PLC在工业自动化中的应用及发展.pdf

目录标题、摘要、关键词 2第一章 可编程序控制器概述（PLC）31.1 PLC的定义 31.2 PLC的产生 31.3 PLC的结构及分类 31.4 PLC的工作原理 41.5PLC 编程 7第二章PLC的现状 92.1 PLC的来源 92.2 典型的PLC产品 102.3 PLC在我国的应用 102.4 PLC发展的重点 11第三章PLC技术的应用 133.1 PLC工业自动化应用 133.2 PLC应用中需要注意的问题工作环境和抗干扰 14第四章PLC实际应用举例 174.1接触器联锁正反转控制使用PLC控制 174.2复合联锁正反转能耗制动使用PLC控制 184.3断电延时型星角降压启动能耗制动控制使用PLC控制 20第五章PLC的发展趋势和前景 225.1 PLC在工业领域应用的发展趋势 225.2 PLC的前景 22参考文献 271摘要在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机 的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC 技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛 的应用。一直以来,可编程序控制器简称PLC在工业自动化控制方面发挥着巨大作用，为各种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应川。PLC主要能够为自动化 控制应用提供安个可靠和比较完善的解决方案，适合当前自动化工业企业的需要。随 着计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域有了翻天覆地的变化，而PLC不断地 采用新技术以及增强系统的开放性，在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。PLC 将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动 化的核心设备，其具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等 诸多优点。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的 连续控制和过程控制，成为自动化领域的三大技术支柱。特别是在机器人、CAD/CAM 方面有着广泛的应用，主要应川的技术领域有：顺序控制、过程控制、位置控制、生 产过程的监控和管理、结合网络技术等。把PC中的技术，如视窗操作系统和网络等 向PLC领域融合、渗透和集成的技术称为PLC的商业技术。近年来PC在自动化中的 应川领域也在扩大（如川计算机的CNC和DCS等），把PC技术作为一种补充技术用于 PLC中，集成起来，目的是嵌入应用，是软控制器，能实现实时延伸，它只用廉价的 芯片组就可进行浮点运算。关键词：1.可编程序控制器（PLC）；2.控制；3.自动化；4.发展；5.应 用；2第一章可编程序控制器概述1.1定义可编程序控制器又称PLC国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三 稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算 操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存 储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与 工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。1.2 PLC的产生在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺 序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制及大量离散量的数据 采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年 美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字 公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的 手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控 制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期，年增长率一直 保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人 机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在 某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。1.3 PLC的组成及分类3从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包 括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不 可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。分类：1、小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑,整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及 其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运 算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2、中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O 的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处 理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联 接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量 更大，扫描速度更快。3、大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLCo大型PLC的软、硬件 功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网 的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还 可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。1.4 PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控 制装置，但这两者的运行方式是不相同的：（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器 的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继 4电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。