地變?yōu)镺N。各開關(guān)串聯(lián)了二極管后，切斷了寄生回路，避免了錯(cuò)誤輸人的產(chǎn)生。圖9-5分時(shí)分組輸入圖9.5中的二極管用來(lái)切斷寄生電路402．輸入觸點(diǎn)的合并如果某些外部輸入信號(hào)總是以某種“與或非”組合的整體形式出現(xiàn)在梯形圖中，可以將它們對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)在可編程序控制器外部串、并聯(lián)后作為一個(gè)整體輸入可編程序控制器，只占可編程序控制器的一個(gè)輸入點(diǎn)。例如，某負(fù)載可在多處啟動(dòng)和停止，可以將三個(gè)啟動(dòng)信號(hào)并聯(lián)，將三個(gè)停止信號(hào)串聯(lián)，分別送給可編程序控制器的兩個(gè)輸入點(diǎn)(見(jiàn)圖9.5所示)。與每一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)占用一個(gè)輸入點(diǎn)的方法相比，不僅節(jié)約了輸入點(diǎn)，還簡(jiǎn)化了梯形圖電路。2．輸入觸點(diǎn)的合并41圖9-5輸入觸點(diǎn)的合并圖9-5輸入觸點(diǎn)的合并423．將信號(hào)設(shè)置在可編程序控制器之外系統(tǒng)的某些輸入信號(hào)，如手動(dòng)操作按鈕、保護(hù)動(dòng)作后需手動(dòng)復(fù)位的電動(dòng)機(jī)熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)提供的信號(hào)，可以設(shè)置在可編程序控制器外部的硬件電路中(見(jiàn)圖9.6)。某些手動(dòng)按鈕需要串接一些安全聯(lián)鎖觸點(diǎn)，如果外部硬件聯(lián)鎖電路過(guò)于復(fù)雜，則應(yīng)考慮仍將有關(guān)信號(hào)送入可編程序控制器，用梯形圖實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。3．將信號(hào)設(shè)置在可編程序控制器之外43圖9-6將信號(hào)設(shè)置在PLC之外以上是一些常見(jiàn)的減少PLC輸入點(diǎn)數(shù)的方法。PLC的軟件功能很強(qiáng)，如果應(yīng)用PLC的功能指令，還可以設(shè)計(jì)出多種減少輸入點(diǎn)數(shù)的方法，這里就不再介紹了。圖9-6將信號(hào)設(shè)置在PLC之外以上是一些常見(jiàn)的減少PL442.節(jié)省PLC輸出點(diǎn)數(shù)的方法1．在PLC的輸出功率允許的條件下，通／斷狀態(tài)完全相同的多個(gè)負(fù)載并聯(lián)后，可以共用一個(gè)輸出點(diǎn)，通過(guò)外部的或PLC控制的轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，一個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)或多個(gè)不同時(shí)工作的負(fù)載。與外部元件的觸點(diǎn)配合，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)控制兩個(gè)或多個(gè)有不同要求的負(fù)載。用一個(gè)輸出點(diǎn)控制指示燈常亮或閃爍，可以顯示兩種不同的信息。在需要用指示燈顯示PLC驅(qū)動(dòng)的負(fù)載(如接觸器線圈)狀態(tài)時(shí)，可以將指示燈與負(fù)載并聯(lián)，并聯(lián)時(shí)指示燈與負(fù)載的額定電壓應(yīng)相同，總電流不應(yīng)超過(guò)允許的值。可選用電流小、工作可靠的LED(發(fā)光二極管)指示燈?？梢杂媒佑|器的輔助觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC外部的硬件聯(lián)鎖。系統(tǒng)中某些相對(duì)獨(dú)立或比較簡(jiǎn)單的部分，可以不進(jìn)PLC，直接用繼電器電路來(lái)控制，這樣同時(shí)減少了所需的PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。2.節(jié)省PLC輸出點(diǎn)數(shù)的方法452．減少數(shù)字顯示所需輸出點(diǎn)數(shù)的方法。如果直接用數(shù)字量輸出點(diǎn)來(lái)控制多位LED七段顯示器，所需的輸出點(diǎn)是很多的。在圖9.7所示電路中，用具有鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)功能的芯片CD4513驅(qū)動(dòng)共陰極LED七段顯示器，兩只CD4513的數(shù)據(jù)輸入端A～D共用可編程序控制器的4個(gè)輸出端，其中A為最低位，D為最高位。LE是鎖存使能輸入端，在LE信號(hào)的上升沿將數(shù)據(jù)輸入端輸入的BCD數(shù)鎖存在片內(nèi)的寄存器中，并將該數(shù)譯碼后顯示出來(lái)。如果輸入的不是十進(jìn)制數(shù)，顯示器熄滅。LE為高電平時(shí)，顯示的數(shù)不受數(shù)據(jù)輸入信號(hào)的影響。顯然，N個(gè)顯示器占用的輸出點(diǎn)數(shù)戶：4+N。2．減少數(shù)字顯示所需輸出點(diǎn)數(shù)的方法。如果直接用數(shù)字量輸出點(diǎn)來(lái)46圖9-7PLC數(shù)字顯示電路如果使用繼電器輸出模塊，應(yīng)在與CD4513相連的可編程序控制器各輸出端與“地”之間分別接一個(gè)幾千歐的電阻，以避免在輸出繼電器的觸點(diǎn)斷開時(shí)CD4513的輸入端懸空。輸出繼電器的狀態(tài)變化時(shí)，其觸點(diǎn)可能抖動(dòng)，因此應(yīng)先送數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，待該信號(hào)穩(wěn)定后，再用LE信號(hào)的上升沿將數(shù)據(jù)鎖存進(jìn)CD4513。如果需要顯示和輸入的數(shù)據(jù)較多，可以考慮使用TD200文本顯示器或其他操作員面板。圖9-7PLC數(shù)字顯示電路如果使用繼電器輸出模塊，應(yīng)47六、PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。六、PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在481.系統(tǒng)工作環(huán)境1.溫度PLC要求環(huán)境溫度在0℃～55℃。安裝時(shí)不能把發(fā)囊PLC四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗。2.濕度為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度一般應(yīng)小于85％(無(wú)凝露)。3.振動(dòng)應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的振動(dòng)源?？梢杂脺p振橡膠來(lái)減輕柜內(nèi)或柜外產(chǎn)生的振動(dòng)的影響。

