（金昌）中国西门子PLC模块代理商

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选择PLC，主要是确定PLC的生产厂家与型号。对于分布式系统、远程I/O系统，还需要考虑网络化通信的要求。

  确定PLC生产厂家，主要应考虑设备使用者的要求、设计使用者的习惯、熟悉程度、配套产品的一致性以及编程器等附加设备的通用性、技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑，原则上只要是国外大公司生产的产品，都不应存在此问题

  对于PLC的选用，一般来说，对于初次使用PLC的用户或者是用于控制立设备(单机控制)的场合，配套日本产的PLC产品，相对来说性能价格比有一定的优势，入门也较容易。而对于系统规模较大、网络通信功能要求高/开放性好的分布式PLC控制系统或远程I/O控制系统，欧美生产的PLC可以为网络通信功能的发挥提供一定的便利。当然，产品的技术支持与服务、价格等因素也是选择PLC时所考虑的问题。

  在PLC生产厂家确定后，PLC的型号主要取决于控制系统的技术要求，在满足设备控制要求的前提下，考虑生产成本。

  从技术的角度考虑，以下指标是选择PLC型号时应引起注意的问题。

  ①CPU性能PLC的CPU性能主要涉及处理器的“位数”、运算速度、用户存储器的容量、编程能力(指令的功能、内部继电器、定时器、计数器的数量等)、软件开发能力、通信能力等方面。在使用特殊功能模块、特殊外部设备或是需要网络连接的场合，应考虑到CPU的功能与以上要求相适应。

  此外，在满足控制要求的前提下，CPU的价格也是需要设计人员考虑的问题之一，选择的PLC既要满足系统的功能要求，同时也应该充分利用其功能，避免不必要的浪费。

  ②I/O点数PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。1/O点数的确定，应以上述的I/O点汇总表为依据。在正常情况下，PLC的I/O点可以适当留有一定的余量，但同时也考虑生产制造成本。对于以下情况，应适当考虑增加一定的I/O余量。

  a.控制对象的部分要求不明确，存在要求改变的可能;

  b.I/O点数统计不完整，设计阶段或者现场调试时可能会增加I/O点;c.PLC扩展较困难，但控制系统存在着变动的可能性;d.使用环境条件相对较差，PLC工作负荷较重;e.维修服务不方便，配件供应周期较长。

  1/O点(包括程序存储器容量)的余量选择无规定的要求，更没有固定的计算公式，一切都根据实际情况进行，避免教条主义，这样才能做到科学与合理。

  ③功能模块的配套选择PLC时应考虑到功能模块配套的可能性。选用功能模块涉及硬件与软件两个方面。在硬件上，应功能模块可以方便地与PLC进行连接，PLC应有连接、安装位置与相关接口、连接电缆等附件。在软件上，PLC应具有对应的控制功能，可以方便地对功能模块进行编程。

  ④通信能力对于分布式PLC控制系统或远程I/O控制系统，PLC的通信功能是考虑的问题。而对于集中控制系统或单机控制系统，既要考虑到用户现有外部调试设备等的正常使用，还应考虑到用户管理水平的提高与技术发展的可能性。增强通信功能，既是信息技术发展的基本要求，也是当前PLC的技术发展方向之一。因此，在选择PLC通信能力方面，应有一定的意识，保留系统的发展空间。

PLC是专为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂的广大电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。国际电工（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：功能表图（SeFunction Chart）、梯形图（Ladder Diagram）、功能块图（Function BlockDiagram）、指令表（Instruction List）、结构文本（StructuredText）。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。

由于梯形图与继电器接触器控制系统有着天生的传承性，而PLC应用程序往往是一些典型的控制环节和基本单元电路的组合，熟练掌握这些典型环节和基本单元电路，可以使程序的设计变得简单，所以本节主要介绍一些常见的典型单元梯形图程序。