(2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一 个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或 常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控 制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的 时间一般均小于100ms,因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的 运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继 电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用 户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(1)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用 户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发 生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果 输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保 证在任何情况下，该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程 序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各 触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的 控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在 系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中5对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据 不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区 内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执 行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反,排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫 描周期才能对排在其上面的程序起作用。(3)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输 出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对姗4的刷新；程序2要用四次扫 描周期，才能完成对涮4的刷新。这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结 果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器 控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占 用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫 描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有 时间的总和。它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等 术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入 端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控 6制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两 个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系 统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周 期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系 统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的 I/O响应时间。1.5 PLC的编程PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控 程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成 机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM 中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC 的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。标准语言梯形图语言是最常用的一种语言，它有以下特点：梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开 关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中 间结果供CPU内部使用。PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中 的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条 件使用。1、认识梯形图和继电器控制原理图符号的区别：7系统名称 常开触点继电器控制电路图-EFPLC 梯形图继电器控制原理图中的元件符号，有常开触点、常闭触点和线圈，为 了区别它们，在有关符号边上标注如KM、KA、KT等以示不同的器件，但 其触头的数量是受到限制。而PLC梯形图中，也有常开、常闭触点，在 其边上同样可标注X、Y、M、S、T、C以示不同的软器件。它最大的优点 是：同一标记的触点在不同的梯级中，可以反复的出现。而继电器则无 法达到这一目的。而线圈的使用是相同的，即不同的线圈只能出现一次。2、编程元件的分类：编程元件分为八大类，X为输入继电器、Y为输出继电器、M为辅助 继电器、S为状态继电器、T为定时器、C为计数器、D为数据寄存器和 指针（P、I、N）。关于各类元件的功用，各种版本的PLC书籍均有介绍，故在此不介绍，但一定要清楚各类元件的功能。3、编程元件的指令由二部分组成：如LD（功能含意）X000（元件地址）,即LD X000,LDI Y000.4、熟识PLC基本指令：LD（取）、LDI（取反）、OUT（输出）指令;LD（取）、LDI（取反）以电工的 说法前者是常开、后者为常闭。这二条指令最常用于每条电路的第一个 触点（即左母线第一个触点），当然它也可能在电路块与其它并联中的第 一个触点中出现。8第二章PLC的现状2.1 PLC的来源1、在制造工业(以改变几何形状和机械性能为特征)和过程工业(以物 理变化和化学变化将原料转化成产品为特征)中，大量的开关量顺序控 制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作 的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电 气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控 制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技 术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程 序控制器，英文名字叫 Programmable Controller(PC)o2、随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概 念和内涵也不断扩展。3、上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC,为了方便,也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制 器定名为可编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller(PLC),并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC。