PLC基础知识，详细解说PLC的优势，特点，功能，分类，应用领域及安装注意事项

可编程控制器（Programmable Logic Controller）是计算机编程的一种，简称PLC
一、PLC的主要优势：1、现场可修改程序且编程方便简单；2、整体模块化结构后维修起来方便；3、比继电器控制装置更稳定和可靠；4、体积小，能节省控制柜的空间布局也随之变得美观；5、计算机可随时监控产线的生产状况，及时发现故障及时处理；6、价格较继电器控制装置便宜，还节省了维护难度和时间成本；二、PLC的主要特点：1、可靠性和稳定性高（1）I/O接口电路都是采用光电隔离，PLC内部电路与外部电路之间隔离减少信号干扰。（2）每个输入端都是采用滤波器，滤波时间通常为10ms~20ms。（3）各部分模块都采取了防干扰措施，能防止辐射的干扰。（4）内部开关电源性能好。（5）每一个电子元器件选型都通过严格的筛选。（6）自带内部诊断功能，电源或其它硬件出现故障或异常情况时，CPU立即通过指示灯报警或采用有效措施，这样可以防止故障发生造成不必要的损失。（7）大型的PLC可编程控制器还使用双CPU构成冗余系统，甚至有的还用三个CPU来构成表决系统,使得PLC的可靠性大大提升。2、I/O模块适用性强及功能多样化对于不同的生产现场的信号PLC的I/O功能模块都相匹配，比如：电源是AC或DC；输出输入时开关量还是模拟量；脉冲信号或持续信号等。与生产现场的各种器件和设备都可以直接连接，比如：微动开关、接近开关、驱动器、变频器、感应器、按钮开关、电磁阀，接触器等等。除此之外为了更好的进行操纵性能还具有多种人-机对话的语音模块; 为了通过网络管理生产现场和监控生产现场还有各种通讯联网的接口模块，还有蓝牙模块等等。3、结构的模块化除了小型单元式的PLC以外，为了适用于各种生产现场的控制需求，所以绝大多数PLC都采取了结构的模块化。PLC可编程控制器的每一个部件，甚至包括电源、CPU和I/O都是采用模块化结构的设计，其规模和功能可根据用户需求来自由组合，模块化的好处还大大方便了维护和修理，哪个部位模块出问题直接更换掉就立即让系统恢复运行。4、编程方式简单上手快PLC可编程控制器的编程方式大部分都是类似于继电器控制逻辑的梯形图，对编程人员而言，不需要具备计算机的专门知识和编程C语言，所以一般的电气工程师很容易理解和掌握。5、安装方便和维护简单PLC可编程控制器可在各种生产加工环境下运行。只要将生产现场的设备与PLC对应的I/O端口连接起来，就可以立即启动作业。PLC模块上有运行和故障指示灯，方便维护人员对运行情况和故障查找的了解。三、PLC的主要功能：1、逻辑指令控制2、定时器指令控制3、计数器指令控制4、步进(顺序)指令控制5、PID指令控制6、数据处理控制7、通讯和联网控制8、另外：PLC还拥有许多特殊的功能模块，比如：定位控制模块和CRT模块等等。四、PLC的主要分类： 1、根据I/O输出输入点数和内存容量分类 PLC为了满足和适应在不同的生产控制的要求，使用的处理输入信号数量都是不一样的。根据I/O点数的多少和程序内存容量的大小，PLC分为小、中、大等几种类型。 (1)小型PLC 小型PLC的I/O输出输入点数通常在256个以下，内存容量一般为2K，1K等于1024，储存一个1或0的二进制码称之为一位，一个字是16位，小型PLC也有运算、数据通信和模拟量处理等功能。 (2)中型PLC 中型PLC的I/O输出输入点数通常在256 - 2048点之间，内存容量一般为2~8K，中型PLC具有逻辑运算、算术运算、数据传送、模拟量处理、中断等功能，广泛使用在开关量、模拟量还有数字量与模拟量混合控制的控制系统中。 (3)大型PLC 大型PLC的I/O输出输入点数通常在2048点以上，内存容量高达8K以上，大型PLC具有逻辑运算、算术运算、模拟量处理、联网通信、监视记录、中断、智能控制、远程控制等功能，能够完成比较大规模的控制，还可以形成分布式控制网络，完成整个工厂的网络自动化的控制。 2．根据硬件的结构分类 根据PLC硬件安装结构及外形的特征，则PLC可分为整体式、模块式和混合式三种。 (1)整体式的结构 所谓的整体式结构指的是将PLC电源、CPU、I/O端口装在一个箱体内，被称之为基本单元。还包括整体的每个部分组成、工作开关、模拟电位器、模块扩展端口、状态指示灯、程序存储卡及I/O接线端口等。除此之外还有主机箱外部的RS -485通信接口，可用于连接编程器（手持调试盒或计算机电脑）、触摸屏、PLC网络连接等外部设备。整体式结构具有紧凑、体积小、重量轻及价格低等特点，但是整体式结构的主机I/O点数固定，使用不灵活。通常市面上的小型PLC基本采用这种结构，例如三菱品牌PLC的FX1S系列。
