基于PLC的工業(yè)攪拌過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、. . . . 基于PLC的工業(yè)攪拌過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著PLC等許多處理器的發(fā)展，自動控制模式的電動機(jī)的數(shù)量越來越多。傳統(tǒng)的控制方式因技術(shù)手段落后、生產(chǎn)效率低等弊端已不能適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要。本文主要介紹采用西門子PLC實(shí)現(xiàn)對液體攪拌系統(tǒng)進(jìn)行自動控制?；赑LC構(gòu)成的用于兩種液體自動混合、自動攪拌和自動放料系統(tǒng)的控制目標(biāo)、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)功能，能模擬顯示液體攪拌系統(tǒng)的全部工作過程。系統(tǒng)硬件主要由S7-300可編程控制器、電磁閥、泵以與液位變送器等組成，編程軟件采用采用西門子編程軟件STEP7。系統(tǒng)通過液位變送器將采集到的現(xiàn)場液位高度傳送給西門子PLC，并由PLC對現(xiàn)場數(shù)據(jù)邏輯處理后

2、，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成系統(tǒng)的自動控制。最后，系統(tǒng)使用RS-232接口與上位機(jī)相連實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)的通訊。系統(tǒng)不僅自動化程度高，靈活性強(qiáng), 還具有在線修改功能，可滿足不同的生產(chǎn)工藝要求。關(guān)鍵字：PLC，液體攪拌系統(tǒng)，液位變送器，電磁閥DESIGN OF INDUSTRIAL MIXING PROCESS CONTROL SYSTEM BASED ON PLCABSTRACTWiththe development of PLC, there are more and more automatic controlelectromotor. The traditional way of cont

3、rolling cannot meet the needs of enterprise production forits in low efficiency and low productivity. This paper introduces the rational application of SIEMENS PLC in the automatic control system of liquid mixer. PLC-based liquid composition for the twoauto-mixing,automaticmixing and automatic disch

4、arge system, controlobjectives, hardware components, software design and system capabilities of liquid mixing system simulation show that all the work process. The System hardware is mainly formed by the S7-300 programmable logic controller, electromagnetic valve, pump and liquid location sensor, pr

5、ogramming software using Siemens STEP7. The System through the liquid location sensorcollected level information to Siemens PLCand then the PLC deal with on-site data, and sending corresponding control command to complete the system of automatic control. At last system is realized the communication

6、between PLC and the upper computer by using the connection of RS-232.This system not only has high automation level and great mobility but also can alter the parameter on line, it can use in kinds of liquid location control systems.Key words: PLC，liquid mixing system，liquid location sensor，electroma

7、gnetic valve目 錄1. 緒論11.1 液體攪拌系統(tǒng)的簡介11.2 液體攪拌系統(tǒng)組成21.3 PLC在液體攪拌系統(tǒng)中的應(yīng)用22. 可編程控制器42.1 可編程控制器的發(fā)展42.1.1 PLC技術(shù)發(fā)展概況52.1.2 可編程控制器在我國的發(fā)展62.2 PLC的分類72.3 PLC的工作原理82.4 可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的要點(diǎn)102.4.1 可編程控制器基本特點(diǎn)112.5 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)與抗干擾分析132.5.1 干擾源與干擾一般分類142.5.2 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源142.5.3 PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)172.5.4 主要抗干擾措施172.6 西門子S

8、7-300可編程控制器簡述182.7 SIMATIC S7-300系列PLC系統(tǒng)基本構(gòu)成182.7.1 SIMATIC S7-300的組成192.7.2 S7-300的擴(kuò)展能力202.7.3 S7-300模塊地址的確定202.8 S7300式 PLC的CPU簡介213控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)243.1 系統(tǒng)工業(yè)流程243.2 液位變送器的選擇243.3 電磁閥的介紹253.3.1 電磁閥的分類與特點(diǎn)253.3.2 電磁閥的選擇263.4 接觸器與選用273.4.1 接觸器的分類和結(jié)構(gòu)283.4.2 接觸器的工作原理與選用283.5 中間繼電器293.6 PLC選型303.7 系統(tǒng)主電路工作原理313.

