plc通讯原理和程序设计详解Word文件下载.docx
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PLC程序：
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PLC基础知识简介
自动化控制领域，PLC是一种重要控制设备。
目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。
使各位初学者更方便了解PLC，本文对PLC发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。
一、PLC发展历程
工业生产过程中，大量开关量顺序控制，它逻辑条件进行顺序动作，并逻辑关系进行连锁保护动作控制，及大量离散量数据采集。
传统上，这些功能是气动或电气控制系统来实现。
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术控制装置，首次采用程序化手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，方便，也反映可编程控制器功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现，仍常常将PLC简称PC。
PLC定义有许多种。
国际电工委员会（IEC）对PLC定义是：
可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序存贮器，用来其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并数字、模拟输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能原则设计。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快时期，年增长率一直保持为30~40%。
这时期，PLC处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，某些应用上取代了过程控制领域处于统治位DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC工业自动化控制特别是顺序控制中位，可预见将来，是无法取代。
二、PLC构成
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，这些模块可以一定规则组合配置。
三、CPU构成
CPU是PLC核心，起神经中枢作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC系统程序赋予功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描方式采集由现场输入装置送来状态或数据，并存入规定寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路工作状态和编程过程中语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定任务产生相应控制信号，去指挥有关控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少组成单元。
使用者看来，不必要详细分析CPU内部电路，但对各部分工作机制应有足够理解。
CPU控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运算器用于进行数字或逻辑运算，控制器指挥下工作。
寄存器参与运算，并存储运算中间结果，它也是控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC重要参数，它们决定着PLC工作速度，IO数量及软件容量等，限制着控制规模。
四、I/O模块
PLC与电气回路接口，是输入输出部分（I/O）完成。
I/O模块集成了PLCI/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
开关量是指开和关（或1和0）两种状态信号，模拟量是指连续变化量。
常用I/O分类如下：
开关量：
按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：
按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理基本配置能力，即受最大底板或机架槽数限制。
五、电源模块
PLC电源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。
同时，有还为输入电路提供24V工作电源。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用为24VAC）。
六、底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：
电气上，实现各模块间联系，使CPU能访问底板上所有模块，机械上，实现各模块间连接，使各模块构成一个整体。
七、PLC系统其它设备
1、编程设备：
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制系统工作状况，但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
2、人机界面：
最简单人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
3、输入输出设备：
用于永久性存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量电位器，打印机等。
八、PLC通信联网
依靠先进工业网络技术可以迅速有效收集、传送生产和管理数据。
，网络自动化系统集成工程中重要性越来越显著，有人提出"
网络就是控制器"
观点说法。
PLC具有通信联网功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一整体，实现分散集中控制。
多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议接口。
PLC通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。
一个自动化工程（特别是中大规模控制系统）来讲，选择网络非常重要。
首先，网络必须是开放，以方便不同设备集成及未来系统规模扩展；
其次，针对不同网络层次传输性能要求，选择网络形式，这必须较深入了解该网络标准协议、机制前提下进行；
再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用网络标准。
PLC控制系统应用抗干扰问题
科学技术发展，PLC工业控制中应用越来越广泛。
PLC控制系统可靠性直接影响到工业企业安全生产和经济运行，系统抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行关键。
自动化系统中所使用各种类型PLC，有是集中安装控制室，有是安装生产现场和各电机设备上，它们大多处强电电路和强电设备所形成恶劣电磁环境中。
要提高PLC控制系统可靠性，要求PLC生产厂家用提高设备抗干扰能力；
另，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效增强系统抗干扰性能。
