电气自动化专业PLC在工业自动化中应用及发展.pdf

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1、黑龙江农业职业技术学院 毕业设计 PLC 在工业自动化中的 应用及发展 系别：机电工程学院 专业班级：电气自动化（ B3）09-1 学生学号：xxxxxxxxxx 学生姓名：xxx 指导教师：xxx 2012 年 3月 15 日 2 目录 标题、摘要、关键词4 前言4 第一章 可编程序控制器概述（ PLC ）5 1.1 PLC 的定义5 1.2 PLC 的产生5 1.3 PLC 的结构及分类6 1.4 PLC 的工作原理7 1.5 PLC 编程9 第二章 PLC 的现状11 2.1 PLC 的来源11 2.2 典型的 PLC产品12 2.3 PLC 在我国的应用12 2.4 PLC 发展的重点

2、13 第三章 PLC 技术的应用15 3.1 PLC 工业自动化应用15 3.2 PLC 应用中需要注意的问题工作环境和抗干扰17 第四章 PLC 实际应用举例18 4.1 接触器联锁正反转控制使用PLC控制18 4.2 复合联锁正反转能耗制动使用PLC控制20 4.3 断电延时型星角降压启动能耗制动控制使用PLC控制22 第五章 PLC 的发展趋势和前景23 5.1 PLC 在工业领域应用的发展趋势23 5.2 PLC 的前景24 参考文献29 3 PLC在工业自动化中的应用及发展 电气自动化 (B3)09-1班 xxx 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

3、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。 关键词 ：可编程序控制器（ PLC ） ；控制； 自动化；发展；应用 前言 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、可靠的控制应用。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

4、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，主要应用的技术领域有：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 用领域也在扩大 (

5、如用计算机的 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。 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 4 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

6、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

7、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 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

8、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

9、在扫描用户程 5 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PLC 。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

10、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

11、/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

12、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。 6 (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

13、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

14、用 一次扫描周期，就可完成对 %M4 的刷新； 程序 2 要用四次扫描周期，才能完成对%M4 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

15、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 7 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

16、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、

17、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： 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

18、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。 8 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

19、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。 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

20、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)。 2、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

21、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. 9 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%)

22、、化学 / 制药(14.6%) 、金属 / 矿山(11.5%) 、纸浆 / 造纸(11.3%) 等行 业。 2.2 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

23、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

24、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在灵活性和价位方面占优势。 10 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

25、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 IPCCRT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 PL

26、C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。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)

27、、 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 11 与现场总线技

28、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

29、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 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

30、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。此外，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，

31、 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、 12 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、液位和速度等都是模拟量

32、。 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

33、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

34、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，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 13 应有通风的

35、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(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

36、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

37、两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的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。 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 14 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

38、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

39、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 15 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、 Y001 、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Y0

40、00常开接点闭合，形成了 Y000的自保 (同 时串接于第二梯级的， Y000 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 16 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

41、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 Y

42、002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Y002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：100404000ms 1S1000ms)，4S 时间一到，串接于第三梯级的常闭接点T0 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

43、使用PLC控制 17 PLC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 X001、 T1、T0、Y002的常闭接点，接通输出继电器，由于Y000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。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 X001、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T0(K 值为 40)。 由于 Y001

44、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 X001、Y000的常闭接点，接通了输出继电器Y002。由于 Y002的接通，并 接于左母线一侧的Y002闭合，使 Y002线圈形成自保。 Y002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

45、。 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Y003线圈 和定时器 T1 线圈，由于 Y003线圈的闭合，其并接于第一梯级第二支路中的Y003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

46、流供电的情况下向 18 电动机提供直流电进行能耗制动。定时器线圈 T1 是与线圈 Y003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 5.1 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

47、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

48、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。 相反，

49、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 19 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 CompactI/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