9、8 系統(tǒng)控制電路工作原理324控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)344.1 PLC編程軟件STEP7344.2 PLC控制流程354.3 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)35結(jié)論43致44參考文獻(xiàn)45- 41 - / 441. 緒論1.1液體攪拌系統(tǒng)的簡介目前，我國的液體攪拌系統(tǒng)大部分采用傳統(tǒng)的繼電器進(jìn)行控制，這種方法耗能大，浪費(fèi)大，攪拌效果不好，給工廠浪費(fèi)很多資金，同時對噪聲污染也很嚴(yán)重。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)廠家對生產(chǎn)的自動化水平有了更高的要求。所以，對攪拌系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)，使它可以靈活的根據(jù)液體的不同而進(jìn)行混料的濃度可調(diào)，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。液體攪拌系統(tǒng)由原料罐，混料罐，出料罐組成。它先將兩種原料送混料罐，然后在

10、混料罐混合，最后，送出料罐出料。兩種原料液體進(jìn)料時達(dá)到設(shè)定的液面時停止進(jìn)料，且攪拌器攪拌時間可根據(jù)濃度的不同而自行設(shè)定。設(shè)計(jì)要求在混料罐混合兩種液體，首先確定混料罐無殘留液體，即讓放料閥打開10s，然后注入A液體，當(dāng)A液面上升到L位時關(guān)斷A液；B 液開始注入, B 液面上升到H位時關(guān)斷B液，進(jìn)液動作停止；攪拌電機(jī)M開始攪拌，攪拌均勻后(時間設(shè)定為20 s)停止；出料閥打開，兩個出料泵按照順序進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)出料，當(dāng)出料動作結(jié)束后整個系統(tǒng)停止工作。根據(jù)上述構(gòu)想，決定采用可編程控制器（PLC）、電磁閥、泵、電機(jī)以與液位變送器進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)液體攪拌系統(tǒng)的控制需要，系統(tǒng)使用PLC為控制核心。系統(tǒng)通過

11、液位變送器采集現(xiàn)場液位高度并將其轉(zhuǎn)換成420mA的電流信號送PLC，PLC根據(jù)現(xiàn)場狀況與外部輸入指令控制攪拌系統(tǒng)，并顯示操作指示與發(fā)出報(bào)警。系統(tǒng)的控制框圖如圖1-1所示。圖1-1 系統(tǒng)控制框圖根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程整個液體攪拌控制系統(tǒng)過程可分成多個階段：基本液位控制過程、模擬量信號采集、報(bào)警指示。(1) 基本液位控制過程：按控制要求，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料與出料時進(jìn)料罐和出料罐的基本液位控制。(2) 模擬量信號采集：通過液位變送器與A/D轉(zhuǎn)換器完成現(xiàn)場液位的采集過程。(3) 報(bào)警指示：當(dāng)超過所設(shè)定的液位時，報(bào)警輸出。1.2 液體攪拌系統(tǒng)組成為實(shí)現(xiàn)液位的采樣、自動控制，系統(tǒng)必須包括硬件部分和軟件部分。硬件部分由可

12、編程控制器、液位變送器、電磁閥、電機(jī)、泵、A/D轉(zhuǎn)換器、RS-232電纜接口組成。軟件部分由PLC編程軟件組成。(1) 系統(tǒng)硬件組成與功能： 可編程控制器：系統(tǒng)下位機(jī)選用西門子S7-300型PLC，作為整個系統(tǒng)的控制核心，主要用于實(shí)現(xiàn)自動控制。 電磁閥：選用DF 2型二位二通（常閉）電磁閥，用來控制進(jìn)料與出料時液體的流動。 接觸器：選用CJ10-20交流接觸器，用于控制電機(jī)、泵。 中間繼電器：選用JZ14-44Z型中間繼電器，主要起中繼作用，與接觸器配合使用。 液位變送器：選用HP-31B液位變送器，并轉(zhuǎn)換成420mA的電流輸入S7-300,用于采集現(xiàn)場液位數(shù)據(jù)。 A/D轉(zhuǎn)換器：選用西門子四通

13、道模擬量輸入模塊S7-300，用于將采集到的現(xiàn)場液位數(shù)據(jù)傳送給PLC。RS-232電纜接口：用于連接PLC與上位機(jī)。(2) 系統(tǒng)軟件組成：PLC編程軟件：由于系統(tǒng)采用西門子的PLC，故也是使用西門子PLC編程軟件STEP7，用于編寫PLC 控制程序。1.3 PLC在液體攪拌系統(tǒng)中的應(yīng)用在化工、機(jī)械等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，液體攪拌是十分重要也是必不可少的重要環(huán)節(jié)，液體攪拌的關(guān)鍵是保證混料過程中原料的準(zhǔn)確性和比例以與保證原料的充分混合。采用通用計(jì)算機(jī)控制，盡管可以達(dá)到控制精度，但成本高，對工作環(huán)境要求高，對現(xiàn)場操作人員要求也高。采用PLC實(shí)現(xiàn)液體攪拌控制，不但可以對液體攪拌過程的各個環(huán)節(jié)精確控制，而且

