西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8技术支持
用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！
PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。硬件系统配置与建造也非常方便。
正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变，也易于变。
具体地讲，PLC有五个方面的方便：
（1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。
（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。
（3）编程方便：PLC内部没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑的只是入出点。而这个内部入出点用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。……由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。
PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。
PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。
（4）维修方便：这是因为：
①PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的第三个特点时，还将介绍。
②PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。PLC本身还可作故障情况记录。PLC出了故障，很易诊断。诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。
（5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。
1．CPU运算和控制中心起“心脏”作用。
纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
2．存储器
具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
3．输入/输出接口
（1）输入接口：
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，
发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。
在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，三极管在光的照射下导
通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
（2）输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则有电流流过，
继电器线圈没有电流，
常开触点断开，
断开负载的电流或电压。
也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型：
继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载
工业现场传感器与PLC/FCS/DCS、仪器仪表之间输入输出的模拟信号隔离放大器(亦称模拟量隔离变送器)属于模拟信号调理的范畴。模拟信号隔离放大器能有效保护各级控制回路，消除或减弱环境噪声对测试电路的影响，抑制公共接地、变频器、电磁阀及浪涌脉冲对设备的干扰，对下级设备具有信号限压、扼流的功能。是变送器、仪器仪表、变频器、电磁阀、PLC/DCS输入输出及其通讯接口的可靠防护器件。对于有些环境恶劣的工业现场，控制系统错综复杂，高温、震动、潮湿和干扰信号并存，通过隔离放大器将输入输出模拟信号进行放大、转换、远传且各系统回路完全隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。
所谓带宽(bandwidth)又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，带宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备仪器中，带宽通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。
频率响应简称频响，在电子学上用来描述一台仪器仪表、PLC等设备对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样，这也是一个非常重要的参数指标。
