西门子湛江PLC模块代理商

PLC硬件和软件的发展，从系统上讲是实现小型化、高速化，以及将信息技术渗入PLC；从硬件上讲是，采用32位RISC的MPU、专用的LSI和多CPU；从软件上讲则是，采用与IEC 61131-3相对应的日本工业标准JIS B 3503。

小型化 由于日本电子工业尤以器件、电路板等硬件见长，所以在PLC系统上实现小型化，可以说早就是起源于日本，又由他们来推动，并一直乐此不疲、贯彻至今的。小型化的好处是：节省空间、安装灵活、降低成本。

现本主要PLC厂商生产的模块式中、大型PLC，其典型的外形尺寸要比他们在前一代的同类产品的安装空间要小50-60%。例如三菱电机的小Q系列就比AnS系列的安装空间减少60%。要做到这一点，首先需要开发大规模的专用集成电路芯片（ASIC）来减少芯片的个数，并采用球栅阵列（BGA）以保证在同样封装尺寸下能提供足够多的针脚数。例如，某CPU模块原来用了约700个元器件，通过开发了12种大规模的ASIC（采用BG352的针脚封装）和调整功能，减少了显示用的LED和开关等措施，使元器件减少了一半左右。其次，为减少接插件在印刷电路板上所占的空间，要求接插件的针脚间隔足够小。再次，随着微细加工技术的发展，印刷电路板上的接线布局可实现高密度化、多层化和薄型化，大大提高了元器件的安装率。例如某CPU模块采用了1毫米厚的基板制成8层电路板。由于采取了以上这些措施，使CPU模块由3块印刷电路板变为2块，体积减少了70%，小型化得以较完美地实现。随着小型化又产生了如何解决小空间的散热设计问题：一是要根据热分析仿真来确定元器件的布置安排；二是主要元器件的电源电压采用3.3V，达到低功耗的目的；三是考虑了通过安装模块的基板，使模块所产生的热量能得到良好散热的机械结构。

高速化 所谓高速化应该包括：运算速度的高速化；与外部设备的数据交换速度高速化，如I/O刷新和网络刷新等；编程设备服务处理的高速化；外部设备的高速响应。

运算速度高速化也是日本PLC系统追求的一个重要目标。由于目前PLC的CPU模块竞相采用32位RISC芯片，运算速度大为提高。一般基本指令的执行速度均达到数十个纳秒（ns），如三菱电机的其输入指令的执行时间为34ns，富士电机MICREX-SX系列SPH300达20ns，横河电机的FA-M3系列的F3SP59-7S其输入指令的执行时间为17.5ns。仅看一种指令的执行时间并不能完整地说明问题。日本电机工业会（日本电机工业的行业协会）JEMA一直倡导用PCmix值（即PLC的处理时间性能表示指标，用1微秒执行的基本指令和数据处理指令的平均次数来表示）来衡量PLC的运算速度。所谓1微秒执行的基本指令和数据处理指令的平均次数，是按PLC应用程序所使用的指令的频繁程度的统计平均值计算的。一般是基本指令占54%(其中输入指令占17%，输出指令13%，逻辑运算指令21%，定时器输出3%)，数据处理指令占39%（其中传送指令占25%，四则函数运算指令，比较指令6%），其它指令7%。仍以三菱电机的小Q系列为例，其中的的PCmix值是10.3，比A2UHCPU-S1快5倍（为2.0），比A2SHCPU快20倍多(PCmix值为0.5)。随着PLC的功能扩展，运算指令、文字处理指令、通信指令等用的越来越多，各种指令的使用频率也会发生一定的变化，PCmix值的计算也会有所变化。这里顺便提一下，之所以要多次举三菱电机为例，是因为它的PLC的市场份额占日本的50%以上，为日本的大PLC供应厂商，因而具有相当的典型性。同时，通过软件技术提升PLC专用操作系统的水平，实现了事件中断的高速响应（200微秒）功能，高速计数功能，0.5毫秒（三菱电机的小Q系列PLC）、甚至0.2毫秒（横河电机的的FA-M3系列PLC）的恒定扫描时间功能。

与外部设备的数据交换速度高速化。PLC的CPU模块通过系统总线（一般做在基板的印刷电路上）与装插在基板上的各种I/O模块、特殊功能模块、通信模块等交换数据，装插的模块越多，CPU模块与那些模块之间的数据交换的时间就会增加。这种数据交换的时间的增加，在一定程度上会使PLC的扫描时间加长。因此，有必要采取以下措施使系统总线传输速度高速化：增加系统总线的带宽使一次传输的数据量增多，例如三菱电机的小Q系列PLC，增加了系统总线的带宽，使所传输的数据量是以前的2倍；在系统总线存取的方式上，采用连续成组传送技术实现连续数据的高速批量传送，大大缩短了存取每个字所需的时间；通过向与系统总线相连接的模块实现全局传送，即针对多个模块同时传送同一数据，有效地用活了系统总线。

编程设备服务处理的高速化。当扫描时间为数十毫秒时，几毫秒的编程工具和监控设备的服务处理时间不会带来什么问题。但是在执行1毫秒以下的控制任务时，就有必要大大缩短这个时间。所采用的方法是以多CPU芯片并行处理的方式，由专门处理编程及监控服务的微处理器芯片执行这类处理，以减轻对执行控制程序的CPU芯片的影响，让它只管执行顺控和逻辑运算。此外，为了提高服务处理的效率，缩短在现场读写程序的时间，以缩短操作时间，采用了高速的串行通信（大的波特率为115.2Kbps）以及将UCB口（大波特率达12Mbps）引入PLC的CPU模块，从而实现与编程工具及监控设备之间通信的高速化，并允许同时使用这两个通信端口，由多人同时进行编程和调试。

提高外部设备的响应速度。在PLC内部实现高速化的同时，还要提高外部设备的响应速度，才能整体提高整个系统的性能，为此，在缩短I/O模块的输入输出响应时间，提高模拟量输入输出模块的模-数和数-模转换时间，下了不少工夫，以求得系统整体的控制速度达到毫秒级以下。例如，在晶体管输出模块的输出电路中选用高性能的晶体管，使响应时间加快50%；在直流输入模块中，其输入的时间常数回路采用专用ASIC芯片，可通过编程软件选择输入模块的响应时间为1/5/10/20/70毫秒；为提高模拟量模块的转换时间，采用A/D或D/A的专用芯片，是转换速度为原先的1/2—1/6。另外也通过开发专用的处理器和通信专用ASIC，缩短通信网络模块之间的通信链接的循环时间。 

信息技术渗入PLC。信息技术渗入PLC是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的发展趋势；适应在控制层面让不同品牌的PLC之间，让PLC与DCS、SCADA等系统之间，能有效而足够快地交换数据的市场要求。

PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。

一、工作环境

1、 温度

PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，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。 

2、 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）。

3、 震动

应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz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。

4、 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。

5、 电源

PLC供电电源为50Hz、220（1±10%）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。如图1所示。

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。

二、安装与布线

1、 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。

2、 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。

3、 PLC的输入与输出好分开走线，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，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

4、 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。

5、 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

三、外部安全电路

为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC外部应安装必要的保护电路。

（1）急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。

（2）保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。

（3）可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。

（4）电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。

（5）重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。

四、PLC的接地

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。