1.系統(tǒng)工作環(huán)境494.空氣為了隔離空氣中較濃的粉塵、腐蝕性氣體和鹽霧，在溫度允許時(shí)可以將PLC封閉，或者將PLC安裝在密閉性較好的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。

5.電源電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑之一。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求很高的場(chǎng)合，可以加接帶屏蔽層的隔離變壓器，還可以串接LC濾波電路。動(dòng)力部分、控制部分、PLC、I／O電源應(yīng)分別配線。隔離變壓器與PLC和與I／O電源之間應(yīng)采用雙絞線連接。系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的線路壓降。外部輸入電路用的外接直流電源最好是穩(wěn)壓電源，因?yàn)閮H將交流電壓整流濾波的電源含有較強(qiáng)的紋波，可能使PLC接收錯(cuò)誤的信息。4.空氣502.輸人輸出配線當(dāng)控制觸電斷開時(shí)，電路中感性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生高于電源電壓數(shù)倍或數(shù)十倍的反電動(dòng)勢(shì)，觸電吸合時(shí)，會(huì)因觸電抖動(dòng)而產(chǎn)生電弧，從而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。當(dāng)輸入端或輸出端接有感性元件時(shí)，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管(對(duì)于直流電路)或阻容電路(對(duì)于交流電路)，以抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧對(duì)PLC的影響，如圖9-8所示。電阻可以取51Ω～120Ω，電容可以取0．1μF～0.47μF電容的額定電壓應(yīng)大于電源峰值電壓，續(xù)流二極管可以選1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。如果輸入信號(hào)由晶體管提供，其截止電阻應(yīng)大于10kΩ，導(dǎo)通電阻應(yīng)小于800Ω。2.輸人輸出配線51圖9-8PLC輸入／輸出電路的處理圖9-9PLC輸入電路的旁路圖9-8PLC輸入／輸出電路的處理圖9-9PLC輸入電52當(dāng)接近開關(guān)、光電開關(guān)這一類兩線式傳感器的漏電流較大時(shí)，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的輸入信號(hào)?？梢栽谳斎攵瞬⒙?lián)旁路電阻，以減小輸入電阻，如圖9-9所示。旁路電阻的阻值R由下式確定：R(UN/IN)I/[R+(UN/IN)]≤UL式中：I為傳感器漏電流，UN、IN分別是PLC的額定輸入電壓和額定電流，UL是PLC輸入電壓低電平上限值。當(dāng)接近開關(guān)、光電開關(guān)這一類兩線式傳感器的漏電流較大時(shí)，可能533.系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