带宽指标的测试方法如下，在输入端加上一个频率可调的正弦波模拟信号，输出端可以稳定跟随输入端信号的大频率范围就是带宽。工业信号隔离放大器带宽指标的工程意义是什么呢？在应用当中我们如何理解“带宽”呢？带宽指标反映了隔离放大器对输入信号变化的响应速度。带宽越大，隔离放大器对信号变化的响应速度越快；带宽越小，说明隔离放大器对输入信号瞬间变化反应不敏感，在某些场合也就意味着抗干能力较强。
隔离放大器和隔离变送器的工作原理是将传感器、仪器仪表、PLC等发送与接收的标准信号或温度、位移、频率、转速等专用信号通过半导体器件进行调制，再由光感或磁感器件进行隔离转换变送，进行解调还原成精度、线性度一致的原有信号或变换成其它信号，对隔离前后信号的工作电源进行隔离处理，以保证信号输入、信号输出与辅助电源即变换前后的信号、电源、地之间三隔离。模拟信号隔离放大器和隔离变送器属于工业仪器仪表与传感器分类中的一种器件，其主要功能是模拟量的隔离、放大、转换及变送，就必然有信号带宽和频率响应这个基本的技术指标。
工业现场信号传输干扰处理参考方案(变频器抗EMC干扰专用隔离放大器)：
工业现场有变频控制设备、大功率电磁起动设备、GPS高频信号无线收发装置等存在EMC干扰源的系统，需要针对不同的干扰源及系统控制信号的特性来分析确定干扰信号处理解决方案。
1、传感器输出模拟信号上的干扰
在传感器输出端加装ISO系列模拟信号隔离放大器可以有效解决模拟信号传输过程中的衰减和EMC干扰，增强显示控制系统的稳定性和可靠性。用于变频器抗EMC干扰的模拟信号隔离放大器：ISOEMU-P-O-M系列，是在IC内部加装输入信号干扰抑制滤波电路和输出干扰谐波吸收电路，增强抗EMC电磁干扰和高频信号空间干扰功能。特别适用于现场有变频控制设备、大功率电磁起动、GPS高频信号无线收发装置的场合。
2、高频信号辐射的空间干扰
将各控制系统、设备分别加装金属屏蔽盒(不同频率段使用的金属成分不同)并将外壳可靠接地，信号通讯传输线路采用双绞屏蔽电缆。
3、RS232/RS485的远程通讯线路干扰
在RS232/RS485通讯接口上加装DC-DC隔离模块电源，将通讯供电电源与其它电源直接隔离开来。信号通讯传输线路也要采用双绞屏蔽电缆(屏蔽层接地)。
4、系统供电电源电路中的干扰
现场有大电流晶闸管、变频控制设备、大功率电磁起动装置的，对电源系统的供电参数会产生畸变影响。通过电源电路，干扰信号会进入到现场的各个控制装置。要确定现场的各个装置接地良好，各装置的供电电源要加装与其相匹配的电源滤波器(低通EMI滤波器或抑制电抗器)。
模拟信号隔离放大器隔离变送器的带宽与频响工业现场技术指标选型应用参考：
1、模拟信号在变化频率缓慢(<50Hz)的场合(如测量温度、压力、位移、liuliang等)，可选用带宽较小、低频响的隔离放大器：ISOEMU(A)-P-O-M系列产品(M：表示低频响)。在变频器控制系统中，为抑制和隔离EMC干扰，常选用：ISOEMU-P-O-M系列的隔离放大器。
2、模拟信号在变化频率高(>2KHz)的场合(如测量转速、调节高速电子开关、开关电源的PWM控制等)，为保障采集数据的完整和可靠，常选用高带宽、高低频响的隔离放大器：ISOEMU(A)-P-O-H系列产品(H：表示高频响)。
3、高频与低频响环境以外的大多数系统都选择常规频响(2K)产品：ISOEMA-P-O或ISOEMU-P-O系列。
4、对现场环境有强磁空间干扰(高频电磁大电流负载)场合可选用光电隔离放大器：ISOU(A)-P-O-M系列。
PLC控制系统的安装与调试，涉及到各项工作，并且只能按序进行，一环紧扣一环，稍有不慎都将导致调试失败，不但延误工期，甚至会损坏设备。本文介绍了在现场实践中出的PLC控制系统的安装与调试技术经验，并对现场经常出现的安装、调试相关问题，提出探讨意见和解决方案。
系统的安装与调试
合理安排系统安装与调试程序，是确保高效优质地完成安装与调试任务的关键。经过现场检验并修改后的总程序如图所示。
1、前期技术准备
系统安装调试前的技术准备工作越充分，安装与调试就会越顺利。前期技术准备工作包括下列内容：
(1)熟悉PC随机技术资料、原文资料，深入理解其性能、功能及各种操作要求，制订操作规程。
(2)深入了解设计资料、对系统工艺流程，特别是工艺对各生产设备的控制要求要有全面的了解，在此基础上，按子系统绘制工艺流。程联锁图、系统功能图、系统运行逻辑框图、这将有助于对系统运行逻辑的深刻理解，是前期技术准备的重要环节。
(3)熟悉各工艺设备的性能、设计与安装情况，特别是各设备的控制与动力接线图，并与实物相对照，以及时发现错误并纠正。
(4)在全面了解设计方案与PC技术资料的基础上，列出PC输入输出点号表(包括内部线圈一览表，I/O所在位置，对应设备及各I/O点功能)。
(5)研读设计提供的程序，对逻辑复杂的部分输入、输出点绘制时序图，一些设计中的逻辑错误，在绘制时序图时即可发现。
(6)分子系统编制调试方案，在集体讨论的基础上综合成为全系统调试方案。
2、PLC商检
商检应有甲乙双方共同进行，应确认设备及备品、备件、技术资料、附件等的型号、数量、规格，其性能是否完好待实验室及现场调试时验证。商检结果，双方应签署交换清单。
3、实验室调试