1.7.1 梯形图常规设计方法

梯形图是使用*多的图形编程语言，被称为PLC的编程语言。梯形图的常规设计方法主要是各种常用程序的组合，在工业控制领域，各种复杂程序都是由各种常用的简单程序组合而成的。本节主要介绍一些会经常被重复使用的梯形图程序。1.梯形图的相关概念

在梯形图编程中，会用到以下三个基本概念。

1）软继电器

PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器及内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一个软继电器与PLC存储器中的映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述状态相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。

2）能流

在梯形图中有一个假想的“概念电流”或“能流”（PowerFlow）从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。能流只能从左向右流动。利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图

梯形图两侧的垂直公共线称为母线（BusBar），在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动，右母线可以不画出。

如FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及α系列等产品。三菱公司的大中型机有A系列、QnA系列和Q系列，具有丰富的网络功能，I/O点数可达8192点。其中Q系列具有超小的体积、丰富的机型、灵活的安装方式、双CPU协同处理、多存储器和远程口令等特点，是三菱公司现有PLC中*的产品。

欧姆龙（OMRON）公司的PLC产品，大、中、小、微型规格。微型机以SP系列为代表，其体积极小，速度极快。小型机有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列、CPM2C和CQM1等。P型机现已被性价比更高的CPM1A系列所取代，CPM2A/2C和CQM1系列内置RS-232C接口和实时时钟，并具有软PID功能，CQM1H是CQM1的升级产品。中型机有C200H、C200HS、C200HX、C200HG、C200HE和CS1系列。C200H是前些年的中型机，具有配置的I/O模块和高功能模块，并有较强的通信和网络功能。C200HS是C200H的升级产品，其指令系统更丰富、网络功能更强。C200HX/HG/HE是C200HS的升级产品，有1148个I/O点，其容量是C200HS的2倍，速度是C200HS的3.75倍，有品种的通信模块，是适应信息化的PLC产品。CS1系列具有中型机的规模、大型机的功能，是一种推广价值的新机型。大型机有C1000H、C2000H、CV（CV500／CV1000／CV2000／CVM1）等。C1000H、C2000H可单机或双机热备运行，安装带电插拔模块，C2000H可在线更换I/O模块；CV系列中除CVM1外，均可采用结构化编程，易读、易调试，并具有更强大的通信功能

松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型）和FP20为大型机。松下公司近几年PLC产品的主要特点是：指令系统功能强；有的机型还提供可以用FP-BASIC语言编程的CPU及多种智能模块，为复杂系统的开发提供了软件手段；FP系列各种PLC都配置通信机制，由于它们使用的应用层通信协议具有一致性，这给构成多级PLC网络和开发PLC网络应用程序带来了方便。

PLC的应用领域非常广泛。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。1.开关量的逻辑控制

这是PLC*基本、*广泛的应用领域，它取代了传统的继电器电路，实现逻辑控制和顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机**及自动化流水线，如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线和电镀流水线等。2.模拟量控制

在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D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。3.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PLC直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电动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、机器人和电梯等场合。

1.供电系统可靠性设计

  (1) PLC电源设计。一般而言，PLC的基本电源一般有使用AC100V/240V与DC24V两种类型。

  当PLC采用AC100V/240V供电时，通常允许输入电源电压波动范围为-15%～10%。如：选择额定输入电压为AC100V时，通常允许输入电压的变化范围为AC85～10V；选择额定输入电压为AC240V时，允许的变化范围为AC200~AC264V。PLC对外部交流电源的频率要求较低，允许的频率变化范围通常为±3Hz，即选择额定输入频率为50Hz时，允许输入频率的变化范围为47~53Hz；选择额定输入频率为60Hz时，允许输入频率的变化范围为57~63Hz。

  当PLC使用DC24V电源时，一般允许输入电压的变化范围为-15%~ 20%(即DC20.4~28.8V，如SiemensPLC)，部分PLC可以达到-35%～30%(即DC15.6~31.2V，如三菱Q系列PLC)。与其他计算机控制系统相比，它对输入电源的要求相对较低，通常容易满足要求。