在實(shí)際控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾、使系統(tǒng)可靠工作的主要方法。在設(shè)計(jì)中如能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來(lái)使用，可以解決大部分干擾問(wèn)題。1．正確的接地方法接地設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本目的：消除各路電流流經(jīng)公共地線阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓，避免磁場(chǎng)與電位差的影響，使其不形成地環(huán)路。如果接地方式不好就會(huì)形成環(huán)路，造成噪聲耦合。正確接地是重要而復(fù)雜的問(wèn)題。理想的情況是一個(gè)系統(tǒng)的所有接地點(diǎn)與大地之間阻抗為零，但這是難以做到的。在實(shí)際接地中總存著連接阻抗和分散電容，所以如果地線不佳或接地點(diǎn)不當(dāng)，都會(huì)影響接地質(zhì)量。為保證接地質(zhì)量，在一般接地過(guò)程中要求：接地電阻一般應(yīng)小于4Ω；要保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度；要具有耐腐蝕及防腐處理；在整個(gè)工廠中，可編程控制器組成的控制系統(tǒng)要單獨(dú)設(shè)計(jì)接地。3.系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)542．不同接地的處理除了正確進(jìn)行接地設(shè)計(jì)、安裝，還要正確處理各種不同的接地方式。在可編程控制器組成的控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線。數(shù)字地：這種地也叫邏輯地，是各種開關(guān)量(數(shù)字量)信號(hào)的零電位。模擬地：這種地是各種模擬量信號(hào)的零電位。信號(hào)地：這種地通常是指?jìng)鞲衅鞯牡?。交流地：交流供電電源的地線，這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地。直流地：直流供電電源的地。屏蔽地(也叫機(jī)殼地)：為防止靜電感應(yīng)而設(shè)的地。2．不同接地的處理55以上這些地線如何處理是可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試中的一個(gè)重要問(wèn)題。下面就討論這些問(wèn)題，并提出不同的處理方法。

1)一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地一般情況下，高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是大問(wèn)題，然而接地形成的環(huán)路對(duì)電路的干擾影響很大，因此通常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn)。但一點(diǎn)接地不適用于高頻，因?yàn)楦哳l時(shí)，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，調(diào)試各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來(lái)說(shuō)，頻率在1MHz以下，可用一點(diǎn)接地；高于10MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地；在1MHz～10MHz之間可用一點(diǎn)接地，也可多點(diǎn)接地。根據(jù)這一原則，可編程控制器組成的控制系統(tǒng)一般都采用一點(diǎn)接地。以上這些地線如何處理是可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試中的56

2)交流地與信號(hào)地不能共用由于在一般電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏甚至幾伏電壓，對(duì)低電平信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾，因此必須加以隔截和防止。

3)浮地與接地的比較全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來(lái)。這種方法簡(jiǎn)單，但整個(gè)系統(tǒng)與大地的絕緣電阻不能小于500MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會(huì)帶來(lái)干擾。還有一種方法，就是機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。由此可見(jiàn)，可編程控制器系統(tǒng)還是以接大地為好。2)交流地與信號(hào)地不能共用57

