PLC

PLC的工作过程，PLC的运行方式
最初研制生产的 PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：
(1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。
(2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1、扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
(1)输入采样阶段
在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
(2)用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段， PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
(1)输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后， PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
比较下二个程序的异同：

程序 1：

程序 2：
这两段程序执行的结果完全一样，但在 PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新；
程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。
这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
一般来说， PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

2、PLC的I/O响应时间
为了增强 PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。
为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制， PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。
以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。
所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如图所示：
最短 I/O响应时间： 
最长 I/O响应时间：

以上是一般的PLC的工作原理，但在现代出现的比较先进的PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立的工作，提高了PLC的执行效率。在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原理，才能编写出质量好、效率高的工艺程序。
PLC的硬件组成
PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图1所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2所示。无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。

图1  整体式PLC组成框图

图2  模块式PLC组成框图
尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。
1．中央处理单元（CPU）
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等)。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。
目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中多达8  个CPU。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。
在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：
1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。
4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
5）
根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。
2．存储器
存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM 、EPROM和EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。
用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。
工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。
由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。
3．输入/输出单元
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。
PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。
由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口要实现这种转换。I/O接口一般都具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力。另外，I/O接口上通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。
PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样功能的I/O接口供用户选用。I/O接口的主要类型有：数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。
常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口，其基本原理电路如图3所示。

图3  开关量输入接口
a）直流输入   b）交流输入   c）交/直流输入
常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出，其基本原理电路如图4所示。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。

图4  开关量输出接口
a）继电器输出   b）晶体管输出   c）晶闸管输出
PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC输入/
输出（I/O）点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。
4．通信接口
PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其它PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。
与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。
远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。
5．智能接口模块
智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。
PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。
6．编程装置
编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC厂家生产，专供该厂家生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类。
简易型编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插座上，或者用专用电缆与PLC相连，以方便编程和调试。有些简易编程器带有存储盒，可用来储存用户程序，如三菱的FX-20P-E简易编程器。
智能编程器又称图形编程器，本质上它是一台专用便携式计算机，如三菱的GP-80FX-E智能型编程器。它既可联机编程，又可脱机编程。可直接输入和编辑梯形图程序，使用更加直观、方便，但价格较高，操作也比较复杂。大多数智能编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口。
专用编程器只能对指定厂家的几种PLC进行编程，使用范围有限，价格较高。同时，由于PLC产品不断更新换代，所以专用编程器的生命周期也十分有限。因此，现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置。这样，用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。
基于个人计算机的程序开发系统功能强大。它既可以编制、修改PLC的梯形图程序，又可以监视系统运行、打印文件、系统仿真等。配上相应的软件还可实现数据采集和分析等许多功能。
7.电源
PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15%
的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
8.其它外部设备
除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。
EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。
PLC内部的半导体存储器称为内存储器。有时可用外部的磁带、磁盘和用半导体存储器作成的存储盒等来存储PLC的用户程序，这些存储器件称为外存储器。外存储器一般是通过编程器或其它智能模块提供的接口，实现与内存储器之间相互传送用户程序。
人/机接口装置是用来实现操作人员与PLC控制系统的对话。最简单、最普遍的人/机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED显示器、声光报警器等器件构成。对于PLC系统，还可采用半智能型CRT人/机接口装置和智能型终端人/机接口装置。半智能型CRT人/机接口装置可长期安装在控制台上，通过通信接口接收来自PLC的信息并在CRT上显示出来；而智能型终端人/机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速交换信息，并通过通信接口与PLC相连，也可作为独立的节点接入PLC网络。
PLC数字量输入电路的形式
PLC控制系统的设计中，虽然接线工作占的比重较小，大部分工作还是PLC的编程设计工作，但它是编程设计的基础，只要接线正确后，才能顺利地进行编程设计工作。而保证接线工作的正确性，就必须对PLC内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。现本文仅就PLC输入电路的常见形式做一个比较详细的分析和介绍。
我们知道，PLC数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰（如尖峰电压，干扰噪声等）引起PLC的非正常工作甚至是元器件的损坏，一般在PLC的输入侧都采用光耦，来切断PLC内部线路和外部线路电气上的联系，保证PLC的正常工作。并且在输入线路中都设有RC滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。
PLC的输入电路，按外接电源的类型分，可以分为直流输入电路和交流输入电路；按PLC输入模块公共端（COM端）电流的流向分，可分为源输入电路和漏输入电路；按光耦发光二极管公共端的连接方式分，可分为共阳极和共阴极输入电路。下面分别来说明：
一、直流输入电路和交流输入电路
1、直流输入电路
图1为直流输入电路的一种形式（只画出一路输入电路）。当图1中外部线路的开关闭合时，PLC内部光耦的发光二极管点亮，光敏三极管饱合导通，该导通信号再传送给处理器，从而CPU认为该路有信号输入；外界开关断开时，，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU认为该路没有信号。

