可編輯控制器

可編程式控制制器簡稱PC(ProgrammableController)1987年國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它採用可以編製程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易於與工業控制系統形成一個整體，易於擴展其功能的原則而設計。”

在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，並按照邏輯關係進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據採集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研製出了基於集成電路和電子技術的控制裝置，首次採用程序化的手段應用於電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個人計算機（簡稱PC）發展起來后，為了方便，也為了反映可編程式控制制器的功能特點，可編程序控制器定 名為ProgrammableLogicController（PLC）。

上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機介面能力和網路能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程式控制制領域，在某些應用上取代了在過程式控制制領域處於統治地位的DCS系統。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。

發展前景

21世紀，PLC會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用於可編程式控制制器的設計和制 造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網路的發展情況來看，可編程式控制制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程式控制制器技術的發展方向。計算機集散控制系統DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程式控制制器應用。伴隨著計算機網路的發展，可編程式控制制器作為自動化控制網路和國際通用網路的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。

世界上公認的第一台PLC是1969年美國數字設備公司（DEC）研製的。限於當時的元器件條件及計算機發展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程式控制制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特徵的工業控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程式控制制器採用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，並將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。

20世紀70年代中末期，可編程式控制制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程式控制制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程式控制制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程式控制制器發展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程式控制制器的國家日益增多，產量日益上升。這標誌著可編程式控制制器已步入成熟階段。

20世紀末期，可編程式控制制器的發展特點是更加適應於現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用於壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程式控制制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，可編程式控制制器在機械製造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。中國可編程式控制制器的引進、應用、研製、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程式控制制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。

1、可靠性高，抗干擾能力強

傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由於觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟體代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬體，接線可減少到繼電器控制系統的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於採用現代大規模集成電路技術，採用嚴格的生產工藝製造，內部電路採取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗餘CPU的PLC的平均無 故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬體故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟體中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。

2、硬體配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發展已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品，並且已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬體裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用於各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量湧現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。

3、易學易用

PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它介面容易，編程語言易於為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和彙編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。

4、系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造

PLC的梯形圖程序一般採用順序控制設計法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對於複雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。

5、體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小於100mm，僅相當於幾個繼電器的大小，因此可將開關櫃的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小於150g，功耗僅數瓦。由於體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。

從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。

一、CPU

CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收並存貯用戶程序和數據，用掃描的方式採集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，並存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯繫的數據、控制及狀態匯流排構成，CPU單元還包括外圍晶元、匯流排介面及有關電路。內存主要用於存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用於進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，並存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟體容量等，因此限制著控制規模。

二、I/O模塊

PLC與電氣迴路的介面，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

常用的I/O分類如下：

開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈衝等模塊。

按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。

三、電源模塊

PLC電源用於為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

四、底板或機架

大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯繫，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

五、PLC系統的其它設備

編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用於編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟體）充當編程器。

人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟體）充當人機界面非常普及。

依靠先進的工業網路技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網路在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網路就是控制器"的觀點說法。

PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232介面，還有一些內置有支持各自通信協議的介面。PLC的通信現在主要採用通過多點介面（MPI）的數據通訊、PROFIBUS或工業乙太網進行聯網。

PLC控制系統的設計基本原則

最大限度的滿足被控對象的控制要求。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用和維護方便。保證控制系統安全可靠。考慮到生產的發展和工藝的改進在選擇PLC容量時應適當留有餘量。

六、PLC軟體系統及常用編程語言

PLC軟體系統由系統程序和用戶程序兩部分組成。系統程序包括監控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用於管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統軟體由PLC廠家提供並已固化在EPROM中，不能直接存取和干預。用戶程序是用戶根據現場控制要求，用PLC的程序語言編製的應用程序（也就是邏輯控制）用來實現各種控制。STEP7是用於SIMATIC可編程邏輯控制器組態和編程的標準軟體包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬體組態和邏輯程序編製，以及邏輯程序執行結果的在線監視。

七、PLC提供的編程語言

氣動PLC實驗室、液壓PLC控制實驗台

標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點：它是一種圖形語言，沿用傳統控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關也可以是PLC內部繼電器的接點或內部寄存器、計數器等的狀態。梯形圖中的接點可以任意串、並聯，但線圈只能並聯不能串聯。