4)模擬地的處理模擬地的接法十分重要，為了提高抗共模干擾能力，對(duì)于模擬信號(hào)可采用屏蔽浮地技術(shù)。對(duì)于具體的可編程控制器模擬量信號(hào)的處理要嚴(yán)格按照操作手冊(cè)上的要求設(shè)計(jì)。

5)屏蔽地的處理在控制系統(tǒng)中，為了減少信號(hào)中的電容耦合噪聲以便準(zhǔn)確檢測(cè)和控制，對(duì)信號(hào)采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問(wèn)題，一般接大地。因?yàn)殡妶?chǎng)屏蔽主要為避免雷達(dá)、電臺(tái)這種高頻電磁場(chǎng)輻射干擾，利用低阻高導(dǎo)流材料而制成，可接大地。磁氣屏蔽是為了防止磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等的磁感應(yīng)、磁耦合，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。4)模擬地的處理58有一個(gè)以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號(hào)源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時(shí)，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端；相反，當(dāng)接地的信號(hào)源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時(shí)，放大器的輸入端也應(yīng)接到信號(hào)源的公共端。良好的接地是PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件，PLC應(yīng)與其他設(shè)備分別使用自己的接地裝置，如圖9-10(a)所示；也可以采用公共接地方式，如圖9-10(b)所示。但是禁止使用圖9-10(c)所示的串聯(lián)接地方式，因?yàn)檫@種接地方式會(huì)產(chǎn)生各設(shè)備之間的電位差，接地線的截面積應(yīng)大于2mm2。，接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近PLC。有一個(gè)以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個(gè)電路有一59(a)(b)(c)圖9-10PLC的接地系統(tǒng)實(shí)踐表明，系統(tǒng)中PLC之外的部分(特別是機(jī)械限位開關(guān))的故障率往往比PLC本身的故障率還高。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。(a)(604.電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾1．干擾源及干擾一般分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因，噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同來(lái)劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓疊加所形成。4.電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾61共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高，有的可高達(dá)130V以上。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I／O模件損壞率較高的主要原因)，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(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器622．PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源

1)來(lái)自空間的輻射干擾空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾。其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場(chǎng)內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過(guò)兩條路徑：一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。2．PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源63

2)來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾主要通過(guò)電源和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。來(lái)自電源的干擾：實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等．都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。2)來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾64來(lái)自信號(hào)線引入的干擾：與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外．總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串人的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I／O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I／O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。來(lái)自信號(hào)線引入的干擾：與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線65來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾：接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。

PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差．引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾：接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(E66此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其他接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流，就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低。邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作673)來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)踐或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)。3)來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾685.PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計(jì)階段開始便采取三個(gè)方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。

PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個(gè)系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計(jì)生產(chǎn)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的產(chǎn)品，且使用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)予以全面考慮，并結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運(yùn)行可靠性。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要考慮以下兩個(gè)方面。5.PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)69

1．設(shè)備選型在選擇設(shè)備時(shí)，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、桶離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠家給出的抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場(chǎng)強(qiáng)度和多高頻率的磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應(yīng)用實(shí)績(jī)。在選擇國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品要注意：我國(guó)是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國(guó)電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對(duì)系統(tǒng)抗干擾性能要求更高．在國(guó)外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運(yùn)行，這就要在采用國(guó)外產(chǎn)品時(shí)，按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)合理選擇。1．設(shè)備選型702．綜合抗干擾設(shè)計(jì)主要考慮來(lái)自系統(tǒng)外部的幾種抑制措施。主要內(nèi)容包括：對(duì)PLC系統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對(duì)外引線進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動(dòng)力電纜，分層布置，以防通過(guò)外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。2．綜合抗干擾設(shè)計(jì)716.主要抗干擾措施抗干擾的措施主要有抑制干擾源、切斷或衰減干擾耦合途徑、正確選擇接地點(diǎn)和軟件抗干擾措施。1．抑制干擾源措施對(duì)PLC來(lái)說(shuō)，電磁干擾源主要有供電電源干擾、斷開感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾、晶閘管整流裝置等產(chǎn)生的高頻干擾以及靜電放電干擾等。