整体式结构的PLC为了让功能得以扩展还可配备特殊功能模块，如：模拟量模块、位置控制模块等。
(2)模块式的结构
为了使用扩展方便部分小型的PLC和中、大型的PLC，一般采用模块式的结构，PLC的结构则是由机架和模块两个部分组成，每个机架之间则采用接口模块和电缆连接在一起。模块式结构又称之为积木式结构。把PLC的各个工作单元全部制作成独立的模块是模块式结构的特点，比如：中央处理器模块、输入输出模块、通信模块等。然后用带有插槽的母板将这些模块依照控制系统的需要选取后全部插到母板上，就组成了一个完整的PLC。这种模块式结构的PLC有配置灵活、组装容易、扩展方便的三大优点，但是缺点是结构比较复杂、体积也相对比较大、而且造价也特别高。这种结构多半用在大、中型PLC上，例如三菱PLC的Q系列。
(3)混合式的结构
混合式结构的特点是把整体式结构和模块式结构两者相结合。将某种系列的PLC外形都制作成一样的外观和尺寸，在不使用模块式结构PLC中的母板的情况下将CPU、I/O口及电源等各个单元利用电缆连接起来，在安装控制设备时可以一层一层地叠装，这样就形成了混合式结构的PLC。不仅系统的配置灵活多变，体积也会大大缩小。混合式结构的PLC在自动化领域使用非常广泛。
3．根据PLC功能大小分类
根据PLC功能的大小可分为低端PLC、中端PLC、高端PLC三种。
低端PLC具有逻辑控制、定时、计数、模拟量的处理、算术运算及数据传输等功能。实现了逻辑、顺序、计时、计数等控制。主要应用在逻辑控制、顺序控制及少量模拟量控制的控制系统中。
中端PLC不仅包含了低端PLC的功能，还具备了较强的模拟量输入和输出、算术运算、数据传输、通信联网等功能，控制功能既可完成有开关量又可完成有模拟量的。部分中端PLC还增加了中断、PID等控制功能，适和复杂的控制系统中应用。
高档PLC则具备中档机的功能外，还增加了有符号的算术运算、矩阵运算等功能，大大提高了运算的能力。此外高档机还拥有模拟调节、通讯联网、监控、记录及打印等功能，使得PLC的功能更多更强，能满足远程控制及大规模系统控制的要求，形成集散型控制系统。
五、PLC的应用领域
目前，PLC应用领域在世界广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、机械制造、汽车、交通运输及娱乐场所等各种行业之中，应用方式可分为以下几种：
1．开关量控制逻辑
替代了传统的继电器控制方式，实现了逻辑和顺序的控制，可应用在单台设备控制，也可应用在多种设备群控及自动化流水线。例如注塑机、铣床、车床、磨床、打包流水线等。
2．生产过程控制
在工业生产过程中，需要处理一些如温度、压力、流量和速度等连续变化的模拟量，PLC可通过A/D和D/A转换模块及各种算术算法程序来处理这些连续变化的模拟量，从而形成一个闭环的控制方式。一般的闭环控制系统中应用最多的一种调节方法是PID调节。生产过程控制大多应用在冶金、化工、热处理等场合。
3．运动控制
PLC可应用在圆周运动和直线运动的控制当中。有专门的运动控制模块，例如用来驱动步进电机或伺服电机位置控制模块，广泛用应用在机床、机械手、电梯等场合。
4．数据的处理
PLC具有算术运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传输、数据转换等功能，能有效完成数据的收集、解析及处理。数据处理通常广泛应用在造纸、冶金、食品加工等大型控制系统中。
5．通讯及联网