14、大大降低成本，可直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，對現(xiàn)場操作人員的要求也不高。以往常采用傳統(tǒng)的繼電器控制液體攪拌系統(tǒng)，使用硬件連接電器多，可靠性差，自動化程度不高，為了克服上述缺點(diǎn)，目前采用先進(jìn)控制器對傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為生產(chǎn)提供了更可靠的保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器對液體攪拌系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法，其電路結(jié)構(gòu)簡單，投資少，可靠性好，自動化程度高。2. 可編程控制器2.1 可編程控制器的發(fā)展可編程序控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC。）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以與自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝

15、置?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向1?？删幊绦蚩刂破鲉柺烙?0世紀(jì)60年代，當(dāng)時的可編程序控制器功能都很簡單，只有邏輯、定時、計(jì)數(shù)等功能；硬件方面用于可編程序控制器的集成電路還沒有投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，CPU以分立元件組成；存儲器為磁心存儲器，存儲容量有限；用戶指令一般只有二三十條，還沒有成型的編程語言；機(jī)型單一，沒有形成系列。一臺可

16、編程序控制器最多只能替代200300個繼電器組成的控制系統(tǒng)，在體積方面，與現(xiàn)在的可編程序控制器相比，可以說是龐然大物。進(jìn)入70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程序控制器技術(shù)得到了較大的發(fā)展?？删幊绦蚩刂破鞴δ艹壿嬤\(yùn)算外，增加了數(shù)值運(yùn)算、計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制等，可靠性進(jìn)一步提高，初步形成系列，結(jié)構(gòu)上開始有模塊式和整體式的區(qū)分，整機(jī)功能從專用向通用過渡。軟件開發(fā)有自診斷程序，程序存儲開始使用EPROM。70年代后期和80年代初期，微處理器技術(shù)日趨成熟，單片微處理器、半導(dǎo)體存儲器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，大規(guī)模集成電路開始普遍應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鏖_始向多處理器發(fā)展，使可編程序控制器的功能和處理

17、速度大為增強(qiáng)，并具有通信和遠(yuǎn)程I/O能力，增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)、查表、列表等，自診斷和容錯技術(shù)也迅速發(fā)展。80年代后期到90年代中期，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普與應(yīng)用，超大規(guī)模集成電路、門陣列以與專用集成電路的迅速發(fā)展，可編程序控制器的CPU已發(fā)展為由16位或32位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，高速計(jì)數(shù)、中斷、PID、運(yùn)動控制等功能引入了可編程序控制器。使得可編程序控制器能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過程的各個領(lǐng)域，可編程序控制器已完全取代了傳統(tǒng)的邏輯控制裝置，模擬量儀表控制裝置和以小型機(jī)為核心的DDC（直接數(shù)字控制）控制裝置。由于聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)，既可和上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可以下掛遠(yuǎn)程I

18、/O，從而組成分布式控制系統(tǒng)（DCS）已無困難。梯形圖語言和語句表語言完全成熟，基本上標(biāo)準(zhǔn)化，SFC（順序功能圖）語言逐步普與，專用的編程器已被個人計(jì)算機(jī)和相應(yīng)編程軟件所替代，人機(jī)界面裝置日趨完善，已能進(jìn)行對整個工廠的監(jiān)控、管理，并發(fā)展了冗余技術(shù)，大大加強(qiáng)了可靠性。2.1.1 PLC技術(shù)發(fā)展概況以往的順序控制主要由繼電器組成，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時間或條件順序的工作，若要改變控制的順序就必需改變控制器的硬件接線，使用起來不靈活。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種更好的控制器。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）研制出第

19、一臺可編程序控制器PDP-14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，PLC由此誕生。70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使8位微處理器和位片處理器相繼問世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算，閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個時期，日本、德國和法國相繼研制出自己的PLC，我國在1974年也開始研制。 70年代末由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。這時面向工程技術(shù)人員的編程語言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語言。在功能上PLC已可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī)的DDC系統(tǒng)。 進(jìn)入八九十年代

