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電氣控制柜設(shè)計制作：結(jié)構(gòu)與工藝篇

PLC內(nèi)部許多具有不同功能的元件，這些元件是由電子電路和存儲器組成的。例如，輸入繼電器（X）是由輸入電路和輸入映像寄存器組成的，輸出繼電器（Y）是由輸出電路和輸出映像寄存器組成，定時器（T）、計數(shù)器 （C）、輔助繼電器（M）、狀態(tài)繼電器（S）、數(shù)據(jù)寄存器（D）、變址寄存器（Ⅴ、Z）等都是由存儲器組成的。

為了把它何與通常的硬件元件區(qū)分開，通常把這些元件稱為軟元件，它們是等效抽象的模擬的元件，并非實際的物理元件。以工作過程來看，只注重元件的功能，按元件的功能給予名稱，并且每個元件都是有確定的地址編號。

1、輸入繼電器（X）；它與PLC的輸入端子相連，是PLC接收外部開關(guān)信號的大門，PLC通過輸入端子將外部信號狀態(tài)讀入并存儲在輸入映像寄存器中。與輸入端子連接的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，在PLC程序中其動合觸點、動斷觸點很多很多。

例如：FX2NPLC的輸入繼電器采用八進制地址編號，如Xo~X7、X10~X17、X20~X27等。 PLC輸入信號的接線圖參考下面圖示。

如把啟動按鈕SB1信號和停止按鈕SB2信號送入到PLC，分別把其一端接到Xo求X1，另一端接到輸入端的CoM場，即可把對應(yīng)的按鈕開關(guān)信號送入PLC中。如果SB1按鈕為0FF狀態(tài)，則在PLC程序中的Xo的所有觸點都是保持原有狀態(tài)，即動合觸點保持斷開，動斷觸點保持閉合。如果SB1按鈕為0N狀態(tài)，則在pLC程序中的X0的所有觸點都要動作，即動斷觸點斷開，動合觸點閉合。

2、輸出繼電器（Y）；輸出繼電器與PLC的輸出端子相連，它是PLC向外部負載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器是用來將PLC的輸出信號傳送給輸出單元，再由輸出單元來驅(qū)動外部負載。在PLC程序中有輸出繼電器的線圈及其觸點。 在程序中其線圈一般只出現(xiàn)一次，而其觸點可以不受限制。其地址編號與輸入繼電器類似，采用八進制地址編號，如Y0~Y7、Y10~Y17、Y20~Y27等。

當PLC程序中的Y0線圈狀態(tài)接通為0N時，則程序中Y0的所有觸點就會動作，動合觸點閉合，動斷觸點斷開。并且在外圍電路（見上圖所示），Y0端子與C0M1端子會連通，則Y0所控制的負載HL1就會接通其工作電源而點亮。當程序中Y0的線圈斷開為0FF時，程序中Y0的所有觸點保持原來狀態(tài)，動合觸點斷開，動斷觸點閉合。并且在外圍電路中，Y0端子與C0M1端子會斷開，則Y0所控制的負載HL1未接通，其工作電源控制的燈不亮。

學(xué)習(xí)PLC靠老師教一部分，主要靠自己動手，并且要系統(tǒng)的學(xué)習(xí)PLC的一系列知識。剛開始入門覺得有點難，等你嘗到它的其中樂趣時，就會樂不思蜀。學(xué)習(xí)時一步一個腳印，由淺而深，由簡單到復(fù)雜，技術(shù)沒有捷徑可走。

PLC的容量包括I／O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。

(一)I／O點數(shù)的選擇

PLC平均的I／O點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I／O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點少，但必須留有一定的裕量。

通常I／O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％~15％的裕量來確定。

(二) 存儲容量的選擇

用戶程序所需的存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25％之多，所以對于初學(xué)者應(yīng)該在存儲容量估算時多留裕量。

PLC的I／O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I／O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加20％~30％的裕量。

存儲容量（字節(jié)）＝開關(guān)量I／O點數(shù)×10 ＋ 模擬量I／O通道數(shù)×100

另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。

PLCI/O模塊的選擇步驟與原則

一般I／O模塊的價格占PLC價格的一半以上。PLC的I／O模塊有開關(guān)量I／O模塊、模擬量I／O模塊及各種特殊功能模塊等。不同的I／O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價格，應(yīng)當根據(jù)實際需要加以選擇。