2、交流输入电路
交流输入电路如图2所示，可以看出，与直流输入电路的区别主要就是增加了一个整流的环节。
交流输入的输入电压一般为AC120V或230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)，再经过桥式整流为直流电，其后工作原理和直流输入电路一样，不再缀述。

图2：交流输入电路
从以上可以看出，由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节，因此，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，这是其不足之处。但由于其输入端是高电压，因此输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境中，而直流输入方式用于环境较好，电磁干扰轻的场合。
二、源输入和漏输入电路
此种分类方法是针对直流输入方式来分的，而对于交流输入方式就无所谓电流的流进流出了。
1、漏输入电路
图1所示也漏输入电路的一种形式，此时，电流从PLC的输入端流进，而从公共端（COM端或M端）流出，即PLC公共端接外接DC电源的负极。
三菱FX系列的PLC输入电路就属于此形式。
2、源输入电路
正好和漏输入电路相反，源输入电路的电流是从PLC的COM端流进，而从PLC的输入电路中流出，即PLC的COM端接的是外接电源的正极，如图3所示。

三菱A系列的PLC输入电路就属于此类型。
3、混合型输入电路
因此类型的PLC公共端既可以流出电流，也可以流出电流，同时具有源输入电路和漏输入电路的特点，所以我们可以姑且把这种输入电路称为混合型输入电路。其电路形式可以按图4理解。

图4：混合型输入电路
作为源输入时，公共端接电源的正极；作为漏输入时，公共端接电源的负极。这样，可以根据现场需要接线，给接线带来极大的灵活性。
西门子了PLC大部分输入电路均属于此种类型。
三、共阳极和共阴极输入电路
在PLC的输入电路中，每一路光耦的发光二极管一般不是独立的，都和其它路的发光二极管的阳极或阴极连在一起，然后再引至PLC的外接端子上，作为这几路的公共端。每个公共端包含输入的支路数困PLC型号的不同而不同，在接线时，请参考其用户手册。
1、共阳极输入电路
共阳极输入是把多条输入支路光耦发光二极管的阳极连在一起做为公共端。其电路形式如图5所示。

图5：共阳极输入电路
可以看出，此种输入电路实际上就是源输入电路。
2、共阴极输入电路
共阴极输入是把多条输入支路光耦发光二极管的阻极连在一起做为公共端。其电路形式如图6所示。

图6：共阳极输入电路
可以看出，此种输入电路实际上就是漏输入电路。
现在许多传感器的输出除了继电器干接点输出外，还经常有两种输出形式，即NPN集电极开路（主要是日本产品）和PNP集电极开路（主要是欧美产品）输出两种输出形式。有时这两种输出形式在适用的PLC的类型和接线上有点无所施从。现就这两种输出形式的电路原理及所适用的PLC输入模块的电路类型做一简单介绍。
下图7和图8分别是传感器NPN和PNP集电极开路输出的一种电路形式。

图7：NPN集电极开路输出电路

图8：PNP集电极开路输出电路
从图7和图8可以看出，当传感器动作时，NPN集电极开路输出的是低电平，PNP集电极开路输出的是高电平，此时如把OUT信号端接到PLC的输入，要想使PLC输入电路光耦的发光二极管点亮（即PLC有输入），前者必须要求PLC的公共端接外接电源正极（即源输入形式），后者要求PLC的公共端接电源的负极（即漏输入形式），这样，光耦发光二极管才能形成回路。两种集电极开路输出和PLC输入模块连接时的电路图如下图9和图10所示。