(1)PLC的实验室安装与开通制作金属支架，将各工作站的输入、输出模块固定其上，按安装提要以同轴电缆将各站与主机、编程器、打印机等相连接，检查接线正确，供电电源等级与PLC电压选择相符合后，按开机程序送电，装入系统配置带，确认系统配置，装入编程器装载带、编程带等，按操作规程将系统开通，此时即可进行各项操作试验。
(2)键入工作程序
(3)模拟I/O输入、输出，检查修改程序本步骤的目的在于验证输入的工作程序的正确性，该程序的逻辑所表达的工艺设备的联锁关系是否与设计的工艺控制要求相符，程序是否畅通。若不相符或不能运行完成全过程，说明程序有误，应进行修改。在这一过程中，对程序的理解将逐步加深，为现场调试作好了准备，也可以发现程序不合理和不完善的部分，以便优化。
调试方法有两种：①模拟方法：按设计做一块调试板，以钮子开关模拟输入节点，以小型继电器模拟生产工艺设备的继电器与接触器，其辅助接点模拟设备运行时的返回信号节点。其优点是具有模拟的真实性，可以反映出开关速度差异很大的现场机械触点和PLC内的电子触点相互连接时，是否会发生逻辑误动作。其缺点是需要增加调试费用和部分调试工作量。②强置方法：利用PLC强置功能，对程序中涉及现场的机械触点(开关)，以强置的方法使其“通”、“断”，迫使程序运行。其优点是调试工作量小，简便，不需增加费用。缺点是逻辑验证不全面，人工强置模拟现场节点“通”、“断”，会造成程序运行不能连续，只能分段进行。
根据我们现场调试的经验，对部分重要的现场节点采取模拟方式，其余的采用强置方式，取二者之长互补。
逻辑验证阶段要强调逐日填写调试工作日志，内容包括调试人员、时间、调试内容、修改记录、故障及处理、交接验收签字，以建立调试工作责任制，留下调试的手资料。对于设计程序的修改部分，应在设计图上注明，及时征求设计者的意见，力求准确体现设计要求。
4、PLC的现场安装与检查
实验室调试完成后，待条件成熟，将设备移至现场安装。安装时应符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓紧固；通信电缆要统一型号，不能混用，必要时要用仪器检查线路信号衰减量，其衰减值不超过技术资料提出的指标；测量主机、I/O柜、连接电缆等的对地绝缘电阻；测量系统专用接地的接地电阻；检查供电电源等等，并做好记录，待确认所有各项均符合要求后，才可通电开机。
5、现场工艺设备接线、I/O接点及信号的检查与调整
对现场各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认，在手动方式下进行单体试车；对进入PLC系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点，限位开关、仪表的位式调试开关等)及其与PLC输入模块的连线进行检查并反复操作，确认其正确性；对接收PLC输出的全部继电器、接触器线圈及其他执行元件及他们与输出模块的连线进行检查，确认其正确性；测量并记录其回路电阻，对地绝缘电阻，必要时应按输出节点的电源电压等级，向输出回路供电，以确保输出回路未短路，否则，当输出点向输出回路送电时，会因短路而烧坏模块。
一般来说，大中型PLC如果装上模拟输入输出模块，还可以接收和输出模拟量。在这种情况下，要对向PLC输送模拟输入信号的一次检测或变送元件，以及接收PLC模拟输出的调节或执行装置进行检查，确认其正确性。必要时，还应向检测与变送装置送入模拟输
入量，以检验其安装的正确性及输出的模拟量是否正确并是否符合PLC所要求的标准；向接收PLc模拟输出信号调节或执行元件，送人与PLC模拟量相同的模拟信号，检查调节可执行装置能否正常工作。装上模拟输入与输出模块的PLC，可以对生产过程中的工艺参数(模拟量)进行监测，按设计方案预定的模型进行运算与调节，实行生产工艺流程的过程控制。
本步骤至关重要，检查与调整过程复杂且麻烦，必须认真对待。因为只要所有外部工艺设备完好，所有送入PLC的外部节点正确、可靠、稳定，所有线路连接无误，加上程序逻辑验证无误，则进入联动调试时，就能一举成功，收到事半功倍的效果。
6、系统模拟联动空投试验
本步骤的试验目的是将经过实验室调试的PLC机及逻辑程序，放到实际工艺流程中，通过现场工艺设备的输入、输出节点及连接线路进行系统运行的逻辑验证。
试验时，将PLC控制的工艺设备(主要指电力拖动设备)主回路断开二相(仅保留作为继电控制电源的一相)，使其在送电时不会转动。按设计要求对子系统的不同运转方式及其他控制功能，逐项进行系统模拟实验，先确认各转换开关、工作方式选择开关，其他预置开关的正确位置，通过PLC起动系统，按联锁顺序观察并记录PLC各输出节点所对应的继电器、接触器的吸合与断开情况，以及其顺序、时间间隔、信号指示等是否与设计的工艺流程逻辑控制要求相符，观察并记录其他装置的工作情况。对模拟联动空投实验中不能动作的执行机构，料位开关、限位开关、仪表的开关量与模拟量输入、输出节点，与其他子系统的联锁等，视具体情况采用手动辅助、外部输入、机内强置等手段加以模拟，以协助PLC指挥整个系统按设计的逻辑控制要求运行。
7、PLC控制的单体试车
本步骤试验的目的是确认PLC输出回路能否驱动继电器、接触器的正常接通，而使设备运转，并检查运转后的设备，其返回信号是否能正确送人PLC输入回路，限位开关能否正常动作。