4、上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长 率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能 力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领 域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.5、近年，工业计算机技术(IPC)和现场总线技术(FCS)发展迅速，挤 占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化 控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。6、目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用 在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。92.2典型的PLC产品1、国外施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum 等；罗克韦尔（A-B 公司）,SLC、MicroLogix Control Logix 等;西门子公司，SIMATIC S7-400/300/200 系列；GE公司，日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。2、国内PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。2.3 PLC在我国的应用虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃 的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类 有些区别）：微型：32 I/O小型：256 I/O中型：1024 I/O大型:4096 I/O巨型:8192 I/O在我国应用的PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的 47%,64点256点的占31%,合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC,几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态 势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC 居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC 居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价10位方面占优势。我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到 最终用户的。2.4 PLC发展的重点1、人机界面更加友好PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提 高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降 低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC+网络+IPC+CRT的模式被广泛应用。2、网络通讯能力大大加强PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础 上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数 据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太 网技术也同步发展。如罗克韦尔AB公司主推的三层网络结构体系，即 EtherNet ControlNet DeviceNet,西门子公司在 Profibus-DP 及 Profibus-FMS 网络等。3、开放性和互操作性大大发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群 雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来 不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程,可以从以下方面反映：1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。11标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相 应的新产品。2)IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3,它规定了指 令表(IL)、梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文 本(ST)五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置 在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容,但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不 同品牌的产品。3)OPC 基金会推出了 OPC(OLE for Process Control)标准，这进一步 增强了软硬件的互操作性，通过OPC 一致性测试的产品，可以实现方便 的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执 行机构及其它设备具有了 OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来 控制系统向FCS技术发展的趋势。4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力 均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方 面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相 当多的应用取代了昂贵的DCS,从而使原来PLC(顺序控制)+DCS(过程控 制)的模式变成PLC+IPC模式。5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们 致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于1)硬件上如合适应工业 恶劣环境；2)通讯机制如何提高其可靠。以太网能否顺利进入工控领域,还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品12第三章PLC技术的应用3.1 PLC工业自动化应用自动化系统中所使用的各种类型PLC,有的是集中安装在控制室，有 的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路 和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而 设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件 措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可 靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成 电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技 术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时 间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更 长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继 电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。