1)抗供電電源干擾的措施

(1)加濾波器主要是在電源輸入端與地之間并聯(lián)電容器，或在電源線中串接電感器，組成電源濾波器或電感濾波器。其中，電容濾波器比較常見(jiàn)，為了獲得比較好的效果，可采用LC混合濾波。6.主要抗干擾措施72

(2)加隔離變壓器隔離變壓器具有較好的隔離作用?？捎脕?lái)減少分布電容，切斷噪聲。

(3)加浪涌吸收裝置如圖9-11所示，在使用浪涌吸收器時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，浪涌吸收器的耐壓值應(yīng)該在PLC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)。圖9-11加浪涌吸收裝置(2)加隔離變壓器隔離變壓器具有較好的隔離作用?？捎脕?lái)減少732)抗斷開感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾的措施

(1)對(duì)于繼電器輸出型PLC，當(dāng)負(fù)載為電感型負(fù)載(如繼電器、電磁閥等)時(shí)，若負(fù)載電源為直流，則可通過(guò)在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，RC串聯(lián)支路、二極管加RC環(huán)節(jié)、電阻或二極管加穩(wěn)壓管的方法抑制噪聲；若負(fù)載電源為交流，則可在負(fù)載兩端并聯(lián)RC串聯(lián)支路、壓敏電阻、可變電阻、兩個(gè)對(duì)接的穩(wěn)壓管等。(2)對(duì)于晶體管輸出型PLC，當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，可通過(guò)在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管、或二極管加穩(wěn)壓管的方法抑制負(fù)載斷開時(shí)的脈沖干擾。2)抗斷開感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾的措施74(3)對(duì)于雙向晶閘管輸出型PLC，當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，可在負(fù)載兩端并聯(lián)RC濾波支路、兩個(gè)對(duì)接的穩(wěn)壓管等。3)抗整流器干擾的措施，晶閘管換相時(shí)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)寬而深的缺口、對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生干擾；整流電流中含有豐富的高次諧波，也會(huì)使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。這些都會(huì)對(duì)PLC的工作造成干擾，主要抑制措施如下。

(1)在交流電源線間并入固定的LC串聯(lián)諧振補(bǔ)償裝置，濾去高次諧波，LC參數(shù)的配置應(yīng)滿足5次、7次等諧振條件。這種方法的缺點(diǎn)是在整流裝置不運(yùn)行時(shí)，容性負(fù)載會(huì)引起電網(wǎng)電壓的升高，應(yīng)予以注意。(3)對(duì)于雙向晶閘管輸出型PLC，當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，可在負(fù)75

(2)設(shè)置線路電抗器，抑制晶閘管換相缺口對(duì)電網(wǎng)電壓波形的影響，線路電抗器的電感量根據(jù)負(fù)載電流大小確定。

4)抗靜電放電干擾的措施靜電放電噪聲是一種脈沖干擾，盡管其能量小，但寬度窄，其瞬間的能量密度極有可能造成PLC的誤動(dòng)作。其主要干擾方式為在信號(hào)線上直接放電，或?qū)Φ鼐€放電。主要抑制措施有：提高電子設(shè)備表面的絕緣能力，盡量縮短信號(hào)線，采用高導(dǎo)磁材料覆蓋信號(hào)回路等。(2)設(shè)置線路電抗器，抑制晶閘管換相缺口對(duì)電網(wǎng)電壓波形的影76

2．切斷或衰減干擾耦合途徑的措施切斷或衰減干擾耦合途徑是PLC控制系統(tǒng)非常重要的抗干擾措施，主要有以下幾種措施。1)抑制公共阻抗耦合的措施導(dǎo)線的阻抗通常就是耦合阻抗，其大小與導(dǎo)線的鋪設(shè)有很大關(guān)系時(shí)，必須預(yù)先考慮抗干擾措施。

(1)盡量縮短公共阻抗部分的導(dǎo)線長(zhǎng)度，減小來(lái)回線間的距離及采用直線布線方式等，用以減小導(dǎo)線的電感。2．切斷或衰減干擾耦合途徑的措施77