（一）開關(guān)量I／O模塊的選擇

1. 開關(guān)量輸入模塊的選擇

開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的開關(guān)信號，將信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面：

1）輸入信號的類型及電壓等級

開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。

開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。話?Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于傳輸距離較近場合，如5Ｖ輸入模塊遠不得超過１０米。距離較遠的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的模塊。

2）輸入接線方式

開關(guān)量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式，

匯點式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。

3）注意同時接通的輸入點數(shù)量

對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60％。

4）輸入門檻電平

為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。

2. 開關(guān)量輸出模塊的選擇

開關(guān)量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面：

1）輸出方式

開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。

繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，高低壓開關(guān)電氣柜，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅(qū)動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。

對于頻繁通斷的負載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。

2）輸出接線方式

開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式，

分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。

3）驅(qū)動能力

開關(guān)量輸出模塊的輸出電流(驅(qū)動能力)必須大于PLC外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。

4）注意同時接通的輸出點數(shù)量

選擇開關(guān)量輸出模塊時，還應(yīng)考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V／2A的８點輸出模塊，每個輸出點可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60％。

5)輸出的上限電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)

開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的上限電流。另外，晶閘管的上限輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應(yīng)注意。

（二）模擬量I／O模塊的選擇

模擬量I／O模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC內(nèi)部總線相連，同時為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（A／D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出(D／A)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。

典型模擬量I／O模塊的量程為-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根據(jù)實際需要選用， 同時還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。

一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）。

(三)特殊功能模塊的選擇

目前，PLC制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的I／O模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型I／O模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等。

　一、查找故障的設(shè)備

　　 PLC的指示燈及機內(nèi)設(shè)備，有益于對PLC整個控制系統(tǒng)查找故障。編程器是主要的診斷工具，他能方便地插到PLC上面。在編程器上可以觀察整個控制系統(tǒng)的狀態(tài)，當您去查找PLC為核心的控制系統(tǒng)的故障時，作為一個習(xí)慣，您應(yīng)帶一個編程器或筆記本。

　　二、基本的查找故障順序

　　提出下列問題，并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的合理動作逐個否定。一步一步地更換各種模塊，直到故障全部排除。所有主要的修正動作能通過更換模塊來完成。 除了一把螺絲刀和一個萬用電表外，并不需要特殊的工具，不需要示波器，精密電壓表或特殊的測試程序。

　　1、PWR（電源）燈亮否？

　　如果不亮，在采用交流電源的框架的電壓輸入端（98-162VAC或195-252VAC）檢查電源電壓；對于需要直流電壓的框架， 測量+24VDC和0VDC端之間的直流電壓，如果不是合適的AC或DC電源，則問題發(fā)生在PLC之外。如AC或DC電源電壓正常，但PWR燈不亮，檢查保險絲， 如必要的話，就更換CPU框架。

　　2、PWR（電源）燈亮否？

　　如果亮，檢查顯示出錯的代碼，對照出錯代碼表的代碼定義，做相應(yīng)的修正。

　　3、RUN（運行）燈亮否？

　　如果不亮，檢查編程器是不是處于PRG或LOAD位置，或者是不是程序出錯。如RUN燈不亮，而編程器并沒插上，或者編程器處于RUN方式 且沒有顯示出錯的代碼，則需要更換CPU模塊。

　　4、BATT（電池）燈亮否？

　　如果亮，則需要更換鋰電池。由于BATT燈只是報警信號，即使電池電壓過低，程序也可能尚沒改變。更換電池以后，工控電氣柜， 檢查程序或讓PLC試運行。如果程序已有錯，在完成系統(tǒng)編程初始化后，將錄在磁帶上的程序重新裝入PLC。

　　5、在多框架系統(tǒng)中，如果CPU是工作的，可用RUN`繼電器來檢查其它幾個電源的工作。如果RUN繼電器未閉合(高阻態(tài))，按上面講的第yi步檢查AC或DC電源如AC或DC電源正常而繼電器是斷開的，則需要更換框架。

　　三、一般查找故障步驟

　　 其他步驟于用戶的邏輯知識有關(guān)。下面的一些步驟，實際上只是較普通的，對于您遇到的特定的應(yīng)用問題，尚修改或調(diào)整。查找故障的工具就是您的感覺和經(jīng)驗。首先，插上編程器，并將開關(guān)打到RUN位置，然后按下列步驟進行。