  但为了保证PLC的正常工作，抑制线路干扰，对于交流ACIOOV/240V供电的PLC，原则上应在电源输入回路加入隔离变压器、浪涌吸收器或者采取稳压措施。PLC输入电源要与设备动力电源、交流控制回路电源、交流输出电源分离配线，并具有独立的保护回路与独立的隔离变压器。

  对于首流DC24V供电的PLC，原则上应采用稳压电源供电；至少应通过三相桥式整流、滤波后进行供电；一般不能使用仅通过单相桥式整流的直流电源直接对PLC进行供电。PLC输入电源要与设备直流动力电源、直流控制回路电源、直流输出电源分离配线，并具有独立的保护回路，在系统组成较复杂时，应使用独立的稳压电源单独对PLC供电。

  当系统采用模块化结构时，电源模块的容量应保证满足PLC系统对电源容量的要求，电源模块的额定输出容量应大于系统中全部组成模块所消耗的功率总和，并且留有20%~30%的余量。

  (2)I/O装置外部电源。I/O外部电源是指用于PLC源输入模块、PLC输出模块、输入传感器(如接近开关等)、输出执行元件的电源。

  用于PLC输入信号的外部电源一般为DC24V。由于输入信号的电压波动可能直接影响到PLC输入状态的变化，故对其要求较高，原则上应采用稳压电源供电；至少应通过三相桥式整流、滤波后进行供电，不能使用仅通过单相桥式整流的直流电源，以防止输入信号采样的错误。

  用于PLC输出信号的外部电源与PLC的输出形式及负载要求有关，可以是交流，也可以是直流。特别在当采用继电器接点输出时，电源要求完全取决于负载。

  通常情况下，PLC对输出电源的要求要低于输入电源。如：对于直流24V中间继电器、电磁阀类负载、一般可以使用单相桥式整流的直流电源。但是，当PLC的输出需要作为系统其他控制装置(如CNC等)的输入时，必须根据后者的要求选择输出电源。

  (3)PLC总供电系统。总供电系统的设计，必须根据控制对象的性质、技术要求、系统的组成情况、使用环境条件等进行具体分析，后面将给出PLC控制系统硬件设计示范实例，以供读者参考。

  作为PLC总供电系统基本设计原则，应注意如下几个方面：

  1) 在系统中，与PLC有关的全部电源，均可以通过设备的总电源开关进行分断，实现与电网的隔离。

  2)PLC作为系统主要的控制装置，原则上应在设备总电源接通后，无须其他启动操作，即可以立即投入工作，以便控制系统对控制对象实施有效的监控。

  3)对于同时使用基本单元与扩展单元的控制系统，扩展单元的电源应先于基本单元或同时接通，以便基本单元对扩展单元实施有效的监控。

  4) 用于PLC输入信号的外部电源，可以与PLC基本电源共用，但回路中必须安装独立的保护器件(如断路器等)。

  5)独立设置用于PLC输入信号的外部电源时，此电源应在设备总电源接通后，立即投入工作，以便PLC通过输入信号对设备的现行状态实施有效的监控。

  6)用于PLC输出信号的外部电源，可以与输入电源共用或进行独立设置。对于组成复杂、执行元件较多的控制系统，可根据需要设置多个电源。

  7)当PLC输出使用外部公用电源时，应根据输出对象的不同，分类设置多路保护(如断路器等)，且每一类输出的电源接通次序应有所区别。设计应保证PLC的各类输出电源的通断，受强电控制回路“互锁”条件的约束与控制。

  8) 用于系统中其他控制回路的电源，在电压相同时(如DC24V控制问路)，可以与PLC的输入或输出电源共用，但必须安装有独立的保护元件(如断路器等)。

  2.接地系统设计

  (1)接地系统的基本要求。设备、控制系统良好的接地，不仅是保证人身安全所需的"电击防护"措施，而且也是抑制干扰、减小电磁干扰、提高系统可靠性的重要手段，在设计、安装施工阶段必须予以重视。