(2)采取增大導(dǎo)線截面、減小接觸電阻等措施減小導(dǎo)線的電阻。

(3)機(jī)柜接地與系統(tǒng)接地分開設(shè)置。

(4)采用繼電器、光電耦合器、變比器等電隔離器件實(shí)現(xiàn)電位隔離。

2)抑制電容性耦合的措施為了抑制和避免電容性干擾，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，盡可能設(shè)計(jì)成低電阻及高信噪比系統(tǒng)，且其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊，彼此在空間上相互隔離。

(1)為減小耦合電容，在配線時(shí)，應(yīng)使導(dǎo)線盡量短些，并盡量避免平行走線，信號(hào)線必須與電源線分開敷設(shè)；弱電線與強(qiáng)電線分別安排在不同配線槽內(nèi)等。

(2)將耦合電容彼此電氣平衡地連接，可以抵消耦合的干擾作用。(2)采取增大導(dǎo)線截面、減小接觸電阻等措施減小導(dǎo)線的電阻。78

3)抑制電感性干擾的措施

(1)減小系統(tǒng)各部分之間的互感。主要措施有：減小系統(tǒng)各單元耦合部分(主要是電線電纜)的間距、導(dǎo)線盡量短、避免平行走線、采用雙絞線以縮小電流回路所圍成的面積等。

(2)對(duì)干擾對(duì)象或干擾源設(shè)置磁屏蔽，以抑制干擾電場(chǎng)。主要有靜態(tài)磁屏蔽和渦流屏蔽等措施。靜態(tài)磁屏蔽主要用于低頻段，屏蔽對(duì)象用一個(gè)盡可能密閉的鐵磁性外殼罩起；渦流屏蔽用在高頻段，它是利用非磁性或弱磁性物質(zhì)中的渦流效應(yīng)對(duì)交變磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。3)抑制電感性干擾的措施79

3．正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于lMHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝囂的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。3．正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)80如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線(或絕緣電纜)連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22mm2。的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2。的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω，接地極最好埋在距建筑物10m～15m遠(yuǎn)處，而且PLC系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距l(xiāng)0m以上。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線81

4．軟件抗干擾措施所謂軟件抗干擾措施，就是通過(guò)程序設(shè)計(jì)手段來(lái)排除電磁干擾可能造成的PLC誤動(dòng)作。這里僅舉兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子加以說(shuō)明。

1)觸點(diǎn)抖動(dòng)的消除對(duì)于外部輸入設(shè)備可能產(chǎn)生的觸點(diǎn)抖動(dòng)，如按鈕、繼電器、傳感器等的輸入信號(hào)，可通過(guò)延時(shí)加以消除，對(duì)一些可持續(xù)一定時(shí)間的脈沖干擾，也可以采取這種辦法加以消除。在選擇時(shí)間設(shè)定位時(shí)，應(yīng)使其大于觸點(diǎn)抖動(dòng)間隔時(shí)間或干擾脈沖持續(xù)時(shí)間。對(duì)于CPMlA來(lái)說(shuō)，若用高速定時(shí)器TIMH，則最小選定時(shí)間為0.01s，如果干擾持續(xù)時(shí)間較短,則為縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，可考慮利用程序掃描時(shí)間或某一段指令的執(zhí)行時(shí)間來(lái)代替定時(shí)器的作用。4．軟件抗干擾措施82