止匕外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时 可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故 障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保 护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用 情况大致可归纳为如下几类：开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传 统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组 合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；模拟量控制：在工业生产 过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等 13都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套 的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制；运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直 接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用 的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制 模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于 各种机械、机床、机器人、电梯等场合;过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种 各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用 得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具 有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用；数据处理：现代PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转 换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处 理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程 控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统；通信及联 网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算 机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接 口，通信非常方便。3.2 PLC应用中需要注意的问题工作环境和抗干扰温度PLC要求环境温度在055,安装时不能放在发热量大的元件下面，14四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上 间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果 周围环境超过55,要安装电风扇强迫通风。湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。震动应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续 振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶 等。空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较 多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控 制柜中，并安装空气净化装置。电源PLC供电电源为50Hz、220（l10%）V的交流电，对于电源线来的干 扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干 扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。FX 系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关 或接近开关）提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用 直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC 接收到错误信息。PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模 拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应 15小于屏蔽层电阻的1/10。PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防 止外界信号的干扰。16第四章PLC实际应用举例PLC在自动化控制领域占据着非常重要的地位，下面我们用几个常用 的电路来举例，更好的了解PLC。4.1接触器联锁正反转控制使用PLC控制2.AN1 X0C2 9.AW1 X0O33.AN!X0034.AM YO01ll.OUTY001$.OUT YOOO 12.END6.LD XOOlFIX本图中靠近母线一侧中的第一梯级和第二梯级中的X000、X001均为 PLC外部按钮SB2、SB3按钮所控制的常开接点，一旦接到外部信号使相 应的X000或X001闭合，通过串接于第一或第二梯级相应线路，使输出 继电器Y000或Y001线圈中的一个闭合，由于输出继电器线圈的闭合，使并接于第一和第二梯级中的常开接点Y000或Y001中的一个闭合形成 了自保关系。接于输出继电器外围相应接触器则带动电动机运行。停止 则由外部的SB1按钮控制，使串接于第一和第二梯级中的常闭接点X002 断开，不管是正转还是反转均能断电，从而使电动机停止运行。热保护 17则由外部的FR驱动，使串接于第一和第二梯级中的常闭接点X003断开 使电动机停转。而串接于第一和第二梯级中的常闭接点Y001和Y000的 作用，是保证在正转时反转回路被切断，同理反转时正转回路被切断使 它们只能处于一种状态下运行，其实质是相互联锁的作用。这里特别要 强调的是：由于PLC运行速度极快，在正反转控制状态下若没有必要的 外围联锁，将会造成短路。如果只靠PLC内部的联锁是不行的。这一点 一定要记住。而且在星角降压启动等必要的电路中均应考虑这一问题。4.2复合联锁正反转能耗制动使用PLC控制END!世斤二 0、LDX000 1、OR Y00C 2.ANI X002 3、ANI X001 4、ANI Y001 5、ANI Y002 6.OUT Y000 7.LD X001 8、OR Y001 9、ANI X002 10、ANI X000 11 ANI Y000 12、ANI Y002 13.OUT Y001 14、LDX002 15.OR Y002 16、ANI TO 17、OUT Y002 18、OUT TO K 40 19.END本图为正反转能耗制动控制改为用PLC控制，其工作原理是：当按接 18于外部的正转按钮SB1驱动第一梯级X000常开接点闭合（而第二梯级中 的X000常闭接点则同时断开，切断可能运行中的反转功能，起了互锁作 用），通过串接于其后的X002、X001、YOOK Y002各接点的常闭，接通 了 Y000输出继电器线圈使其闭合，由于Y000线圈的闭合，导至第一梯 级的并接于母线侧的Y000常开接点闭合，形成了 Y000的自保（同时串接 于第二梯级的，丫000常闭接点断开，保证了在正转的情况下不允许反转,起了互锁的作用）。由于Y000的闭合，接通了正转接触器，带动电动机 工作。