图9：PNP输入时连接PLC接线图

图10：NPN输入时连接PLC接线图
以上简单分析了PLC输入电路的及其对应的外接线路几种形式，可以看出，就象PLC编程一样，要想编出一个正确无误的程序，必须了解PLC的工作原理，而要正确连接PLC的输入电路，也必须了解PLC的输入电路形式。
基于PLC的电解电源监控系统设计
作者：江琳，李宏　　单位：国外电子元器件　　转载：国外电子元器件　　发布时间：2009-03-23
一般来说。大功率直流电源装置的系统主要由高压隔离开关、高压断路器、有载调压器、平波电抗器、整流变压器、晶闸管整流装置、控制系统、交流互感器、直流互感器、直流母线刀开关、综合测量装置及纯水冷却装置或者风机等部分组成．系统构造复杂、体积庞大，维修和维护极为不便。因此，实时掌握和了解直流电源系统的工作状况显得极为重要。所以，设计大功率直流电源智能监测系统对电源装置进行监测和保护是必要的。
2 电解锰电源的监控系统设计
2．1 系统总体设计
采用西门子公司的S7—200可编程控制器和TD200文本显示器，设计电解金属锰直流电源的监控系统。670 V／26 kA电解锰电源采用三相桥式全控晶闸管整流，非同相逆并联的主电路形式。该电源检测系统采用可编程控制器(PLC)作为控制的核心器件，将大功率直流电源设备与通讯网络连接，检测和指示故障位置。PLC以其品种多样的扩展模块(如模拟量扩展模块、通信模块)为实现采集、上传数据提供便利。智能检测系统的基本构成如图1所示。

该电源检测系统中，PLC、开关量单元、模拟量单元、通信单元和TD200文本显示单元构成了模块的主控单元，还有现场变换与执行单元，用于实现电源设备强电与弱电之间的隔离，把相应的故障或运行参数的信号变换为开关量或隔离后的模拟量信号送入PLC，根据PLC的输出进行报警和执行跳闸等操作，TD200文本显示器用于显示现场电源系统的运行状态，以便于工作人员调试和应用。
2．2 系统控制工作原理
三相桥式全控整流电源装置的被控对象主要是高压开关断路器、移相触发电路的触发角度、水冷却器的启停，被检测对象主要是水冷却器是否有故障、整流变压器油温是否过高、轻重瓦斯是否超标、晶闸管整流器的器件是否失效、桥臂是否过热等。整流电源装置通过控制面板上的合闸按钮将点动信号送入PLC的数字输人点后，通过PLC内部的自保持程序使电源合闸并到位后，PLC将解除对整流装置触发脉冲的封锁，这样可通过给定旋钮调节给定电压的大小，改变触发角度，改变输出电压的大小。高压分闸信号送入PLC后，首先应该封锁整流装置的触发脉冲，然后延时数秒，再自动分闸。基于PLC的电气控制系统对大功率直流电源系统的控制思路，仍然与继电器一接触器控制系统是一致的，只是在控制手段上采用了先进的控制设备。图2所示为三相桥式全控整流由源装置最大系统的PLC硬件设计原理图。

3 PLC控制程序
程序块选用子程序流程图，它是由故障检测子程序、模拟量采集子程序、显示子程序等几个程序块组成。部分子程序图如图3、图4、图5、图6所示。

4 结语
基于PLC控制的电解电源系统实现所要求的技术性能，利用TD200文本显示器可以直接显示报警内容，方便现场操作人员的维修与调试。系统已经投入运行，运行状态良好，为操作人员对电解电源操作和实时监控带来极大便利，达到了预期的控制要求。
基于PLC实现锅炉吹灰器的集中分布控制
作者：张红莲  来源：PLC编程资料站(www.plc365.com)
1  引言
锅炉在运行过程中，其各部分受热面都会积灰，积灰不仅会影响受热面管壁的传热效果，严重时还会形成结焦，影响受热面的寿命，甚至损坏受热面，因此，在大型锅炉上均设有吹灰器，用来定期清扫锅炉水冷壁、过热器、再热器、省煤器和空气预热器等受热面上的积灰和结渣。吹灰器可提高主蒸汽出温度，降低锅炉排烟温度，在一定蒸汽压力进行吹灰，使结在锅炉过热器、省煤器内壁的结焦及结炭得到清除，恢复传热系数，提高效率1%左右。
大型锅炉使用多个吹灰器, 要求顺序操作，采用继电器控制锅炉吹灰器，故障率高，可靠性差，维修困难，而采用PLC可靠性高，控制灵活，易于实现。
2  吹灰器分布控制方式的比较
吹灰器分布控制方式分为独立式分布控制和集中式分布控制。