2)互鎖診斷繼電器、接觸器等的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，不論其動(dòng)作與否，總是呈互鎖狀態(tài)，即一對(duì)閉合，一對(duì)斷開。若同時(shí)閉合或同時(shí)斷開則為故障狀態(tài)，必須加以妥善處理。在進(jìn)行故障診斷時(shí)，對(duì)可以預(yù)測(cè)的干擾信號(hào)?？偪梢哉业浇鉀Q的辦法。但有些干擾信號(hào)造成的故障則很難事先預(yù)知，這就要求在軟件及硬件設(shè)計(jì)時(shí)，全面考慮系統(tǒng)的抗干擾措施，同時(shí)還要考慮到，在軟件控制的PLC系統(tǒng)中，由于軟件和硬件的相互作用，有些故障很難判斷出到底是由硬件引起的還是由軟件引起的，也就是說(shuō)，軟件和硬件故障必須結(jié)合起來(lái)考慮。2)互鎖診斷83有些硬件故障可以通過(guò)軟件發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)采取修復(fù)及補(bǔ)救措施。有時(shí)又用硬件來(lái)監(jiān)視軟件工作的正確性。把PLC的軟、硬件結(jié)合起來(lái)處理電磁干擾問(wèn)題，是PLC系統(tǒng)的優(yōu)越性之一。PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析，采取對(duì)癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。有些硬件故障可以通過(guò)軟件發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)采取修復(fù)及補(bǔ)救措施。有時(shí)又84下面開始工作任務(wù)的實(shí)施下面開始工作任務(wù)的實(shí)施85本模塊技能訓(xùn)練內(nèi)容為兩種液體混合裝置的PLC控制實(shí)例。一、實(shí)訓(xùn)目的（1）熟悉PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的思路（2）了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的和基本原則和編程方法技巧。（3）熟練使用各條基本指令，通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握PLC的編程和程序調(diào)試。二、液體混合裝置PLC控制實(shí)例見(jiàn)第二部分的所舉實(shí)例。本模塊技能訓(xùn)練內(nèi)容為兩種液體混合裝置的PLC控制實(shí)例。86邊學(xué)邊儀（1）簡(jiǎn)述PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則。（2）如何進(jìn)行PLC機(jī)型選擇。（3）如果PLC的輸入端或輸出端接有感性元件，應(yīng)采取什么措施來(lái)保證PLC的正常進(jìn)行？（4）簡(jiǎn)述PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟。（5）PLC的可靠性設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？（6）簡(jiǎn)述PLC控制系統(tǒng)中的接地線及作用。（7）某控制系統(tǒng)有8個(gè)限位開關(guān)（SQ1～SQ8）供自控程序使用，有6個(gè)按鈕（SB1～SB6）供手動(dòng)程序使用，有4個(gè)限位開關(guān)（SQ9～SQ12）供自動(dòng)和手動(dòng)兩個(gè)程序公用，有5個(gè)接觸器線圈（KM1～KM5）。能否使用CPU224型的PLC？如果能請(qǐng)畫出相應(yīng)硬件接線圖。邊學(xué)邊儀87任務(wù)檢查、考核任務(wù)檢查、考核88總評(píng)根據(jù)同學(xué)們對(duì)本組實(shí)施過(guò)程的自評(píng)和小組間的互評(píng)，指導(dǎo)老師對(duì)各小組完成情況進(jìn)行匯總評(píng)價(jià)。最后材料整理、提升總評(píng)89情景九

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

情景九

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)90任務(wù)介紹本模塊簡(jiǎn)要介紹了三菱FX2N系列PLC產(chǎn)品在控制系統(tǒng)中的總體設(shè)計(jì)、減少PLC輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的方法、提高PLC控制系統(tǒng)可靠性措施。

任務(wù)介紹本模塊簡(jiǎn)要介紹了三菱FX2N系列PLC產(chǎn)品在控制系統(tǒng)91任務(wù)描述（1）通過(guò)兩種液體混合裝置的控制應(yīng)用事例的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用所學(xué)基本指令以及功能指令，進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（2）建立PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的思路。（3）了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的和基本原則和編程方法技巧。（4）了解PLC在編程中節(jié)省I/O點(diǎn)數(shù)的方法。（5）了解PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施。任務(wù)描述（1）通過(guò)兩種液體混合裝置的控制應(yīng)用事例的學(xué)習(xí)，能夠92分發(fā)任務(wù)書布置工作任務(wù)：1、小組成員共同查閱資料，學(xué)習(xí)討論P(yáng)LC系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題2、小組共同制定控制系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)框架3、每名成員安裝控制系統(tǒng)硬接線及程序編制與工程下載4、每名成員獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程5、根據(jù)每人完成的情況小組互評(píng)6、任務(wù)評(píng)估填寫項(xiàng)目考核記錄單分發(fā)任務(wù)書93知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接94

