可编程控制器简介

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1、检修部技术讲课资料检修部技术讲课资料1可编程控制器（PLC）简介摘要：摘要：介绍可编程控制器在工业控制领域的应用以及 PLC 在应用过程中，要保证正常运行 应该注意的一系列问题，并给出一些合理的建议。 关键词：关键词：PLC 工业控制 抗干扰 布线 接地 建议 一、简述一、简述多年来，可编程控制器（以下简称 PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻 辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大， 实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天 的 PLC 在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工

2、业 控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。 二、二、PLC 的应用领域的应用领域目前，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，使用情况主要分为如下几类： 1开关量逻辑控制开关量逻辑控制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。 2工业过程控制工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量 （即模拟量） ，PLC 采用相应的 A/D

3、 和 D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模 拟量，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。 3运动控制运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电 梯等场合。 4数据处理数据处理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。数据处理一般用于如造纸、 冶金、食品工业中的一些大型控制

4、系统。 5通信及联网通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的 发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 三、三、PLC 的应用特点的应用特点 1可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强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。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

5、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，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，整个系统将极高的可靠性。检修部技术讲课资料检修部技术讲课资料22配套齐全，功能完善，适用性强配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制 场合。除了逻辑处理功能以外，PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制 领域。多种多样的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各 种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控 制系统变得

6、非常容易。 3易学易用，深受工程技术人员欢迎易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计 算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 4系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及 建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程 序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。四、四、P

7、LC 应用中需要注意的问题应用中需要注意的问题PLC 是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接 在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环 境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从 而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证 PLC 的正常 运行，要提高 PLC 控制系统可靠性，一方面要求 PLC 生产厂家提高设备的抗干扰能力； 另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有 效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题： 1

8、工作环境工作环境 （1）温度PLC 要求环境温度在 055oC，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。 （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。 （5）电源PLC 对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源

9、干扰特别 严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般 PLC 都有直流 24V 输出提供给输入端，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。 2控制系统中干扰及其来源控制系统中干扰及其来源现场电磁干扰是 PLC 控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治 标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。检修部技术讲课资料检修部技术讲课资料3（1）干扰源及一般分类 影响 PLC 控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是

10、电流改 变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁 干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由 电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。 共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就 是一些系统 I/O 模件损坏率较高的主要原因） ，这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差 模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平 衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 （2）PLC 系统中干扰

11、的主要来源及途径 1 强电干扰PLC 系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间 电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备 起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。2 柜内干扰 控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对 PLC 造成一定程度的干扰。3 来自信号线引入的干扰与 PLC 控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外 部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供 电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空

12、间电磁辐射感应的干扰，即信号 线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精 度大大降低，严重时将引起元器件损伤。 4 来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制 电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信 号，使 PLC 系统将无法正常工作。 5 来自 PLC 系统内部的干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模 拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。 6 变频器干扰一是变频器启动及运行过程中产生谐

13、波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影 响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常 工作。 3主要抗干扰措施 （1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰 对于电源引入的电网干扰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 （2）安装与布线 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。将 PLC 的 IO 线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开 捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最

14、好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离， 并能将干扰降到最低限度。检修部技术讲课资料检修部技术讲课资料4 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。在柜内 PLC 应远离动力线（二者之间距离应大于 200mm） 。与 PLC 装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联 RC 消弧电路。 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。 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

15、线，避免 并行。 （3）I/O 端的接线 输入接线 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。 输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。 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。 输出连接 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。 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。 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，

16、因此， 使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。 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。 （4）正确选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证 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。 接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是 PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地 环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端 A、B 都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电 流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内 又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地