其方法是，在PLC控制下，机内强置对应某一工艺设备(电动机、执行机构等)的输出节点，使其继电器、接触器动作，设备运转。这时应观察并记录设备运输情况，检查设备运转返回信号及限位开关、执行机构的动作是否正确无误。
试验时应特别注意，被强置的设备应悬挂运转危险指示牌，设专人值守。待机旁值守人员发出指令后，PLC操作人员才能强置设备起动。应当特别重视的是，在整个调试过程中，没有充分的准备，绝不允许采用强置方法起动设备，以确保安全。
8、PLC控制下的系统无负荷联动试运转
本步骤的试验目的是确认经过单体无负荷试运的工艺设备与经过系统模拟试运证明逻辑无误的PLC联接后，能否按工艺要求正确运行，信号系统是否正确，检验各外部节点的可靠性、稳定性。试验前，要编制系统无负荷联动试车方案，讨论确认后严格按方案执行。试验时，先分子系统联动，子系统的连锁用人工辅助(节点短接或强置)，进行全系统联动，试验内容应包括设计要求的各种起停和运转方式、事故状态与非常状态下的停车、各种信号等。应尽可能地充分设想，使之更符合现场实际情况。事故状态可用强置方法模拟，事故点的设置要根据工艺要求确定。
在联动负荷试车前，一定要再对全系统进行一次全面检查，并对操作人员进行培训，确保系统联动负荷试车一次成功。
信号衰减问题的讨论
(1)从PLC主机至I/O站的信号大衰减值为35dB。电缆敷设前应仔细规划，画出电缆敷设图，尽量缩短电缆长度(长度每增加1km，信号衰减0.8dB)；尽量少用分支器(每个分支器信号衰减14dB)和电缆接头(每个电缆接头信号衰减1dB)。
(2)通信电缆好采用单总线方式敷设，即由统一的通信干线通过分支器接I/O站，而不是呈星状放射状敷设。PLC主机左右两边的I/O站数及传输距离应尽可能一致，这样能保证一个较好的网络阻抗匹配。
(3)分支器应尽可能靠近I/O站，以减少干扰。
(4)通信电缆末端应接75Ω电阻的BNC电缆终端器，与各I/O柜相连接，将电缆由I/O柜拆下时，带75Ω电阻的终端头应连在电缆网络的一头，以保持良好的匹配。
(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV；必须与高压电缆交叉时，必须垂直交叉。
(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设，以减少交流电源对通信的干扰。同理，通信电缆应尽量避开大电机、电焊机、大电感器等设备。
(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。
(8)电缆敷设时要按0.05%/℃留有余地，以满足热胀冷缩的要求。
(9)所有电缆接头，分支器等均应连接紧密，用螺钉紧固。
(10)剥削电缆外皮时，切忌损坏屏蔽层，切断金属铂与绝缘体时，一定要用剥线钳，切忌刻伤损坏中心导线。
系统接地问题的讨论
(1)主机及各分支站以上的部分，其接地应用10mm2的编织铜线汇接在一起经单独引下线接至独立的接地网，一定要与低压接地网分开，以避免干扰。系统接地电阻应小于4Ω。PLC主机及各屏、柜与基础底座间要垫3mm厚橡胶使之绝缘、螺栓也要经过绝缘处理。
(2)I/O站设备本体的接地应用单独的引下线引至共用接地网。
(3)通信电缆屏蔽层应在PLC主机侧I/O处理模块处一起汇集接到系统的专用接地网，在I/O站一侧则不应接地。电缆接头的接地也应通过电缆屏蔽层接至专用接地网。要特别提醒的是决不允许电缆屏蔽层有二点接地形成闭合回路，否则易引起干扰。
(4)电源应采用隔离方式，即电源中性线浮地，当不平衡电流出现时将经电源中性线直接进入系统中性点，而不会经保护接地形成回路，造成对PLC运行和干扰。
(5)I/O模块的接地接至电源中性线上。
调试中应注意的问题
(1)系统联机前要进行组态，即确定系统管理的I/O点数，输入寄存器、保持寄存器数、通信端口数及其参数、I/O站的匹配及其调度方法、用户占用的逻辑区大小，等等。组态一经确认，系统便按照一定的约束规则运行。重新组态时，按原组态的约定生成的程序将不能在新的组态下运行，否则会引起系统错乱。次组态时一定要慎重，I/O站、I/O点数，寄存器数、通道端口数、用户存储空间等均要留有余地，必须考虑到近期的发展。I/O站、I/O点数、寄存器数、端口数等的设置，都要占用一定的内存，延长扫描时间，降低运行速度。余量又不能留得太多。特别要引起注意的是运行中的系统一定不能重新组态。
(2)对于大中型PLC机来说，由于CPU对程序的扫描是分段进行的，每段程序分段扫描完毕，即更新一次I/O点的状态，大大tigao了系统的实时性。若程序分段不当，也可能引起实时性降低或运行速度减慢的问题。分段不同将显著影响程序运行的时间，特别是对于个别程序段特长的情况尤其如此。一般地说，理想的程序分段是各段程序有大致相当的长度。
结束语
PLC控制系统的安装调试，是一个步调有序的系统工程，步步到位才能使调试成功，本文仅是作者经现场检验的经验文中所述的PLC安装调试流程程序，应用于广东肇庆蓝带啤酒企业内的技术改造中，既缩短了工期，又使调试试车一次成功，取得了令人满意的结果。