內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供CPU內部使用。

PLC是按循環掃描事件，沿梯形圖先後順序執行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條件使用。

語句表語言，類似於彙編語言。

邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。

八、STEP7程序的使用

1、創建一個項目結構，項目就象一個文件夾，所有數據都以分層的結構存在於其中，任何時候你都可以使用。在創建一個項目之後，所有其他任務都在這個項目下執行。

2、組態一個站，組態一個站就是指定你要使用的可編程式控制制器，例如S7300、S7400等。

3、組態硬體，組態硬體就是在組態表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什麼樣的地址來訪問這些模板，地址一般不用修改由程序自動生成。模板的特性也可以用參數進行賦值。

4、組態網路和通訊連接，通訊的基礎是預先組態網路，也就是要創建一個滿足你的控制方案的子網，設置網路特性、設置網路連接特性以及任何聯網的站所需要的連接。網路地址也是程序自動生成如果沒有更改經驗一定不要修改。

5、定義符號，可以在符號表中定義局部或共享符號，在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號名替代絕對地址。符號的命名一般用字母編寫不超過8個位元組，最好不要使用很長的漢字進行描述，否則對程序的執行有很大的影響。

6、創建程序，用梯形圖編程語言創建一個與模板相連結或與模板無關的程序並存儲。創建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以採用線形編程（基於一個塊內，OB1）、分佈編程（編寫功能塊FB,OB1組織調用）、結構化編程（編寫通用塊）。我們最常採用的是結構化編程和分佈編程配合使用，很少採用線形編程。

7、下載程序到可編程式控制制器，完成所有的組態、參數賦值和編程任務之後，可以下載整個用戶程序到可編程式控制制器。在下載程序時可編程式控制制器必須在允許下載的工作模式下（STOP或RUN-P）,

RUN-P模式表示，這個程序將一次下載一個塊，如果重寫一個舊的CPU程序就可能出現衝突，所以一般在下載前將CPU切換到STOP模式。

九、WINCC程序的使用

1、WINCC是在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務的工業技術中性系統。具有控制自動化過程的強大功能，是基於個人計算機的操作監視系統，它很容易結合標準的和用戶的程序建立人機界面精確的滿足生產實際要求。WINCC有兩個版本RC版（具有組態和開發環境）、RT版（只有運行環境），我們一般使用的是RC版。

2、WINCC簡單使用步驟

變數管理，首先確定通訊方式安裝驅動程序，然後定義內部變數和外部變數，外部變數是受你買的WINCC軟體授許可權制的最大授權64K位元組，內部變數沒有限制。

畫面生成，進入圖形編輯器，圖形編輯器是一種用於創建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含在對象和樣式庫中的眾多的圖形對象來創建複雜的過程畫面。可以通過動作編程將動態添加到單個圖形對象上。

報警記錄設置，報警記錄提供了顯示和操作選項來獲取和歸檔結果。可以任意地選擇消息塊、消息級別、消息類型、消息顯示以及報表。為了在運行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器中的對象庫中的報警控制項。變數記錄，變數記錄是用來從運行過程中採集數據並準備將它們顯示和歸檔。

3、報表組態，報表組態是通過報表編輯器來實現的。是為消息、操作、歸檔內容和當前或已歸檔的數據定時器或事件控制文檔的集成的報表系統，可以自由選擇用戶報表的形式。全局腳本的應用，全局腳本就是C語言函數和動作的通稱，根據不同的類型腳本被用於給對象組態動作並通過系統內部C語言編譯器來處理。全局腳本動作用於過程執行的運行中。一個觸發可以開始這些動作的執行。用戶管理器設置，用戶管理器用於分配和控制用戶的單個組態和運行系統編輯器的訪問許可權。每建立一個用戶，就設置了WINCC功能的訪問權利並獨立的分配給此用戶。至多可分配999個不同的授權。交叉表索引，交叉索引用於為對象尋找和顯示所有使用處，例如變數、畫面和函數等。使用“鏈接”功能可以改變變數名稱而不會導致組態不一致。

在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易於與工業控制系統形成一個整體，易於擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，PLC的系統硬體、軟體配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利於縮 短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和範圍確定所需的操作和動作，然後根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最後選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。一、輸入輸出（I/O）點數的估算

