西门子黄冈PLC模块总代理

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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，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为较有效的工具之一，本文叙述PLC控制系统设计时应该注意的问题。

控制硬件选购目前市场上的PLC产品众多。国产品牌有：永宏、和利时、凯迪恩等；国外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、松下；德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高，这是众多技术人员选用PLC的重要原因。但各品牌的PLC在性能指标上都有着较大的差异。所以如何选购PLC产品成为了系统设计和系统功能要求的重要环节。

1．系统规模首先应确定系统用 PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%)。

2．确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶

闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。

3．存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。

4．编程器的选购 PLC编程可采用三种方式：

一是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。

二是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。

三是用个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率较高的一种方式。基于电脑笔记本的普及和PLC软件编程的方便性，并且易于现场调试。这种方式是用户较喜欢用的一种方式。

因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。

5．尽量选用大公司的产品其质量有**，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。

输入回路的设计

1．电源回路 PLC供电电源一般为 AC85—240V(也有DC24V)，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1：1隔离变压器等)。

2．PLC上DC24V电源的使用，各公司 PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行)。

3. 外部DC24V电源 若输入回路有 DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“—”端不要与 PLC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。

4．输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司FX系列PLC的输入值为：DC24V、7mA，启动电流为4．5mA，关断电流小于1．5mA，因此，当输入回路串有二极管或电阻(不能完全启动)，或者有并联电阻或有漏电流时(不能完全切断)，就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的较大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的 PLC，输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PLC的输入端。

输出回路的设计

1．各种输出方式之间的比较

(1)继电器输出：优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A／点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至几百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms

(2)晶闸管输出：带负载能力为0．2A／点，只能带交流负载，可适应动作，响应时间为1ms.

(3)晶体管输出：较大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0．2ms左右，但它只能带 DC 5—30V的负载，较大输出负载电流为0．5A／点，但每4点不得大于0．8A。

当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应可以选择继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PC输出驱动达林顿三极管(5 —10A)，再驱动负载(见图2)，可大大减小

2．抗干扰与外部互锁当 PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。

3．“COM“点的选择不同的 PLC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1—2个输出点的 PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带4—8个输出点的PLC产品，这样会对电路设计带来很多方便。每个“COM”点处加一熔丝，1—2个输出时加2A的熔丝，4—8点输出的加5—10A的熔丝，因 PLC内部一般没有熔丝。

4．PLC外部驱动电路对于 PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二较

管(LED)指示。印制板应做成插拔式，易于维修。

PLC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。

扩展模块的选用

对于小的系统，如80点以内的系统．一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请关的技术手册。

各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。 PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。

PLC的网络设计

当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。

最后，还要向 PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的控制要求与系统大小而定。

软件编制

在编制软件前，应首先熟悉所选用的 PLC产品的软件手册及编程指令手册，待熟练后再编程。若用图形编程器与软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。若用个人计算机与软件编程，编程结束后先程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。

为了保证PLC的正常工作，抑制线路干扰，对于交流AC100V/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。
  
    1．PLC电源设计
一般而言，PLC的基本电源一般有使用ACIOOV/240V与DC24V两种类型。
当PLC采川ACIOOV/240V供电时，通常允许输入电源电压的波动范围为-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AC85～110V;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一l5%～+20%(即DC20.4～28.8V，如SIEMENS PLC)，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AC100V/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。
对于直流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，在系绕组成较复杂时，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. 1/0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的输出形式与负载要求有关，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，本章后述部分给出了PLC控制系统硬件设计实例，可以供读者参考。
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。
②PLC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当用于PLC输入信号的外部电源独立设置时，此电源应在设备总电源接通后，立即投入工怍，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输出使用公用外部电源时，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用于系统中的其他控制回路用电源，在电压相同时（如DC24V控制回路），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）。