图1     吹灰工艺流程图
(1) 独立式分布控制方式
每个吹灰器都有各自的正、反转接触器，过载，前、后行程开关，由于各有自己的控制系统，单个吹灰器的投运不受其它吹灰器是否运行的影响，控制灵活。但锅炉的吹灰器需使用多个接触器、继电器、电流变送器等元器件及输入输出通道和卡件、电缆，使得控制装置复杂;
(2) 集中式分布控制方式
若干吹灰器组成一组，每组吹灰器共用一组正反转接触器和过载继电器，而每个吹灰器又各有一个接触器和前、后行程开关，所有前行程开关合并为一个信号，所有后行程开关合并为一个信号，输入可编程控制器。
采用集中式分布控制方式可以节约多个器件、卡件、大量电缆，节省控制柜空间。但由于一组吹灰器用一对方向接触器和一个过载继电器，一旦方向接触器出现故障或过载继电器动作，整组吹灰器就不能工作。又因行程开关信号合并在一起，若行程开关故障或信号线短路，不容易确定哪个吹灰器，需逐一检查。故吹灰器在运行前必须保证无其它吹灰器在运行，即同时只能投运一台吹灰器，降低了效率。
比较分析吹灰器的两种分布控制方式的特点，综合独立分布控制方式和集中分布控制方式的优点，将多台吹灰器分成若干组，每组采用集中分布控制，同时把各组的母管从系统母管中引出，且尽量靠近总管压力控制器站，有助于在同时投运多台吹灰器时减少压力损失。实际应用中，将吹灰器分为左右两侧，同侧吹灰器公用一个前行程开关信号和一个后行程开关信号;因长吹和短吹的电动机功率不同，在电气控制上又把每侧分成长吹和短吹两组，每组公用一对方向接触器和一个过载继电器。这样既节省了投资成本，又灵活控制，提高了效率。
3  锅炉吹灰器的PLC控制
锅炉的吹灰装置有8台吹灰器，吹灰系统采用集中式分布控制，选用FX2-64M型号的PLC，要求实现手动和自动控制。
接通电源后，若将转换开关置于手动位置，就可对单台吹灰器遥控操作或就地控制。当吹灰管路压力正常和疏水端温度高于设定值时，将转换开关转到自动位置，吹灰器就按事先编制的程序，逐台投入运行。在运行中，若发生电动机过载、疏水端温度低于设定值时及管路蒸汽压力低的故障时，会自动停机。故障解除后，按故障复位按钮才能继续运行。如果初始状态的管路蒸汽压力偏低，或者疏水端温度偏低，或者吹灰器不处在初始位置，无论处于手动或自动位置，吹灰器均不能运行。
(1) 操作程序工艺流程
可编程控制器的输入量为开关、限位开关、热元件等，输出量为电磁阀、接触器、指示灯。吹灰器的操作程序工艺流程如图１所示。
(2) PLC控制系统的程序设计
锅炉吹灰器采用集中式分布控制，8台吹灰器的前、后行程开关信号分别合并为一个信号，接PLC的输入，用一对方向接触器控制吹灰器的前进和后退，每一个吹灰器都由其本体接触器控制它的运行，用一个热继电器控制吹灰器电机的过载。系统设有管路蒸汽压力、疏水温度检测、选跳吹灰器运行输入信号。PLC的输出信号接接触器线圈，PLC输入输出接线如图2所示。