I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據製造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。

二、存儲器容量的估算

存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬體存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小於存儲器容量。設計階段，由於用戶應用程序還未編製，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之後才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常採用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。

三、控制功能的選擇

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

(一)運算功能

簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通PLC的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較複雜運算功能有代數運算、數據傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現，在PLC中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用於模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要解碼和編碼等運算。

(二)控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用於順序邏輯控制，因此，大多數場合常採用單迴路或多迴路控制器解決模擬量的控制，有時也採用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。例如採用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。

(三)通信功能

永宏PLC

大中型PLC系統應支持多種現場匯流排和標準通信協議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網路。 PLC系統的通信介面應包括串列和并行通信介面（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業乙太網、常用DCS介面等；大中型PLC通信匯流排（含介面設備和電纜）應1：1冗餘配置，通信匯流排應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。

PLC系統的通信網路中，上級的網路通信速率應大於1Mbps，通信負荷不大於60%。PLC系統的通信網路主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多台同型號PLC為從站，組成簡易PLC網路；2）1台PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網路；3）PLC網路通過特定網路介面連接到大型DCS中作為DCS的子網；4）專用PLC網路（各廠商的專用PLC通信網路）。

為減輕CPU通信任務，根據網路組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現場匯流排、工業乙太網）通信處理器。

(四)編程功能

離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，並在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編製的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常採用。

五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

(五)診斷功能

PLC的診斷功能包括硬體和軟體的診斷。硬體診斷通過硬體的邏輯判斷確定硬體的故障位置，軟體診斷分內診斷和外診斷。通過軟體對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟體對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，並影響平均維修時間。

(六)處理速度

PLC採用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續時間小於掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。

處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟體質量等有關。PLC接點的響應快、速度高，每條二進位指令執行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大於0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大於0.2ms/K

四、機型的選擇

(一)PLC的類型

PLC 的基本結構

PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4 位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的餘地較小，用於小型控制系統；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用於大中型控制系統。

(二)輸入輸出模塊的選擇

輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓範圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用於開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。

可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。

考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。

(三)電源的選擇

PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應採用不間斷電源或穩壓電源供電。

如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可採用簡單的二極體或熔絲管隔離。

(四)存儲器的選擇

由於計算機集成晶元技術的發展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要複雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。

(五)冗餘功能的選擇

1．控制單元的冗餘

(1)重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗餘。

(2)在需要時也可選用PLC硬體與熱備軟體構成的熱備冗餘系統、2重化或3重化冗餘容錯系統等。

2．I/O介面單元的冗餘

(1)控制迴路的多點I/O卡應冗餘配置。

(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗餘配置。3）根據需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O介面單元。

(六)經濟性的考慮

選擇PLC時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。

輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點數的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能範圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。

PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。

1、開關量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用於單台設備的控制，也可用於多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

2、模擬量控制

在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程式控制制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程式控制制器用於模擬量控制。

3、運動控制

PLC可以用於圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用於開關量I/O模塊連接位置感測器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用於各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4、過程式控制制

過程式控制制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編製各種各樣的控制演演算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程式控制制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

5、數據處理

現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的採集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們列印製表。數據處理一般用於大型控制系統，如無人控制的柔性製造系統；也可用於過程式控制制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

6、通信及聯網

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網路發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網路系統。新近生產的PLC都具有通信介面，通信非常方便。

1.PLC的安裝

PLC適用於大多數工業現場，但它對使用場合、環境溫度等還是有一定要求。控制PLC的工作環境，可以有效地提高它的工作效率和壽命。在安裝PLC時，要避開下列場所：

（1）環境溫度超過0~50℃的範圍；

（2）相對濕度超過85%或者存在露水凝聚（由溫度突變或其他因素所引起的）； （3）太陽光直接照射；

（4）有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等；

（5）有打量鐵屑及灰塵；

（6）頻繁或連續的振動，振動頻率為10~55Hz、幅度為0.5mm（峰-峰）；

（7）超過10g（重力加速度）的衝擊。

小型可編程式控制制器外殼的4個角上，均有安裝孔。有兩種安裝方法，一是用螺釘固定，不同的單元有不同的安裝尺寸；另一種是DIN（德國共和標準）軌道固定。DIN軌道配套使用的安裝夾板，左右各一對。在軌道上，先裝好左右夾板，裝上PLC，然後擰緊螺釘。為了使控制系統工作可靠，通常把可編程式控制制器安裝在有保護外殼的控制櫃中，以防止灰塵、油污、水濺。為了保證可編程式控制制器在工作狀態下其溫度保持在規定環境溫度範圍內，安裝機器應有足夠的通風空間，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔。如果周圍環境超過55C，要安裝電風扇，強迫通風。