20、后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障與機(jī)器故障。這些改進(jìn)使PLC符合今天對高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來越強(qiáng)，但它仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點(diǎn)。PLC未來的發(fā)展不僅依賴于對新產(chǎn)品的開發(fā)，還在于PLC與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。無疑，PLC將在今后的工業(yè)自動化中扮演重要角色。目前PLC朝以下幾個方向發(fā)展：(1) 大型網(wǎng)絡(luò)化：網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)通信能力是PLC發(fā)展的一個主要的方面，向下與多個智能裝置相連，向上與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等相連構(gòu)成特殊的控制任務(wù)。(2) 多功能：為了

21、適應(yīng)特殊功能的需要，連續(xù)推出多種智能模塊，如模擬量輸入輸出、回路控制、通信控制、機(jī)械運(yùn)動控制、高速計(jì)數(shù)、中斷輸入等。這些智能模塊以處理器為基礎(chǔ)，其CPU與PLC的CPU并行工作，占用主機(jī)CPU時間很少，有利于提高PLC掃描速度和完成特殊的控制任務(wù)。(3) 高可靠性、好兼容性：由于現(xiàn)代控制系統(tǒng)的可靠性和兼容性日漸受到人們的重視，一些公司將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中。2.1.2 可編程控制器在我國的發(fā)展我國可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展有所不同，國際上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而我國則是從成套設(shè)備引進(jìn)、可編程序控制器引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣

22、泛應(yīng)用。大致可劃分為下述三個階段：(1) 可編程序控制器的初級認(rèn)識階段（70年代后期到80年代初期）國際上可編程序控制器的發(fā)展，首先引起了國工程技術(shù)界的極大興趣，所以我國對可編程序控制器的認(rèn)識始于70年代后期到80年代初期的成套設(shè)備引進(jìn)中。正是在成套設(shè)備引進(jìn)過程中，我們打開了眼界，了解認(rèn)識了可編程序控制器，這也促進(jìn)了可編程序控制器在我國的發(fā)展。(2) 可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段（80年代初期到90年代初期）80年代初期開始，隨著我國改革開放的不斷深入，在成套設(shè)備引進(jìn)的同時，國外原裝的可編程序控制器開始涌入國市場。許多部門和單位相繼引進(jìn)可編程序控制器并自己設(shè)計(jì)組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用圍也

23、擴(kuò)大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域。隨著應(yīng)用能力的提高和市場需求的擴(kuò)大，一些部門和單位本著技貿(mào)結(jié)合、消化移植的方針，一方面進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用研究，一方面也在引進(jìn)可編程序控制器的生產(chǎn)線，建立生產(chǎn)可編程序控制器的合資企業(yè)，積極開發(fā)自己的產(chǎn)品。(3) 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段（90年代初期到現(xiàn)在）進(jìn)入90年代，我國的可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 政府重視：1991年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會?？删幊绦蚩刂破餍袠I(yè)協(xié)會在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用，溝通了情況，為做出決策提供了依據(jù)。1993年成立了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員

24、會，為我國可編程序控制器的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 應(yīng)用更加廣泛。這一階段可編程序控制器的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和工業(yè)過程的各個角落，已成為企業(yè)提高裝備技術(shù)水平的重要標(biāo)志。2.2 PLC的分類可編程控制器一般從點(diǎn)數(shù)、功能、結(jié)構(gòu)形式和流派等方面進(jìn)行分類2。(1) 根據(jù)點(diǎn)數(shù)和功能進(jìn)行分類根據(jù)點(diǎn)數(shù)和功能可以分為小型、中型和大型PLC。小型PLC的輸入/輸出端子數(shù)量為256點(diǎn)以下；中型PLC的輸入/輸出端子數(shù)量為1024點(diǎn)以下；大型PLC的輸入/輸出端子數(shù)量為1024以上。小型PLC、中型PLC和大型PLC不光體現(xiàn)在輸入輸出端子數(shù)量上，更重要的是功能的差別。小型PLC主要用于完成邏輯運(yùn)算、計(jì)時