PLC通讯包括PLC与PLC之间的通讯还有PLC与其它自动化设备之间的通讯。随着自动化网络的日益发展，现在基本上所有的PLC都有通讯端口，通讯也十分的方便。
六、PLC应用注意事项
PLC设备一般应用在生产自动化控制中，所以不用采取什么措施，就能在产业环境下使用。但是PLC虽然有着可靠性较高和抗干扰能力较强的特点，可是如果生产环境非常恶劣，信号干扰特别严重或使用安装不合理的情况下，还是有可能会造成内部数据处理异常，导致错误信号输入并造成错误输出的现象，从而造成生产设备的失控和错误动作，这样就无法保证PLC的正常运作，要想进一步增强PLC控制系统可靠性，首先要求PLC品牌厂家进一步增强PLC的抗干扰能力；其次要在设计、安装及使用维护过程中严格要求不得使用不当，只有这样才可以完善和有效地增强PLC系统的抗干扰能力。以下为PLC使用中需要注意的几个事项：
1．使用环境及场合
（1）温度
PLC安装环境温度在0~60℃为宜，不可将PLC安装在发热量较大的元器件下面，PLC的周围必需保持足够大的空间来通风和散热。
（2）湿度
为了确保PLC设备的尽缘性能，故空气湿度应保持在80%以下，空气中不得有凝露。
（3）震动
使用PLC设备必须与强烈的震动源保持合适的距离，允许振动频率范围为15~60Hz的连续振动。如果PLC作业环境无法避免震动时，需要采取有效的减震措施。
（4）空气
使用环境空气中需避免有腐蚀及易燃的气体，如：硫化氢、氯化氢等。如果使用环境空气中夹杂着大量的粉尘或腐蚀性气体时，那么安装PLC的电控箱或电控柜需要做封闭式处理，比如电控柜或电控箱的门缝假装正空泡棉条，出线进线口需进行打胶处理。
（5）电源
PLC对电源线的干扰具有良好的抵制效果。如果使用在可靠性要求极高或电源干扰非常严重的环境下，需要加装一台带油屏蔽层的隔离变压器，降低PLC设备与地间的干扰。通常PLC内部有开关电源模块可以提供直流24V给输入端，如果输入端使用的是外接直流电源的话，需要选择直流稳压开关电源。因为一般的整流滤波电源有纹波的影响，会造成PLC接收到错误的信号。
2．控制系统中设备干扰源
现场电磁干扰是PLC控制系统中比较常见的也是最容易影响系统可靠性能的因素之一，先找出问题根本所在，才能找出解决问题的办法。所以要知道现场各个设备的干扰源。
（1）干扰源分类
PLC控制系统中的干扰源大部分来自电流或电压剧烈变化的位置，原因是电流所产生得磁场，从而对设备产生了电磁辐射，磁场的改变会产生电流，电磁高速产生电磁波造成干扰。电磁干扰按干扰的模式不同可分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地所产生的电位差，主要是由电力网串进、对地电位差和空间电磁辐射在信号线上感应的共态电压叠加所形成的。而共模电压通过不对称得电路时则转换成差模电压，直接可以影响到测控信号，从而造成元器件的损坏，这样的共模干扰可以时直流也可以是交流。差模干扰指的是作用于信号两极之间的干扰电压，是由空间电磁场在信号间耦合感应和不平衡电路转换共模干扰所产生的电压，这样的干扰一直叠加在信号上，会影响控制的精度。
（2）PLC控制系统中的干扰源
a、来自强电的干扰
PLC设备的一般供电电源是电网供电。因为电网的覆盖范围比较广，因此它所受到的空间电磁干扰在线路上。特别是电网的内部变化，闸刀开关分合产生的浪涌、大型电力设备的起停、交流和直流传动装置产生的谐波、电网短路所导致的暂态冲击等，都可以通过线路传到电源的原边。
b、电控柜内部干扰
电控柜内的高压电器、大型电感负载、混乱的布线等都会对PLC造成干扰。
c、来自信号线的干扰
PLC控制系统上连接着各种信号输入线，除了有效的各种信号输入以外，总有外部的一些干扰信号侵入。这种干扰主要有两个途径：一是由变送器的供电电源或共用信号仪表的供电电源串进的电网干扰；二是信号线受到空间电磁辐射感应的干扰，这种现象是非常严重的。会造成I/O信号工作异常和控制精度降低，严重时还会造成元器件损坏。
d、来自接地系统的干扰
接地是电子设备电磁兼容性的一种有效手段。正确的接地可以抑制电磁干扰的影响还能抑制设备向外发出干扰；而不正确的接地则会造成严重的干扰信号，从而导致PLC系统无法正常运行。