為了避免其他外圍設備的電干擾，可編程式控制制器應儘可能遠離高壓電源線和高壓設備，可編程式控制制器與高壓設備和電源線之間應留出至少200mm的距離。

當可編程式控制制器垂直安裝時，要嚴防導線頭、鐵屑等從通風窗掉入可編程式控制制器內部，造成印刷電路板短路，使其不能正常工作甚至永久損壞。

2.電源接線

PLC供電電源為50Hz、220V±10%的交流電。

FX系列可編程式控制制器有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入感測（如光電開關或接近開關）提供直流24V電源。

如果電源發生故障，中斷時間少於10ms，PLC工作不受影響。若電源中斷超過10ms或電源下降超過允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點均同時斷開。當電源恢復時，若RUN輸入接通，則操作自動進行。

對於電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。如果電源干擾特別嚴重，可以安裝一個變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。

3.接地

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓衝擊危害。接地線與機器的接地端相接，基本單元接地。如果要用擴展單元，其接地點應與基本單元的接地點接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給可編程式控制制器接上專用地線，接地點應與動力設備（如電機）的接地點分開。若達不到這種要求，也必須做到與其他設備公共接地，禁止與其他設備串聯接地。接地點應儘可能靠近PLC。

4.直流24V接線端

使用無源觸點的輸入器件時，PLC內部24V電源通過輸入器件向輸入端提供每點7mA的電流。

PLC上的24V接線端子，還可以向外部感測器（如接近開關或光電開關）提供電流。24V端子作感測器電源時，COM端子是直流24V地端。如果採用擴展船員，則應將基本單元和擴展單元的24V端連接起來。另外，任何外部電源不能接到這個端子。

如果發生過載現象，電壓將自動跌落，該點輸入對可編程式控制制器不起作用。

每種型號的PLC的輸入點數量是有規定的。對每一個尚未使用的輸入點，它不耗電，因此在這種情況下，24V電源端子向外供電流的能力可以增加。

5.輸入接線

PLC輸出放大板(JY4010)

PLC一般接受行程開關、限位開關等輸入的開關量信號。輸入接線端子是PLC與外部感測器負載 轉換信號的埠。輸入接線，一般指外部感測器與輸入埠的接線。輸入器件可以是任何無源的觸點或集電極開路的NPN管。輸入器件接通時，輸入端接通，輸入線路閉合，同時輸入指示的發光二極體亮。

輸入端的一次電路與二次電路之間，採用光電耦合器隔離。二次電路帶RC濾波器，以防止由於輸入觸點抖動或從輸入線路串入的電雜訊引起PLC誤動作。

若在輸入觸點電路串聯二極體，在串聯二極體上的電壓應小於4V。若使用帶發光二極體的舌簧開關，串聯二極體的數目不能超過兩隻。

另外，輸入接線還應特別注意以下幾點：

（1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。

（2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。

（3）可編程式控制制器所能接受的脈衝信號的寬度，應大於掃描周期的時間。

6.輸出接線

（1）可編程式控制制器有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出3種形式。

（2）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，同一號碼的兩個輸出端接通。在不同組中，可採用不同類型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、同一電壓等級的電源。

（3）由於PLC的輸出元件被封裝在印製電路板上，並且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印製電路板，因此，應用熔絲保護輸出元件。

（4）採用繼電器輸出時，承受的電感性負載大小影響到繼電器的工作壽命，因此繼電器工作壽命要求長。

（5）PLC的輸出負載可能產生雜訊干擾，因此要採取措施加以控制。

此外，對於能使用戶造成傷害的危險負載，除了在控制程序中加以考慮之外，還應設計外部緊急停車電路，使得可編程式控制制器發生故障時，能將引起傷害的負載電源切斷。交流輸出線和直流輸出線不要用同一本電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。