25、、計(jì)數(shù)、移位、步進(jìn)控制等功能。中型PLC的功能，除完成小型PLC的功能外，還有模擬量控制、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和矩陣等功能。大型PLC，除完成中型PLC的功能外，還有更強(qiáng)的連網(wǎng)、監(jiān)視、記錄、打印、中斷、智能、遠(yuǎn)程控制等功能。另外，小型、中型和大型PLC的分類不是絕對的，有些小型PLC的功能可以具備部分中型PLC的功能。(2) 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類按照結(jié)構(gòu)形式分，PLC有整體式和模塊式兩種。 整體式PLC是一個整體，其所有部件均在一個盒。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，成本低，安裝方便，缺點(diǎn)是輸入輸出點(diǎn)數(shù)是固定的，不一定能適應(yīng)具體的控制現(xiàn)場的需要。整體PLC根據(jù)需要也可以進(jìn)行擴(kuò)展。 模塊式PLC是由

26、多個模塊組成的，通過部總線連接在一起，用戶可以根據(jù)需要組建自己的PLC系統(tǒng)。模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)是1/O模塊與I/O點(diǎn)數(shù)可根據(jù)用戶需要靈活組合，擴(kuò)展能力強(qiáng)、使用方便、便于維修。缺點(diǎn)是體積較大、插件較多，影響工作的可靠性，并且價格較高。(3) PLC的流派分類世界上PLC的生產(chǎn)廠家約200多家，生產(chǎn)的產(chǎn)品大概有400多種。按地域分為4個流派： 美國產(chǎn)品，性價比適中，使用比較方便； 歐洲產(chǎn)品，性價比適中，易用性一般，擴(kuò)展性強(qiáng)； 日本產(chǎn)品，性價比高，使用方便，擴(kuò)展性一般； 中國產(chǎn)品，性價比特別高，使用比較方便，擴(kuò)展性一般。2.3 PLC的工作原理由于PLC具有比計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連的接口，具有更

27、適應(yīng)與控制要求的編程語言，因此，PLC可以被視為是一種特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)3。但由于有特殊的接口器件與監(jiān)控軟件，其外形不像計(jì)算機(jī)，編程語言、工作原理與普通計(jì)算機(jī)相比也有一定的區(qū)別。另一方面它作為繼電器控制電路的替代物，由于其核心是計(jì)算機(jī)芯片，因而與繼電器控制邏輯的工作過程也有很大差別。普通計(jì)算機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式。當(dāng)按下鍵盤或I/O動作后，計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序運(yùn)行，無鍵按下或無I/O動作責(zé)則繼續(xù)掃描；PLC則采用循環(huán)掃描的方式，整個掃描過程分為輸入采樣、部處理、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新4階段。PLC周而復(fù)始的循環(huán)執(zhí)行這4個階段，這種工作方式稱為掃描

28、工作方式。PLC每重復(fù)一次這4個階段所用的時間稱為一個掃描周期（或稱循環(huán)周期、工作周期）。部處理階段是運(yùn)行PLC部系統(tǒng)的管理程序，該程序是廠家在PLC出廠時就已經(jīng)固化好了的，與用戶的控制程序無關(guān)，一般比較固定，其運(yùn)行時間與用戶程序運(yùn)行時間相比要短的多。因此，為了理解上的方便，通常忽略部處理階段，而認(rèn)為PLC的工作過程為3個階段：輸入采樣階段、用戶執(zhí)行階段、輸入刷新階段。并近似的認(rèn)為每重復(fù)一次這3個階段所用的時間為一個掃描周期。PLC的工作過程圖如圖2-1所示。(1) 輸入采樣階段 PLC以掃描工作方式，按順序?qū)⑺行盘栞斎氲郊拇孑斎霠顟B(tài)的輸入映像寄存器中存儲，這一過程稱為采樣。在這個工作周期，

29、這個采樣結(jié)果的容不會變，而且這個采樣結(jié)果將在PLC執(zhí)行程序時被執(zhí)行。 圖2-1 PLC的工作過程圖(2) 程序執(zhí)行階段PLC按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描，即從上到下、從左到右的掃描每條指令，并分別從輸入映像寄存器、部元件寄存器（部寄存器、定時器、計(jì)數(shù)器等）和輸出映像寄存器中獲取所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中進(jìn)行保存。但這個結(jié)果在整個程序未執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口上。這就是說反映各輸出元件狀態(tài)的輸出元件映像存儲器中所儲存的容才固定下來。這里要注意，當(dāng)執(zhí)行控制程序時，如果程序要求某個輸出繼電器動作，此時這個動作要求并沒有直接實(shí)時的傳送到該繼電器，而只是將