图2 PLC输入输出接线图
设计程序时将输入信号送移位寄存器，经过定时器的作用，实现移位脉冲的输入，使吹灰器顺序投入运行，吹灰器之间互锁，只有当上一吹灰器运行结束，退到位后，下一吹灰器才能运行。自动停止按钮使移位寄存器停止移位，顺序复位按钮使移位寄存器复位，故障排除后，按下故障复位按钮，移位寄存器恢复功能。
4  结束语
采用PLC实现锅炉吹灰器的集中式分布控制，节约了接触器、继电器、卡件、电缆线等器件和材料，简化了控制线路，节省了装置空间。减少了故障率，提高装置运行的可靠性。
PLC在卧式镗床控制中的应用
摘要：简要介绍了利用PLC改造卧式镗床电气控制线路的应用实例，从硬件和软件两方面提高了系统的可靠性。
1 概述
随着机电一体化技术的发展，对系统的可靠性要求越来越高，PLC具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好、维修方便等特点，在机床电气控制中获得了广泛的应用。本文简要介绍了采用F1—40MR型PLC改造卧式镗床电气控制线路的应用实例。
2 卧式镗床继电器控制工作原理简介
图1是卧式镗床继电器控制电路图。ZQA、FQA分别是正转、反转起动按钮,ZSA、FSA分别是正转、反转点动按钮；TA是主轴停止按钮。卧式镗床的主轴电机是双速异步电动机，中间继电器ZJ和FJ控制主轴电机的启动和停止，接触器ZC和FC控制主轴电机的正反转；接触器1DSC、2DSC和时间继电器SJ控制主轴电机的变速，接触器DC用来短接串在定子回路的制动电阻。1JPK、2JPK和1ZPK、2ZPK是变速操纵盘上的限位开关，1HKK、2HKK是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关。SDJ为速度继电器，GSK控制主轴高速运转，热继电器RJ在电机过热时断开供电线路。

图1 卧式镗床继电器控制电路图
3 用PLC改造卧式镗床的电气控制线路
根据原有的继电器控制电路图来设计PLC控制梯形图，以实现卧式镗床的PLC控制改造。这种方法没有改变系统的外部特性，但却克服了机械动作时中间继电器可靠性低、维修困难等缺点。对于操作人员来说，除了控制系统的可靠性提高以外，改造前后对系统的操作没有什么区别，它们不用改变长期形成的操作习惯。这种设计方法一般不需要改动控制面板和它上面的器件，因此可以减少硬件改造的费用和工作量。
图2和图3分别是实现与图1相同功能的PLC电气控制系统的外部接线图和梯形图

图2 PLC电气控制系统外部接线图

图3 PLC电气控制系统梯形图
在控制主轴电机正反转的继电器电路中，为了防止控制正反转的两个接触器(如图1中的ZC和FC)同时动作造成三相电源短路，设置了接线复杂的连锁电路，即将某一接触器的常闭触点与另一个接触器的线圈相串联，在梯形图中也设置了相应的连锁电路，但是它只能保证PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不同时动作。如果因主电路电流过大或接触器质量不好，某一接触器的主触头被断开主电路时产生的电弧熔焊，使其线圈断电后主触间仍然接通，这时如果另一接触器的线圈通电，仍将会造成三相电源短路事故。为了防止出现这种情况，图2中在PLC外部增设了连锁电路。假设接触器ZC主触点被电弧熔焊，这时与FC线圈串联的ZC辅助常闭触点断开，因此FC的线圈不可能得电，进一步从硬件上提高系统的可靠性。
图1中ZC、FC、1DSC、2DSC都要受TA、1ZPK、1JPK、ZC和FC的触点并联电路的控制，在梯形图中设置了与上述并联控制电路对应的辅助继电器M202，它类似于图1继电器电路中的中间继电器。
4 结束语
本例在用PLC改造卧式镗床的电气控制线路中，从硬件和软件两方面增加了连锁电路，避免了误动作；同时为减少电流干扰，采用隔离变压器，由单回路双绞线给PLC供电，从多方面考虑，提高了系统工作的可靠性。
Zylogic A7 CSoC在PLC、变频系统中的应用
———低成本高性能的全面解决方案
一、基于Zylogic A7 CSoC的PLC：低成本开放式架构的现代PLC解决方案
Zylogic推出的基于A7芯片的小型可编程逻辑控制器PLC，可以满足各种的自动化控制需要。