e、来自PLC系统内部的干扰
PLC系统内部的干扰是系统内部元器件和电路之间的电磁辐射所造成，例如逻辑电路相互辐射对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地之间的互相影响以及元器件之间的不匹配使用等。
f、变频器干扰
变频器在启动或运行过程中所产生的谐波会干扰电网的传导，引起电网电压畸变，降低电网的供电质量；变频器输出时还会产生非常强的电磁辐射干扰，干扰周边设备的正常运行。
3．采取哪些措施来抗干扰
（1）电源共道的处理，减少电网引进的干扰
对于电源引进的电网干扰可通过加装带有屏蔽层的隔离变压器选择变比为1:1，可抑制设备与地间的干扰，也可以在电源输入端串连一个LC滤波电路。
（2）安装与布线
a、动力线、控制线、PLC电源线及I/O线需要分别来配线，PLC和I/O与隔离变压器间应该采用双胶线连接。PLC的I/O信号线与大功率线需要分开来走线，如果一定要在同一个线槽走线，那么将交流线和直流线分开扎在一起，条件允许的话，最好采取分槽走线，这样不但有尽可能大的空间间隔，还可以将干扰降到最低。
b、PLC应该避开强干扰源，不能和高压电器安装在同一个电控柜。在电控柜力PLC应避开动力线保持间隔200mm以上为宜。与PLC安装于同一个柜子内的电感性元器件，像功率较大的继电器线圈、接触器线圈，可并联一个RC消弧电路。
c、I/O端口的输入和输出要分开走线，开关量与模拟量也要分开走线。模拟量信号线应选择屏蔽线传送，屏蔽层的一端需接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的十分之一。
d、交流输出线和直流输出线不得使用同一根电缆，输出线应避开高压线和动力线，不可保持并行。
（3）I/O输入输出接线
a、输入接线不要太长。但是环境干扰较小，压降又不大的情况下，输入接线可适当长点。
b、输入/输出线不可使用同一根电缆线，必须将输进/输出线分开。
c、输出元件封装在电路板上连接至端子板，如果连接输出元件的负载一旦短路就会烧毁电路板。
d、使用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小会直接影响继电器使用的寿命，所以使用电感性负载时应加隔离继电器。
e、PLC输出负载时会产生干扰，所以要采取相应的措施控制，例如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管和双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
（4）选择正确的接地点
正确的接地是PLC可靠工作的重要条件，可避免发生的电压冲击危害。一般接地的目的有两个，一是为了安全，二是为了减少干扰。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地及保护地等等。接地系统混乱会造成PLC系统的干扰，不同接地点之间又存在地电位差，会产生地环路电流，影响控制系统的正常运行。例如电缆屏蔽层的一端必须接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流通过屏蔽层，当遇到异常状态发生吃如雷击，地线电流会变得更大。
此外，屏蔽层、接地线及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。如果系统地和其它接地处理得比较混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内部逻辑电路及模拟电路的正常运作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰轻易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致丈量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。