30、輸出映像存儲器中代表該繼電器的對應(yīng)位置“1”，在所有程序段都執(zhí)行完畢后，才將全部程序執(zhí)行后產(chǎn)生的輸出結(jié)果（輸出映像存儲器的容）一次送到輸出鎖存器。PLC的這種工作方式同一般單純用硬件組成的控制電路或由控制計(jì)算機(jī)組成的控制電路是不同的。(3) 輸出刷新階段在執(zhí)行完所有用戶程序后PLC將映像寄存器中的容送入到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，再去驅(qū)動用戶設(shè)備，這就是輸出刷新。PLC重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，每重復(fù)一次的時間即為一個掃描周期，用T表示。PLC在一個掃描周期中，輸入掃描和輸出刷新的時間一般為4ms左右，而程序執(zhí)行時間可因程序的長度不同而不同。PLC的一個掃描周期一般為40100ms。PLC的掃描

31、工作是重復(fù)進(jìn)行的，因此，其輸出和輸入存儲器不斷被刷新（I/O刷新）。一個掃描周期輸入刷新之前，若外部輸入信號狀態(tài)沒有變化，則此次的輸入刷新就沒有變化，經(jīng)運(yùn)算處理后，相應(yīng)的輸出刷新和輸出控制信號也沒有變化，只是重新被刷新一次。若在一個掃描周期，輸入刷新之前，輸入的外部輸入信號狀態(tài)發(fā)生了變化，則此次輸入刷新就有了變化，經(jīng)運(yùn)算處理后，其輸出刷新和輸出的控制信號也可能有變化。不管輸出控制信號有沒有變化，一個掃描周期對所有輸出只刷新一次，即前一次和后一次的輸出狀態(tài)的變化，至少要經(jīng)歷一個掃描周期的時間。PLC工作的主要特點(diǎn)是輸出信號集中批處理，執(zhí)行過程集中批處理，輸出控制也集中批處理。PLC的這種“串行工

32、作方式”，可以避免繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中觸點(diǎn)競爭和時序失配的問題，還可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。由于干擾一般是脈沖式的、短時的，只要PLC不是正好工作在輸入刷新階段，就不會受到干擾的影響，因此，瞬間干擾所引起的誤動作就會大大減少，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，這是PLC可靠性高的原因之一。但是這種工作方式又導(dǎo)致輸出對輸入在時間上的滯后，對于要求快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，這也是PLC的缺點(diǎn)之一。還需要指出一點(diǎn)，在PLC中常采用一種被稱為“看門狗”（Watchdog）的監(jiān)視定時器來監(jiān)視PLC的實(shí)際工作周期是否超出預(yù)定的時間，以避免PLC在執(zhí)行程序過程中進(jìn)入死循環(huán)，或“跑飛”（PLC執(zhí)行非預(yù)定的程序）而造成系

33、統(tǒng)癱瘓。2.4 可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的要點(diǎn)入出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個基本要點(diǎn)1。入出信息變換靠運(yùn)行存儲于PLC存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺，同時，還為PLC程序可靠運(yùn)行與信號與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序?？煽课锢韺?shí)現(xiàn)主要靠輸人（INPUT）與輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計(jì)的。輸入電路要對輸入信號進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出

34、電路外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。 I/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個輸入或輸出電路。PLC有多I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點(diǎn)都有一個對應(yīng)的存儲其信息的暫存器。 輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對應(yīng)的，這里的輸入暫存器與輸出鎖存器實(shí)際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計(jì)算機(jī)存交換信息通過計(jì)算機(jī)總線，并主要由

35、運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的存中，稱輸入刷新。PLC存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應(yīng)位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。這些位置成1，表示接點(diǎn)通，置成0為接點(diǎn)斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與PLC存中的輸出映射區(qū)也是對應(yīng)的。一個輸出鎖存器也有一個存位（bit）與其對應(yīng)，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈?？窟\(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器，這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。這樣，用戶所要編的程序只是，存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出

36、的時序。這是一個數(shù)據(jù)與邏輯處理問題。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。2.4.1 可編程控制器基本特點(diǎn)從討論P(yáng)LC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯(lián)系是靠運(yùn)行存儲于它的存中的程序?qū)崿F(xiàn)。它的出入相關(guān)，不是靠物理過程，不是用線路；而是靠信息過程，用軟邏輯聯(lián)系。它的工作基礎(chǔ)是用好信息。信息不同于物質(zhì)與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲，信息還可重用等等。正是由于信息的這些特點(diǎn)，決定了PLC的基本特點(diǎn)4。下面介紹PLC的四個特點(diǎn)。(1) 功能豐富PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)

