西門子PLC中央控制單元CPU317-2DP原裝正品      西門子PLC中央控制單元CPU317-2DP原裝正品

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在生產(chǎn)機械的自動控制領(lǐng)域，PLC順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用量大面廣。然而，工藝不同的生產(chǎn)機械要求設(shè)計不同的控制系統(tǒng)梯形圖。目前，不少電氣設(shè)計人員仍然采用經(jīng)驗設(shè)計法來設(shè)計PLC順序控制系統(tǒng)，不僅設(shè)計效率低，容易出差錯，而且設(shè)計階段難以發(fā)現(xiàn)錯誤，需要多次調(diào)試、修改才符合設(shè)計要。本文提出的4種簡易設(shè)計方法，能快速地一次設(shè)計成功PLC順序控制系統(tǒng)。

    順序控制系統(tǒng)的特點及設(shè)計思路

    1．特點順序控制系統(tǒng)是指按照預(yù)定的受控執(zhí)行機構(gòu)動作順序及相應(yīng)的轉(zhuǎn)步條件，一步一步進行的自動控制系統(tǒng)。其受控設(shè)備通常是動作順序不變或相對固定的生產(chǎn)機械。這種控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)步主令信號大多數(shù)是行程開關(guān)（包括有觸點或無觸點行程開關(guān)、光電開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾元件開關(guān)等位置檢測開關(guān)），有時也采用壓力繼電器、時間繼電器之類的信號轉(zhuǎn)換元件作為某些步的轉(zhuǎn)步主令信號。

    為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠，通常采用步進式順序控制電路結(jié)構(gòu)。所謂步進式順序控制，是指控制系統(tǒng)的任一程序步（以下簡稱步）的得電必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)步主令信號已發(fā)出為條件。對生產(chǎn)機械而言，受控設(shè)備任一步的機械動作是否執(zhí)行，取決于控制系統(tǒng)前一步是否已有輸出信號及其受控機械動作是否已完成。若前一步的動作未完成，則后一步的動作無法執(zhí)行。這種控制系統(tǒng)的互鎖嚴密，即便轉(zhuǎn)步主令信號元件失靈或出現(xiàn)誤操作，亦不會導(dǎo)致動作順序錯亂。

    2．設(shè)計思路本文提出的4種簡易設(shè)計方法都是先設(shè)計步進階梯，在步進階梯實現(xiàn)由轉(zhuǎn)步主令信號控制輔助繼電器得失電；然后根據(jù)步進階梯設(shè)計輸出階梯，在輸出階梯實現(xiàn)由輔助繼電器控制輸出繼電器得失電。這4種設(shè)計法所設(shè)計的梯形圖電路結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的指令應(yīng)適用于大多數(shù)PLC機型，具有通用性。

    由于各種PLC機型的編程元件代號及其編號不盡相同，為便于闡述，本文約定：所有梯形圖中的輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器（又稱內(nèi)部繼電器）的代號分別為：X、Y、M。設(shè)計中所用到的某些功能指令，如置位指令約定為S×，復(fù)位指令為R×；移位指指令為SR×。其中的“×”表示編程元件的編號，用十進制數(shù)表示。用這些方法設(shè)計實際的控制系統(tǒng)時，應(yīng)將編程元件代號和編號變換成所選用的PLC機型對應(yīng)的代號和編號。

如圖2b所示。其設(shè)計方法是：（1）在控制流程圖中，找出某輸出繼電器M在哪一步開始得電和在哪一步開始失電，以此確定其得電信號（步進階梯中使M開始得電的輔助繼電器常開觸點）和失電信號（步進階梯中使M開始失電的輔助繼電器常閉觸點）；（2）將得電信號、失電信號和受控輸出繼電器線圈串聯(lián)。如果某個輸出繼電器在一個工作循環(huán)中多次得電失電，則將每次得失電的串聯(lián)信號互相并聯(lián)即可。例如，圖1中輸出繼電器Y1要求在步1和步3得電，在其余步失電。在圖2b畫其控制回路時，將圖1所示的**次得電信號M1和**次失電信號M2串聯(lián)，第二次得電信號M4和第二次失電信號串聯(lián)，然后將二者并聯(lián)起來，再與Y1的線圈串聯(lián)便構(gòu)成Y1的控制回路。其余依此類推。

    二、逐步得電逐步失電型步進順序控制系統(tǒng)設(shè)計法

    1．步進階梯設(shè)計

    按圖1所示的控制流程，采用逐步得電逐步失電型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法設(shè)計的步進階梯如圖4a所示，其電路結(jié)構(gòu)與圖3的不同點之一是每步的失電由下一步輔助繼電器的常閉接點控制；之二是步1回路必須串聯(lián)步2至**工作步4的輔助繼電器常閉觸點。以防電路工作時，因誤操作再次起動而導(dǎo)致控制順序錯亂。其余的電路結(jié)與圖3相同。

    2．輸出階梯設(shè)計輸出階梯如圖4b所示，輸出繼電器的控制回路根據(jù)控制流程直觀確定。例如，輸出繼電器Y1要求在步1、3得電，則將步1、3的輔助繼電器M1、M3的常開觸點并聯(lián)，再與Y1的線圈串聯(lián)即可。其余輸出繼電器的控制回路構(gòu)成方法與此相同。

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、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)置于所射頻場內(nèi)，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內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信內(nèi)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)備布置及設(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局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

　　(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)場較嚴重。
西門子PLC中央控制單元CPU317-2DP　　(3)來自電源的干擾

　　實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調(diào)試中遇到過，后更換隔離性能更高的PLC電源，問題才得到解決。

　　PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，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)內(nèi)部的變化，入開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流轉(zhuǎn)動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路到電源邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，**隔離是不可能的。

　　(4)來自信號線引入的干擾西門子PLC中央控制單元CPU317-2DP

　　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號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是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。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

　?。?）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾西門子PLC中央控制單元CPU317-2DP

　　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；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。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電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，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，當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時，地線電流將更大。
西門子PLC中央控制單元CPU317-2DP　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)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)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。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的邏輯運算和數(shù)據(jù)存儲，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。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重失真和誤動作。