2
电磁干扰源及对系统干扰
2.1
干扰源及干扰一般分类
影响PLC控制系统干扰源与一般影响工业控制设备干扰源一样，大都产生电流或电压剧烈变化部位，这些电荷剧烈移动部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生原因、噪声干扰模式和噪声波形性质不同划分。
其中：
按噪声产生原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；
按噪声波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；
按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。
共模干扰和差模干扰是一种比较常用分类方法。
共模干扰是信号对电位差，主要由电网串入、电位差及空间电磁辐射信号线上感应共态（同方向）电压迭加所形成。
共模电压较大，特别是采用隔离性能差配电器供电室，变送器输出信号共模电压普遍较高，有可高达130V以上。
共模电压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干扰电压，主要由空间电磁场信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成电压，这种让直接叠加信号上，直接影响测量与控制精度。
2.2PLC控制系统中电磁干扰主要来源
2.2.1
来自空间辐射干干扰
空间辐射电磁场（EMI）主由电力网络、电气设备暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。
若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要两条路径：
一是直接对PLC内部辐射，由电路感应产生干扰；
对PLC通信内网络辐射，由通信线路感应引入干扰。
辐射干扰与现场设备布置及设备所产生电磁场大小，特别是频率有关，一般设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
2.2.2
来自系统外引线干扰
主要电源和信号线引入，通常称为传导干扰。
这种干扰我国工业现场较严重。
（1）来自电源干扰
实践证明，因电源引入干扰造成PLC控制系统故障情况很多，笔者某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高PLC电源，问题才到解决。
PLC系统正常供电电源均由电网供电。
电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而线路上感应电压和电路。
尤其是电网内部变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起谐波、电网短路暂态冲击等，都输电线路传到电源原边。
PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。
实际上，分布参数特别是分布电容存，绝对隔离是不可能。
（2）来自信号线引入干扰
与PLC控制系统连接各类信号传输线，传输有效各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。
此干扰主要有两种途径：
一是变送器供电电源或共用信号仪表供电电源串入电网干扰，这往往被忽视；
二是信号线受空间电磁辐射感应干扰，即信号线上外部感应干扰，这是很严重。
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。
隔离性能差系统，还将导致信号间互相干扰，引起共系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。
PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障情况也很多。
（3）来自接系统混乱时干扰
接是提高电子设备电磁兼容性（EMC）有效手段之一。
正确接，既能抑制电磁干扰影响，又能抑制设备向外发出干扰；
而错误接，会引入严重干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
PLC控制系统线包括系统、屏蔽、交流和保护等。
接系统混乱对PLC系统干扰主各个接点电位分布不均，不同接点间存电位差，引起环路电流，影响系统正常工作。
例如电缆屏蔽层必须一点接，电缆屏蔽层两端A、B都接，就存电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，线电流将更大。
此外，屏蔽层、接线和大有可能构成闭合环路，变化磁场作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，屏蔽层与芯线之间耦合，干扰信号回路。
若系统它接处理混乱，所产生环流就可能线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路正常工作。
PLC工作逻辑电压干扰容限较低，逻辑电位分布干扰容易影响PLC逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。
模拟电位分布将导致测量精度下降，引起对信号测控严重失真和误动作。
2.2.3
来自PLC系统内部干扰
主要由系统内部元器件及电路间相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路影响，模拟与逻辑相互影响及元器件间相互不匹配使用等。
这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或考验系统。
3PLC控制系统工程应用抗干扰设计
保证系统工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：
抑制干扰源；
切断或衰减电磁干扰传播途径；
提高装置和系统抗干扰能力。
这三点就是抑制电磁干扰基本原则。
PLC控制系统抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力产品，且有赖于使用部门工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具有情况进行综合设计，才能保证系统电磁兼容性和运行可靠性。
进行具体工程抗干扰设计时，应主要以下两个方面。
3.1
设备选型
选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力产品，其包括了电磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干扰能力，如采用浮技术、隔离性能好PLC系统；
其次还应了解生产厂给出抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力、允许多大电场强度和多高频率磁场强度环境中工作；
另外是靠考查其类似工作中应用实绩。
选择国外进口产品要注意：
我国是采用220V高内阻电网制式，而欧美区是110V低内阻电网。
我国电网内阻大，零点电位漂移大，电位变化大，工业企业现场电磁干扰至少要比欧美区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，国外能正常工作PLC产品国内工业就不一定能可靠运行，这就要采用国外产品时，按我国标准（GB/T13926）合理选择。
3.2
综合抗干扰设计
主要考虑来自系统外部几种抑制措施。
主要内容包括：