37、與存儲信息的部器件有關(guān)。它的指令多達(dá)幾十條、幾百條，可進(jìn)行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算。凡普通計(jì)算機(jī)能做到的，它也都可作到。它的數(shù)據(jù)存儲區(qū)還可用以存儲大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。PLC還有豐富的外部設(shè)備，可建立友好的人機(jī)界面，以進(jìn)行信息交換?？伤腿氤绦颍腿霐?shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。而且讀、寫時可在圖文并茂的畫面上進(jìn)行。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲，可打印，數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入等等。PLC還具有通訊接口，可與計(jì)算機(jī)或聯(lián)網(wǎng)，與計(jì)算機(jī)交換信息。自身也可聯(lián)網(wǎng)，以形成單機(jī)所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，可進(jìn)行自

38、診斷，其結(jié)果可自動記錄。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。(2)使用方便用PLC實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常方便的。首先PLC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當(dāng)然要方便得多。其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實(shí)現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所需的模塊，PLC廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場上即可購得。所以，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便。正因如此，用可編程序控制器才有這個“可”字。對軟件講，它的程序可編，也不難編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。具體地講，PLC有五個方面的方便： 配置方便：可接控制系統(tǒng)的需

39、要確定要使用哪家的 PLC，那種類型的，用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場上定貨購買即可。安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單，而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開關(guān)設(shè)定或軟件設(shè)定，以與編制好用戶程序就可工作。編程方便：PLC部雖然沒有什么實(shí)際的繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器，但它通過程序（軟件）與系統(tǒng)存，這些器件卻實(shí)實(shí)在在地存在著。PLC的指令系統(tǒng)也非常豐富，可毫不困難地實(shí)現(xiàn)種種開關(guān)量，以與模擬量的控制。PLC還有存儲數(shù)據(jù)的存區(qū)，可存儲控制過程的所有要保存的信息?？傊?，由于PLC功能之強(qiáng)，

40、發(fā)揮其在控制系統(tǒng)的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人們的想象力，或與其配套的其它硬件設(shè)施了。PLC的外設(shè)很豐富，編程器種類很多，用起來都較方便，還有數(shù)據(jù)監(jiān)控器，可監(jiān)控PLC的工作。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設(shè)計(jì)的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。這些也為PLC編程提供了方便。維修方便：首先PLC工作可靠，出現(xiàn)故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。其次即使PLC出現(xiàn)故障，維修也很方便。這是因?yàn)镻LC都設(shè)有很多故障提示信號，如PLC支持存保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池電壓不足，相應(yīng)的就有電壓低信號指示。而且，PLC本身還可作故障情況記錄。所以，PLC出了故

41、障，很易診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單。改用方便：PLC用于某設(shè)備，若這個設(shè)備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。(3) 工作可靠用PLC實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常可靠的。這是因?yàn)镻LC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實(shí)上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用，也就不成其為PLC了。在硬件方面：PLC的輸入輸出電路與部CPU是電隔離，其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。在軟件方面：PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有

42、序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的“冒險競爭”，其控制結(jié)果總是確定的；而且又能應(yīng)急處理急于處理的控制，保證了PLC對應(yīng)急情況的與時響應(yīng)，使PLC能可靠地工作。PLC還有很多防止與檢測故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號?？赏ㄟ^編制相應(yīng)的用戶程序，對PLC的工作狀況，以與PLC所控制的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，以確保其可靠工作。(4)經(jīng)濟(jì)合算高新技術(shù)的使用必將帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益，這是科技是第一生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是高新技術(shù)生命力之所在。PLC也是如此。盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面與長遠(yuǎn)看，使用PLC還是經(jīng)濟(jì)的。使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少；使

43、用時省電，運(yùn)行費(fèi)少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費(fèi)少；還可再次使用以與能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報(bào)。所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。2.5 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)與抗干擾分析(1) 存儲器容量存儲器用來存儲程序和系統(tǒng)參數(shù)等，其容量是由用戶程序存儲器組成的。程序存儲器容量大小決定了用戶所能編寫程序的最大長度，一般中小型的PLC的存儲器容量在16KB以下，大型的PLC可達(dá)到2MB左右。(2) 輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制所得到的對應(yīng)PLC的輸入/輸出端的個數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，說明需要控制的器件和設(shè)備就越多。(3) 掃描時間掃描時間是指CPU部根據(jù)

