初学者指南PLC 应用中应注意的问题 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 055，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 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。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（110%）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。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、I/O 端的接线1 输入接线（1）输入接线一般不要超过 30 米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接 线可适当长些。（2）输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。（3）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一 致，便于阅读。2 输出连接（1）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压 等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。（2）由于 PLC 的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接 输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。（3）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿 命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。（4）PLC 的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续 流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。四、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。五、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 100；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。六、冗余系统与热备用系统在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控 制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。 但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为 PLC 本身可靠性 的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。1 冗余控制系统在冗余控制系统中，整个 PLC 控制系统（或系统中最重要的部分，如 CPU 模块） 由两套完全相同的系统组成。两块 CPU 模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主 CPU，另一块是备用 CPU；主 CPU 工作，而备用 CPU 的输出是被禁止的，当主 CPU 发生故 障时，备用 CPU 自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元 RPU 控制的，切换时间在 13 个扫描周期，I/O 系统的切换也是由 RPU 完成的。2 热备用系统在热备用系统中，两台 CPU 用通讯接口连接在一起，均处于通电状态。当系统出 现故障时，由主 CPU 通知备用 CPU，使备用 CPU 投入运行。这一切换过程一般不太快，但 它的结构有比冗余系统简单先说说 PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP 用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地 向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户 数据传输外，PROFIBUS-DP 还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断 和报警处理。一、PROFIBUS-DP 的基本功能传输技术：RS-485 双绞线、双线电缆或光缆。波特率从 9.6Kbit/s 到 12Mbit/s。总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主从传送。支持单主或多主系统。 总线上最多站点（主从设备）数为 126。通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主从用户数据传送和 非循环主主数据传送。运行模式：运行、清除、停止。同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。功能：DP 主站和 DP 从站间的循环用户数据传送。各 DP 从站的动态激活和可激活。 DP 从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给 DP 从站赋予地址。通过总线对 DP 主站（DPM1）进行配置。每 DP 从站的输入和输出数据最大 为 246 字节。可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离 HD=4 进行。DP 从站带看门狗定时 器（Watchdog Timer）。对 DP 从站的输入/输出进行存取保护。DP 主站上带可变定时器的 用户数据传送监视。设备类型：第二类 DP 主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类 DP 主站（DPM1）是中央可编程序控制器，如 PLC、PC 等。DP 从站是带二进制值或模拟量输入 输出的驱动器、阀门等。二、PROFIBUS-DP 基本特征速率：在一个有着 32 个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP 对所有站点传送 512 bit/s 输入和 512 bit/s 输出，在 12M bit/s 时只需 1 毫秒。诊断功能：经过扩展的 PROFIBUS-DP 诊断能能对故障进行快速定位。诊断信息在总 线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低。 模块诊断操作：一个站点的某具体 I/O 模块故障。 通道诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。 三、PROFIBUS-DP 系统配置和设备类型PROFIBUS-DP 允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接 126 个站点。 系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格 式及所使用的总线参数。每个 PROFIBUS-DP 系统可包括以下三种不同类型设备：一级 DP 主站（DPM1）：一级 DP 主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散 的站（如 DP 从站）交换信息。典型的 DPM1 如 PLC 或 PC。二级 DP 主站（DPM2）：二级 DP 主站是编程器、组态设备或操作面板，在 DP 系统组 态操作时使用，完成系统操作和监视目的。DP 从站：DP 从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O 设备、驱动器、 HMI、阀门等）。单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。如图 2-6 所示：图 2-6：单主站系统多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。 每个子系统包括一个 DPM1、指定的若干从站及可能的 DPM2 设备。任何一个主站均可读取 DP 从站的输入/输出映象，但只有一个 DP 主站允许对 DP 从站写入数据。如图 2-7 所示：图 2-7：多主站系统 四、系统行为系统行为主要取决于 DPM1 的操作状态，这些状态由本地或总线的配置设备所控制。主 要有以下三种状态：停止：在这种状态下，DPM1 和 DP 从站之间没有数据传输。 清除：在这种状态下，DPM1 读取 DP 从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全 状态。 运行：在这种状态下，DPM1 处于数据传输阶段，循环数据通信时，DPM1 从 DP 从站 读取输入信息并向从站写入输出信息。（1）DPM1 设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周 期性地发送到每一个有关的 DP 从站。如图 2-8 所示。（2）如果在 DPM1 的数据传输阶段中发生错误，DPM1 将所有有关的 DP 从站的输出数 据立即转入清除状态，而 DP 从站将不在发送用户数据。在次之后，DPM1 转入清除状态。 图 2-8： PROFIBUS-DP 用户数据传输 五、DPM1 和 DP 从站间的循环数据传输DPM1 和相关 DP 从站之间的用户数据传输是由 DPM1 按照确定的递归顺序自动进行。在 对总线系统进行组态时，用户对 DP 从站与 DPM1 的关系作出规定，确定哪些 DP 从站被纳入 信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。DPM1 和 DP 从站间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交换。在参数设定 阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从 DPM1 接受到的组态数据进行比较。只有当实际 数据与所需的组态数据相匹配时，DP 从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型、数 据格式、长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。六、DPM