  PLC控制系统对接地的一般要求如下：

  1) 系统接地必须良好，对于PLC控制系统，接地电阻应小于4Ω。

  2)接地线必须有足够大的线径，独立安装的PLC基本单元，应使用截面积在2.5mm²以上的黄/绿线与系统保护接地线(PE)连接。

  3)模块化结构的PLC，各模块与机架间一般可以通过模块本身的接地连接端，使得各模块与机架间保持良好的接地，但机架与系统保护地之间应保证接地良好，应使用截面积在2.5mm²以上的黄/绿线与系统保护接地线(PE)连接。

  4) 系统中的其他控制装置(如驱动器、变频器等)的接地必须同样符合规范，并独立接地。

  按照DINEN标准规定，各控制装置的接地线的线径见表5-10。表中“通过固定的连接”是指控制装置通过导电基座与良好接地的电气柜(元件安装板)进行接地连接时的要求。

  表5-10 控制装置的接地线线径的要求

  5) 系统中的各类屏蔽电缆的屏蔽层、金属软管、走线槽(管)、分线盒等均必须保证接地良好。

  (2) 各类不同接地的处理。在PLC系统中，主要有以下几种与接地有关的常用“地”，需要根据不同的情况进行分别处理。

  1)数字信号地：数字信号地是指系统中各种开关量(数字量)的0V端，如接近开关的OV线、PLC输入的公共0V端、晶体管输出的公共0V端等。

  数字信号地在PLC控制系统中，原则上只需要按照PLC规定的输入/输出连接方式进行连接即可，无须另外考虑专门的地线，也不需要与PE线进行连接，详见前述1/0接口设计部分。

  2)模拟信号地：模拟信号地是指系统中各类模拟量的0V端，如用于驱动器(变频器)的速度给定电压输出、测速反馈输入、传感器输入等。

  模拟信号通常采用卷动输出/输入，各信号间的OV端各自独立，因此，模拟信号地一般不允许进行相互间的连接，也不允许与系统的PE线进行连接。

  用于模拟量输入/输出的连接线，原则上应使用带有屏蔽的双绞电缆，屏蔽电缆的屏蔽层必须根据不同的要求与系统的PE线连接。

  3)保护地：保护地是指系统中各按制装置、用电设备的外壳接地，如电动机、驱动器的保护接地等。这些保护地必须直接与电柜内的接地母线(PE母线)连接，不允许控制装置、用电设备的PE线进行"互连"

  4)直流电源地：系统直流电源地是指除PLC内部电源以外的外部直流电源的OV端(PLC内部直流电源的0V端，一般与PLC的数字信号地共用)。可以分以下几种情况进行处理：

  ●当PLC输入/输出直流电源分离时，用于PLC输入的直流电源的0V，必须按前述的"I/O接口设计"部分的要求、与PLC的OV公共线进行连接。用于PLC输出的直流电源，根据需要，可以不与PLC的OV公共端连接或与PLC的0V公共端连接。

  ●当PLC输入/输出直流电源共用时，直流电源的OV端必须与PLC的OV公共线连接。用于PLC输入/输出的直流电源0V端与系统接地(PE)线之间，根据系统的实际需要，可以连接也可以不连接。

  ● 单独用于PLC系统执行元件的直流电源OV、原则上不与PLC的OV连接，但一般需要与系统的接地(PE)线进行连接

  5) 交流电源地：交流电源地是指系统中使用的交流电源的OV端(或N线)，如220V控制回路的0V端、交流照明电路、交流指示灯的0V端等。

  在交流控制回路使用隔离变压器时，小于“电击防护”等方面的考虑，为了让变压器起到“隔离”作用，原则上不应将交流电源的OV端与系统接地(PE)线相连。

  从抗干扰的角度考虑，控制系统的PE线原则上也不应与电网的N线相连。但在某些进口机床上，也有使用特殊的“短接端”，将交流电源的OV端、N线、接地(PE)线进行相互连接的情况。

  PLC控制系统通常属于1MHz以下的低频电路的范畴，因此，一般应采用"单点接地"的接地方式。