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是整個(gè)電氣控制的設(shè)計(jì)核心。一、PLC在兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)的應(yīng)用1.裝置結(jié)構(gòu)和控制要求

1)裝置結(jié)構(gòu)圖9-1所示為兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)。SLl、SL2、SL3為三個(gè)液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒(méi)時(shí)觸點(diǎn)接通，兩種液體的注入和混合液體流出閥門分別由電磁閥YVl、YV2、YV3控制，M為攪拌電動(dòng)機(jī)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是PLC應(yīng)用最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是整個(gè)電氣控95

2)控制要求(1)初始控制裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開30s，將容器放空后關(guān)閉。

(2)啟動(dòng)控制按下啟動(dòng)按鈕SBl。開始按下述要求動(dòng)作：液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門，流入液體B。圖9—1兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)

2)控制要求圖9—1兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)96當(dāng)液面到達(dá)SLl時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，啟動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)，攪拌2min后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，sL3斷開，再經(jīng)過(guò)30s后，容器放空，混合液體閥門關(guān)閉，開始下一周期操作。

(3)按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合操作處理完畢后才停止操作，即停在初始狀態(tài)上。當(dāng)液面到達(dá)SLl時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，啟動(dòng)攪拌電972.輸入／輸出點(diǎn)分配兩種液體混合裝置的PLC硬件接線圖如圖9—2圖9—1兩種液體混合裝置的結(jié)構(gòu)所示輸入／輸出點(diǎn)分配如下：X0—SBl啟動(dòng)按鈕；Y0一液體A電磁閥YV1；X1一SB2停止按鈕；Y1一液體B電磁閥YV2；X2一液面?zhèn)鞲衅鱏Ll；Y2一混合液電磁閥YV3；X3一液面?zhèn)鞲衅鱏L2；Y3一攪拌電動(dòng)機(jī)接觸器KM；X4一液面?zhèn)鞲衅鱏L3圖9—2兩種液體混合裝置的PLC硬件接線圖2.輸入／輸出點(diǎn)分配圖9—2兩種液體混合裝置的PLC硬件接線983.梯形圖設(shè)計(jì)及過(guò)程分析根據(jù)要求，設(shè)計(jì)其梯形圖如圖9—3所示。圖9—3兩種液體混合裝置的梯形圖3.梯形圖設(shè)計(jì)及過(guò)程分析圖9—3兩種液體混合裝置的梯形圖99指令表如下。0LDX01PLSM1003LDX14PLSM1016LDX27PLSM1029LDX310PLSM10312LDIX413ANIM114OUTM015LDIX416OUTM117LDM10018SETM20019LDM10120RSTM20021LDM20022ANDT123ORM10024SETY025LDM10326RSTY027SETY128LDM10229RSTY130SETY331LDT032RSTY333LDY334OUTT037LDIY338OUTM339LDIY340ANDM341ANIM542OUTM443LDIY344ANDM345OUTM546LDM447SETY248LDT149RSTY250LDM051SETM252LDT153RSTM254LDM255OUTT158END指令表如下。0LDX01PLSM1003LDX14PLSM1100工作過(guò)程分析如下。按下啟動(dòng)按鈕SBl，X0常開觸點(diǎn)閉合，M100產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖，梯形圖第九行的M100常開觸點(diǎn)閉合，使Y0保持接通，液體A電磁閥YVl打開，液體A注入容器。當(dāng)液面上升到SL3時(shí)，盡管X4常開觸點(diǎn)閉合，但輸出并無(wú)動(dòng)作。當(dāng)液面上升到SL2時(shí)，X3的常開觸點(diǎn)接通，M103產(chǎn)生脈沖，梯形圖第十行的M103常開觸點(diǎn)接通一個(gè)掃描周期，使Y0復(fù)位，YVl電磁閥失電關(guān)閉，液A停止注入；同時(shí)使Y1接通保持，電磁閥YV2得電打開，液體B注入容器。當(dāng)液面上升到SL1時(shí)，X2常開觸點(diǎn)接通