对PLC系统及外引线进行屏蔽空间辐射电磁干扰；
对外引线进行隔离、滤波，特别是原理动力电缆，分层布置，外引线引入传导电磁干扰；
正确设计接点和接装置，完善接系统。
另外还必须利用软件手段，进一步提高系统安全可靠性。
4
主要抗干扰措施
4.1
采用性能优良电源，抑制电网引入干扰
PLC控制系统中，电源占有极重要位。
电网干扰串入PLC控制系统主要PLC系统供电电源（如CPU
电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接仪表供电电源等耦合进入。
现，PLC系统供电电源，一般都采用隔离性能较好电源，而变送器供电电源和PLC系统有直接电气连接仪表供电电源，并没受到足够重视，采取了一定隔离措施，但普遍还不够，主使用隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。
，变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）配电器，以减少PLC系统干扰。
此外，位保证电网馈点不中断，可采用线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电安全可靠性。
UPS还具有较强干扰隔离性能，是一种PLC控制系统理想电源。
4.2
电缆选择敖设
减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。
笔者某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，降低了动力线生产电磁干扰，该工程投产后取了满意效果。
不同类型信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。
4.3
硬件滤波及软件抗措施
信号接入计算机前，信号线与间并接电容，以减少共模干扰；
信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。
电磁干扰复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能，PLC控制系统软件设计和组态时，还应软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统可靠性。
常用一些措施：
数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；
定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；
采用信息冗余技术，设计相应软件标志位；
采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
4.4
正确选择接点，完善接系统
接目通常有两个，其一安全，其二是抑制干扰。
完善接系统是PLC控制系统抗电磁干扰重要措施之一。
系统接方式有：
浮方式、直接接方式和电容接三种方式。
对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接方式。
信号电缆分布电容和输入装置滤波等影响，装置之间信号交换频率一般都低于1MHz，PLC控制系统接线采用一点接和串联一点接方式。
集中布置PLC系统适于并联一点接方式，各装置柜体中心接点以单独接线引向接极。
装置间距较大，应采用串联一点接方式。
用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置柜体中心接点，然后将接母线直接连接接极。
接线采用截面大于22mm2铜导线，总母线使用截面大于60mm2铜排。
接极接电阻小于2Ω，接极最好埋距建筑物10~15m远处，PLC系统接点必须与强电设备接点相距10m以上。
信号源接时，屏蔽层应信号侧接；
不接时，应PLC侧接；
信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接；
多个测点信号屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。
选择适当接处单点接点。
5
结束语
PLC控制系统中干扰是一个十分复杂问题，抗干扰设计中应综合考虑各方面因素，合理有效抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药方法，才能够使PLC控制系统正常工作。
PLC故障与显示方法
PLC控制系统中误操作、外围元件设备故障等会经常引发生产上损失和安全事故，本文着重探讨故障形成各种类型并进行逻辑设计，同时将故障诊断信息特定途径进行显示、报警和存档。
关键词
可编程控制器
故障诊断
逻辑图
1
前言
PLC组成各类控制系统中，
复杂逻辑关系、繁多控制元件、分散执行机构和运行设备，一旦其中发生误操作外围元件、设备故障将会造成生产上损失和安全事故。
那么设计控制系统时必须充分考虑到这一点，便于维护和检修前提下，自动、及时、准确诊断和显示各类故障信息就显尤其重要。
本文就常见故障诊断给予逻辑图、示意图实现，探讨一种实际可行途径将此信息显示、报警和存档。
2PLC系统故障类型
PLC系统故障可以由以下几种：
状态矛盾诊断
红外我们设备或元器件之间信号，来检查它们实际状态是否处于逻辑矛盾，如是则必然有其中一个信号为假状态。
比如某一上下滑动气缸，其上下端接近开关如采用同种型号且常开一致情况下，如出现两接近开关信号同为“1”时，说明其中一开关失灵，产生故障信息。
用逻辑图表示如下（略）
：
图中，I1.0
和
I1.1
分别表示上下限位，当I1.0动作时，I1.1也动作时PLC诊断为故障M1.0
。
类似还有电机正转和反转信号、行程开关常开和常闭信号等均不能同时出现。
2.2
动作联锁条件故障
为保证特定设备正常运行或执行机构正确动作，一般需要提供动作联锁条件，比如安全开关、设备就绪、其他动作到位等。
一旦其中一项不满足且设备或执行机构启动命令发出时，系统会显示联锁条件故障。
比如造纸机烘缸传动电机正常运行，其首要条件为紧急安全开关（常闭I2.0）、烘缸润滑油正常信号（常闭I2.1）、烘缸干毯跑偏器限位正常信号（常闭I2.2）。
如该传动启动命令（I2.3
为“1”）输出后，其中一个联锁条件不符和，就会产生动作联锁条件故障信息（M2.0）。
上图（略）
中，当故障信息出现后可以用复位按钮（I2.4）进行复位。
类似情况除各类传动联锁条件外，还有啮合辊动作联锁条件、IR红外线投入运行联锁条件等。
2.3
动作不到位或命令发出后未动作诊断
气设备运行和执行机构动作命令发出后，为检测其动作有效性和准确率，常常需要设置一定时间延迟来判断动作执行情况。
动作不到位检测，需要动作执行末端或执行结果上加上检测开关（如行程开关、感应开关、流量开关、红外开关等）；
未动作检测，则需要执行前端或执行结果上加上检测开关。
例如一滑动气缸前端加上一感应开关（常开I3.0），动作命令（Q3.0为“1”）发生前执行机构前端位置，当动作命令15秒后仍未检测到感应开关发生变化，则输出未动作故障信息（D3.0）。
该故障信息可用复位按钮（I10.0）进行复位。
类似情况除各类气动、液动、电动执行机构外，还有泵体运行（流量检测）、加热器投入（PT热敏回路）等。
2.4
分步控制出错诊断
实际设备运行中经常需要分步控制以实现自动化要求，发现分步控制中错误并将该出错分步显示出来，便于系统安全运行，这就是分步控制出错诊断。
比如，某自动过程启动后，有3个分步动作。
启动命令信号发出后，先执行分步1动
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