1）采用高性能微处理器和设计良好的I/O接口，先进的智能扩展模块构架，是一种新型的可编程逻辑控制器。
2）先进而丰富的功能，卓越的控制品质，强大的联网通讯能力，灵活的用户接口，简洁紧凑的结构设计使其极具特色。
3）提供强大、丰富的指令，执行效率高，简单易学，编程方便。
4）多种数字量和模拟量智能扩展模块，安装方便，扩展性好，可靠性高。
5）极高的可靠性和安全性，抗干扰能力强，电磁兼容性好。
6）基于Windows的编程调试工具，提供梯形图和高级语言编程接口，强大的仿真调试功能。
7）完善的故障诊断和保护功能。操作安装简便，体积小巧。
8）完善的技术支持和服务体系。
9）性能价格比高，具体性能如下表：

二、基于Zylogic A7 CSoC的变频系统：低成本高性能的变频调速的全面解决方案
因Zylogic A7系列CSOC芯片内部包含丰富的资源以及可重构的特点，用A7单一芯片就可以实现变频系统，基于A7芯片的变频系统有如下优点：
1、低功耗；
2、低成本；
3、高稳定度；
4、高性能；

此外还有如下特点：
1、在Zylogic CSOC 可重构平台上可以实现不同上层控制算法的变频系统：
基于V/F变频调速系统；
基于转速闭环滑差频率控制的变频调速系统；
基于矢量控制的变频调速系统；
基于直接转矩控制的变频调速系统；
2、在Zylogic CSOC 可重构平台上可以实现不同PWM控制算法的变频系统：
基于载波调制的PWM控制系统；
基于空间矢量调制的PWM控制系统；
基于优化PWM的PWM控制系统
3、在Zylogic CSOC 可重构平台上，不仅可以实现低压变频调速系统，还可以实现高压大容量的变频系统：
基于二极管钳位结构的多电平（Diode-Clamped Multi-Level）变频调速系统；
基于H桥串联结构的多电平变频调速系统；
不同电平数（3电平，4电平，5电平等）的变频调速系统。
基于A7的可重构的变频调速系统是业界真正的唯一的完整的全面解决方案。
PLC在四连杆装箱包装机中的应用
一、前言
四连杆装箱包装机是一种一次可以装四箱（可以是纸箱）既4×4瓶或者三箱 3×4瓶的连续装箱的包装机械设备。在啤酒等瓶装饮料行业中，四连杆装箱包装机主要完成瓶装产品的装箱、卸箱等工作。由于具有性能优良等特点，在包装行业中使用非常普及。
对于四连杆装箱包装机中电气部分的控制，是包装机使用安全、可靠性的重要保证。目前，老型号的四连杆包装机的电气装置大多采用继电器的控制方式。这种控制方式连线复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。同时，设备缺少操作的安全保障措施，容易发生事故。
随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于四连杆包装机的控制中，取代原有的控制线路。是四连杆装箱包装机控制系统发展的必然趋势。
二、系统结构
四连杆装箱包装机控制系统由电气部分和气动执行部分组成。工作过程见流程图（图1）。

电气系统输出控制在电气控制部分的改造中，分析了包装机的工作过程和控制特点；对包装机的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输出设备。控制过程以连续的逻辑量控制为主的操作方式。PLC的开关逻辑和顺序控制是PLC应用最广泛、最基本的功能，基于PLC的这一使用功能和特点，决定将原有继电器控制系统全部拆除，采用PLC控制。因为该用户厂家其他自动化设备使用的基本都是日本Omron公司的PLC，再根据采集和控制点数，我们选用Omron公司的SYSMAC CPM2A-60CDR-A的 PLC作为系统控制器。
三、系统设计
1．四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转，以带动夹瓶装置做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制“夹头”，“定位器”，“出箱臂”及“进箱臂”“箱导向”。设“手动”和“自动”操作两个切换开关。
2．在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停车，保证安全。
3．在传送带上安装Omron的E6A2旋转编码器，测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。
4．系统输入回路中有光电开光和接近等开关，PLC上的DC24V电源容量就不足了，各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。PLC控制系统原理图见图（2）。

5．为了使PLC系统安全可靠运行，采取了多种防护措施，如和系统中的强电设备分开接地，接地线的截面积大于2平方毫米。PLC输入和输出的感性负载都并联续流二极管等，以消除输入触点在断开时，感性负载因储能作用而产生电弧高于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。见图（3）

6．系统的输入部分36点，输出19点，一共占用PLC 54点，系统冗余6点，符合自动化系统设计要求。
四、程序设计
PLC程序采用梯形图编写，其自动控制操作流程图见图（4）。