　　1、如果PLC停止在某些輸出被激勵的地方，一般是處于中間狀態(tài)，則查找引起下一步操作發(fā)生的信號（輸入，定時器，線川，低壓電氣柜，鼓輪控制器等）。 編程器會顯示那個信號的ON/OFF狀態(tài)。

　　2、如果輸入信號，將編程器顯示的狀態(tài)與輸入模塊的LED指示作比較，金水區(qū)電氣柜，結(jié)果不一致，則更換輸入模塊。入發(fā)現(xiàn)在擴展框架上有多個模塊要更換， 那么，在您更換模塊之前，應(yīng)先檢查I/O擴展電纜和它的連接情況。

　　3、如果輸入狀態(tài)與輸入模塊的LED指示指示一致，就要比較一下發(fā)光二極管與輸入裝置（按鈕、限位開關(guān)等）的狀態(tài)。入二者不同，測量一下輸入 模塊，如發(fā)現(xiàn)有問題，需要更換I/O裝置，現(xiàn)場接線或電源；否則，要更換輸入模塊。

　　5、如信號是線川，沒有輸出或輸出與線川的狀態(tài)不同，就得用編程器檢查輸出的驅(qū)動邏輯，并檢查程序清單。檢查應(yīng)按從有到左進行， 找出第yi個不接通的觸點，如沒有通的那個是輸入，就按第二和第三步檢查該輸入點，如是線川，就按第四步和第五步檢查。要確認使主控繼電器步影響邏輯操作。

　　6、如果信號是定時器，而且停在小于999.9的非零值上，則要更換CPU模塊。

　　7、如果該信號控制一個計數(shù)器，首先檢查控制復(fù)位的邏輯，然后是計數(shù)器信號。按上述2到5部進行。

　　四、更換系統(tǒng)的步驟

　　1、更換框架

　?。?）切斷AC電源 ；如裝有編程器，拔掉編程器 。

　?。?）從框架右端的接線端板上，拔下塑料蓋板，拆去電源接線。

　?。?）拔掉所有的I/O模塊。如果原先在安裝時有多個工作回路的話，不要搞亂IU/O的接線，并記下每個模塊在框架中的位置，以便重新插上時不至于搞錯。

　?。?）如果CPU框架，拔除CPU組件和填充模塊。將它放在安全的地方，以便以后重新安裝.

　?。?）卸去底部的二個固定框架的螺絲，松開上部二個螺絲，但不用拆掉。

　　（6）將框架向上推移一下，然后把框架向下拉出來放在旁邊。

　?。?）將新的框架 從頂部螺絲上套進去，

　?。?）裝上底部螺絲，將四個螺絲都擰緊。

　　（9）插入I/O模塊，注意位置要與拆下時一致。

　　如果模塊插錯位置，將會引起控制系統(tǒng)危險的或錯誤的操作，但不會損壞模塊。

　?。?0）插入卸下的CPU和填充模塊。

　?。?1）在框架右邊的接線端上重新接好電源接線，再蓋上電源接線端的塑料蓋。

　?。?2）檢查一下電源接線是否正確，然后再通上電源。仔細地檢查整個控制系統(tǒng)的工作，確保所有的I/O模塊位置正確，程序沒有變化。

　　2、CPU模塊的更換

　?。?）切斷電源，如插有編程器的話，把編程器拔掉。

　?。?）向中間擠壓CPU模塊面板的上下緊固扣，使它們脫出卡口。

　?。?）把?？鞆牟壑写怪卑纬?。

　　（4）首先將印刷線路板對準底部導(dǎo)槽。將新的CPU模塊插入底部導(dǎo)槽。

　?。?）輕微的晃動CPU模塊，使CPU模塊對準頂部導(dǎo)槽。

　　（6）把CPU模塊插進框架，直到二個彈性鎖扣扣進卡口。

　?。?）重新插上編程器，并通電。

　?。?）在對系統(tǒng)編程初始化后，把錄在磁帶上的程序重新裝入。檢查一下整個系統(tǒng)的操作。

　　3、I/O模塊的更換

　?。?）切斷框架和I/O系統(tǒng)的電源。

　?。?）卸下I/O模塊接線端上塑料蓋。拆下有故障模塊的現(xiàn)場接線。

　?。?）如果CPU上裝著EPROM存儲器，把EPROM拔下，裝在新的CPU上?！?/p>

　?。?）垂直向上拔出i/o模塊。