44、用戶程序，按邏輯順序，從開始到結(jié)束掃描一次所需的時間。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行指令所用的時間。(4) 指令種類和數(shù)量指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。(5) 部寄存器的種類的數(shù)量部寄存器主要包括定時器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們主要用來完成計(jì)時、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)存儲還有其他一些功能。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)大。(6) 擴(kuò)展能力 PLC擴(kuò)展能力是指PLC是否具有I/O擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)等一些功能。(7) 智能模塊的種類的數(shù)量智能模塊是指能完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以與通信等功能的模塊。智能模塊種類和數(shù)量越多說明PLC功能越強(qiáng)大

45、。(8) 編程工具可以使用編程器或者使用專用的編程軟件。一般編程只能使用助記符語言，而用編程軟件則可使用梯形圖和助記符等語言來進(jìn)行編程。2.5.1 干擾源與干擾一般分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源5。干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。2.5.2

46、PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源(1) 來自空間的輻射干干擾空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置與設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽與高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。(2) 來自系統(tǒng)外引線的干擾主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)

47、場較嚴(yán)重。(3) 來自電源的干擾 實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多， PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)部的變化，入開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)與制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。(4) 來自信號線引入的干擾 與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干

48、擾信號侵入，此干擾主要有兩種途徑： 通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視。 信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。(5) 來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而

49、錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層有會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC邏輯電路和模擬

50、電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序丟失或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動作。(6) 來自PLC系統(tǒng)部的干擾主要由系統(tǒng)部元器件與電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射與其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響與元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績或經(jīng)過考驗(yàn)的系統(tǒng)。2.5.3 PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì) 為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)

51、境中免受或減少外電磁干擾，必須從設(shè)計(jì)階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則6。 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計(jì)生產(chǎn)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中予以全面考慮，并結(jié)合具有情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運(yùn)行可靠性。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時，應(yīng)主要以下兩個方面。(1) 設(shè)備選型在選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系

52、統(tǒng)；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強(qiáng)度和多高頻率的磁場強(qiáng)度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應(yīng)用實(shí)績。 在選擇國外進(jìn)口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低阻電網(wǎng)。由于我國電網(wǎng)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國工業(yè)就不一定能可靠運(yùn)行，這就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13926）合理選擇。(2) 綜合抗干擾設(shè)計(jì)主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要容包括：對PLC系統(tǒng)與

53、外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。2.5.4 主要抗干擾措施(1) 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾(2) 硬件濾波與軟件抗干擾措施(3) 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。工業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜，有時只采用硬件措施不能完全消除干擾

54、的影響，必須用軟件措施加以配合。2.6 西門子S7-300可編程控制器簡述SIMATIC S7 系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價格比較高的PLC系統(tǒng)7。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置為8DI/6DO，可擴(kuò)展27個模塊，最大I/O點(diǎn)數(shù)為64 DI/DO、12 AI/4 AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高檔性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得S7系列PLC成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以與大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。SIMATIC S7-

55、300的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(hù)，其主要功能如下：(1) 高速的指令處理，0.10.6 us的指令處理時間在中等到較低的性能要求圍開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。(2) 人機(jī)界面(HMI)，方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)，因此人機(jī)對話的編程要求大大減少。(3) 診斷功能，CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。(4) 口令保護(hù)，多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。2.7 SIMATIC S7-300系列PLC系統(tǒng)基本構(gòu)成S7-300系列PLC與其它可編程控制器一樣，都采用循環(huán)掃描工作方式。S

56、7-300系列PLC有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。它們的主要性能指標(biāo)如表2-1所示。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能。CPU以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進(jìn)行編程。表2-1 S7-300 CPU性能指標(biāo)CPU 312IFMCPU 313CPU 314CPU 315CPU315-2DP存放程序和數(shù)據(jù)的RAM6KB/典型2KB語句12KB/典型4KB語句24KB/典型8KB語句48KB

57、/典型16K語句48KB/典型16K語句每1K二進(jìn)制語句執(zhí)行時間0.6ms0.6ms0.3ms0.3ms0.3ms位存儲器10242048204820482048計(jì)數(shù)器3264646464定時器64128128128128數(shù)字量輸入/輸出（主機(jī)）144/16128/0512/01024/01024/0模擬量入/輸出（最多）323264128128通信口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口實(shí)時時鐘置置置IM361SM321SM332IM360FM351SM331SM332PS307PGOP其他PLCCPU模塊圖2-2 S7-300系統(tǒng)構(gòu)成2.7.1 SIMATIC S7-300的組成SIMATIC S7