第二梯级的工作则与第一梯级相似：即按外部反转按钮SB2,驱动 第二梯级X001常开接点闭合（而第一梯级中的X001常闭接点则同时断 开，切断可能运行中的正转功能，起了互锁作用），通过串接于其后的 X002、X000、Y000、Y002各接点的常闭，接通了 Y001输出继电器线圈使 其闭合，由于Y001线圈的闭合，导至第二梯级的并接于母线侧的Y001 常开接点闭合形成了自保（同时串接于第一梯级的Y001常闭接点断开，保证了在反转的情况下不允许正转，起了互锁的作用）。由于Y001的闭 合，接通了反转接触器，带动电动机工作。若要停止，则按外部按钮SB3 驱动了第三梯级的X002常开接点的闭合（同时第一梯级和第二梯级的 X002常闭接点断开，切断了正转或反转的工作。）通过定时器T0的常闭 接点，接通了输出继电器线圈Y002和定时器T0线圈，由于Y002的接通,其并接于第三梯级母线一侧的常开接点Y002闭合，形成了 Y002线圈的 自保（在这同时串接于第一梯级和第二梯级的Y002的常闭接点断开，再 次可靠切断了正转或反转），从而Y002接通了外接接触器KM3,而KM3则 向电动机送入了直流电进行能耗制动。上述的定时器与丫002是同时闭合,定时器在闭合的瞬间即开始计时，本定时器计时时间为4s（计算方法：T0 的单位时间为100ms,而K值设定为40则：100X40=4000ms lS=1000ms）,4s时间一到，串接于第三梯级的常闭接点TO断开，运行则停止。本梯形 图没设置热继电器，可在第一、第二梯级的Y000和Y001的线圈前端设 19置常闭接点X003,外部则接FR的常开接点。同理这线路由于是正反转线 路，在其外部应考虑进行必要的接触器辅助接点的联锁。4.3断电延时型星角降压启动能耗制动控制使用PLC控制务：0.XOOO1.ORvoeo2.AMIxoei3.OBY0034.ANIT15.AMITO6.ARIY027.OUTY00LDTOGO9.OBT00110.ANIX00111.ANIY0312.oirrY0l1 3.ANIY08214.OUTTO K401 7.LDTOIS.ORT021 9.ANIX0!20.ANI J Q 021.OUTY00222.LDxoei23.ORroe 324.ANIT12$.OUTT00326.OUTT1K4029.ENDPLC没有断电延时型定时器，只有通电延时型定时器。本梯形图的工 作原理：当外接启动按钮SB2按下，驱动第一梯级X000的常开接点闭合,通过串接其后的XOOl、TK TO、Y002的常闭接点，接通输出继电器，由 于000线圈的闭合，促使第一梯级第一支路中的并联常开触点闭合形成 Y000线圈自保，至使Y000驱动的接触器KM3闭合将电动机绕组接成星形。20在这同时，第二梯级中的左母线一侧的常开触点Y000闭合，通过串接其 后的XOOK Y003的常闭接点接通了输出继电器Y001和另一支路经Y002 常闭接点相串的定时器线圈TOK值为40）。由于Y001线圈的闭合使与本 支路相并的母线一侧Y001闭合形成了 Y001线圈自保。由于Y001线圈的 闭合，接于Y001后的外部接触器KM1闭合，电动机处于星接启动状态。在Y001闭合的同时定时器T0也已开始计时，4s后定时器T0常闭接点，在第一梯级中切断了输出继电器Y000线圈，解除了星接。而在这同时，第三梯级中左母线一侧的T0常开接点闭合，通过串接其后的X00K Y000 的常闭接点，接通了输出继电器Y002。由于丫002的接通，并接于左母线 一侧的Y002闭合，使丫002线圈形成自保。丫002线圈后所接的接触器KM2 接通，完成了星角转换，使电动机进入了角接状态。第一梯级中与第三 梯级中所串接的Y002和Y001常闭接点实质是星与角的互锁。停止按外 接停止按钮SB1,从梯形图中可以看出由SB1驱动的第一梯级、第二梯级 和第三梯级均串接了 X001的常闭触点，其目的是让电动机在任一运行状 态，均能可靠停止。而在第四梯级X001接的是常开触点，其一旦闭合，通过串接其后的定时器常闭接点，接通了输出继电器丫003线圈和定时器 T1线圈，由于丫003线圈的闭合，其并接于第一梯级第二支路中的丫003 常开接点接通了 Y000线圈，驱动KM3闭合，使电动机的处于星接状态，以提供直流通道。在线圈Y003闭合后，驱动了外接接触器KM4在电动机 停止交流供电的情况下向电动机提供直流电进行能耗制动。定时器线圈 T1是与线圈丫003同时获电，并开始计时，计时时间一到，串接于第一梯 级与第四梯级的常闭接点断开，使电动机完成了停车与制动的过程。外 部接触器接线时，应考虑接触器间的互相联锁以防短路。另本梯形图没 设置热保护。第五章PLC的发展趋势和前景 215.1 PLC在工业领域应用的发展趋势工业自动化生产线的首要目标是保证产品质量，生产过程不可能进行 过多的人工干预，产品质量的保证只能依赖在线质量检测设备和仪器，监视产品质量参数，为控制器提供准确的测量值和检测状态。长期以来 PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设 备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因在于它能够为自动化控制应 用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化 的需要。在企业方面，国内企业经过多年的努力，工业过程控制经过继电器控 制，PLC控制、集中监控，到现在的工业现场总线控制技术和管控一体化 控制系统，为国内企业自动化、信息化打下了良好的基础。如今，工业 企业现代化改造的方向是全而实现企业的自动化向信息化方向发展，现 代工业企业自动化的特征是自动控制技术、物流技术、信息技术的综合 应用。为了满足企业提出的提质降耗、精细加工、小批多品、开发新品、管理控制结合的新需求，企业自动控制技术的发展趋势向着网络化、智 能化、数字化发展，并且向实时在线质量检测、实时数据自动采集、设 计调试手段和工具、故障自诊断技术、数据自动管理等一系列先进技术 发展。5.2 PLC的前景前景一：PLC将会成为过程控制领域内的日用品仅仅从PLC系统价格正在逐渐降低的理由进行推理，尤其在低端应用 方面，PLC将会成为这一领域的日用品。由于PLC系统最小模件单元的价 格也只不过100美元，甚至更低，即使这些模件出现故障，工业用户从 心理上已经感觉不到是否还值得重新修理。许多工业用户直接采取了抛 弃出现故障的模件，进而换上一块新模件的处理方式，因为重新修理这 样的故障模件也许会花费同样甚至更多的费用。22相反，我们不要被低价格所愚弄。一些小型甚至超小型PLC系统已经 向工业用户提供了模拟量I/O、PID控制回路、通信接口，甚至与企业网 络系统相连接的现场总线。具有14个通道的I/O和4个PID控制回路的 PLC系统，其价格才99美元，这种产品非常适合小系统控制应用的需要。一些PLC供应商依托强大的应用市场继续发展小型PLC产品，甚至大 量的工业用户已经将其看作是低端应用市场上的日用品。PLC供应商需要 充分考虑的问题是他们不仅仅要供应硬件产品，还必须采取相应的措施 为工业用户解决工程师可用的组态工具、故障诊断技术、网络通信能力 以及除基本自动化硬件以外的附加软件包的适用性能。Rockwell公司最近为其CompactLogix系列产品增加了一种新的 CompactLogix5330控制器。该控制器能够与1769系列Compact I/O模件，不超过256个本地I/O测点，另外还为用户提供了 256kb存储内存。CompactLogix 使用了 相同的能同时被 ControlLogix、FlexLogix、SoftLogix 和 RSLogix5000 共享的 Logix 控制引擎。A公司为其DL05型微型PLC也提供了个别新版 本产品。DO-05DD-D包含了具备8通道DC输入和8通道DC输出的DL05CPU 模件,采用了 12/24VDC电源供电、具备6kb的存储器,可利用RLL/RLLPlus 进行程序设计，还提供了一个RS-232程序和通信接口它具有两种可组 态并独立于CW/CCW的脉冲顺序输出或者步序，直接脉冲输出频率可以达 到7kHz。此外，DO-05DR-D还提供了 6通道继电器输出。Siemens公司为其SIMATICS7-200系列产品推出了采用一种新类型 CPU的微型PLC系统。新类型CPU为S7-226,该CPU为能够进一步连接 到工业LAN系统或者诸如调制解调器、打印机、条形码阅读器等外围设 备，相应增加了点到点接口（PPI）或者自由接口（连续ASCH）。来自于GEFanuc自动化公司的一种新产品是VersaMaxCPUE05CPU模 件。该模件的特点主要包括与Ethernet等的连接能力、更快的指令执行 23时间