其中，PLC主程序参照原有继电器控制系统的电气控制原理图进行设计，这种程序设计方法简单，有现成的电气控制线路为依据，设计周期短，在旧设备电气系统改造中经常采用。
按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PLC的I/O点，原来由继电器硬件完成的逻辑控制功能由PLC软件——梯形图替代完成。图（5）为四连杆装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图。图（6）为转换后的四连杆装箱包装机进箱臂部分PLC程序梯形图。进箱臂部分主要I/O对照表如下：



五、系统调试
1．调整光电开关SQ1和反射板的安装距离，使光电开关处于工作状态时，调整到“挡光”，PLC输入通道HR0003的指示灯亮。以同样方法调整好光电开关SQ2、SQ3、SQ4……..SQ10。
2．调整接近开关JQ0，使“夹头”在运动轨迹的最低点时接近“档块”，并使PLC输入通道HR0012指示灯亮，以同样方法调整好接近开关JQ2、JQ3、JQ4、JQ5。
3．调试旋转编码器时，A、B、Z相按说明书接线，在PLC编程软件中对编码器的高速计数进行设置，使用Z相加软件复位方法。见图（7）。按下按钮5SA，使传送带电机停车时，四连杆装箱包装机应停止工作。

4．按动相应的按钮，分别控制进箱电机、出箱电机、瓶电机的开、停。关机以后将开关位置置于“关”。1SA和2SA分别控制“出箱臂”和“瓶定位”，10SA，15SA控制“导向”和“变距”。
5．在上述“动作”都已正确时，将“手动”转为“自动”，按下“整机启动”按钮，调试PLC逻辑程序。进行自动装箱包装操作。
六、结束语
经PLC改造后的四连杆装箱包装机电气控制系统，外观上；物理接线量大大减少，控制柜体积缩小，柜内的原器件排列有序。运行效果上；经设备运行证明，自动化程度大大优于原系统控制效果。控制可靠性大大提高，减轻了现场操作人员的劳动强度。由于系统在整个包装流水线和包装机设备的危险位置安装了光电位置检测开关，提高了操作的安全性。总体上提高了企业的经济效益。
PLC+ 风光变频器的小区恒压供水控制应用实例
1 引言
本文是针对某生活小区实际情况，结合用户生活 / 消防双恒压供水控制要求，我们进行改造一些心。现将其中改造情况介绍如下。
众所周知，恒压供水系统生活小区是非常重要，例如生活小区供水过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响居民生活。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大损失和人员伤亡。，生活小区采用生活 / 消防双恒压供水系统，具有较大经济和社会意义。
基于上述情况，我公司对某生活小区供水系统进行改造，采用西门子 PLC 作为主控单元。利用风光供水变频器，系统状态可快速调整供水系统工作压力，达到恒压供水目。改造提高了系统工作稳定性，到了良好控制效果。
2 用户现场情况
如图 1 所示，市网自来水用高低水位控制器 EQ 来控制注水阀 YV1 ，自动把水注满储水水池，水位低于高水位，则自动向水箱注水。水池高低水位信号也直接送给 PLC ，作为水位报警。保持供水连续性，水位上、下限传感器高低距离较少。生活用水和消防用水共用二台泵，平时电磁阀 YV2 处于失电状态，关闭消防管网，二台泵生活用水多少，按一定控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀 YV2 电，关闭生活用水管网，二台泵供消防用水使用，并维持消防用水高恒压值。火灾结束后，二台泵改为生活供水使用。

图 1 生活 / 消防双恒压供水系统示意图
现场设备参数如下 :
型号 65-315（I）A
流量 56m 3 /h
扬程 110m
效率 56%
转速 2900r/min
电机功率 37KW
3 系统控制要求
用户对二泵生活 / 消防双恒压供水系统基本要求是：
⑴ 生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时高恒压值运行。
⑵ 二台泵恒压需要，采取先开先停原则接入和退出。
⑶ 用水量小情况下，一台泵连续运行时间超过 1 天，则要切换下一台泵，系统具有倒泵功能，避免一台泵工作时间过长。
⑷ 二台泵启动时都要有软启动功能。
⑸ 要有完善报警功能。
⑹ 对泵操作要有手动控制功能；手动只应急或检修时使用。
4 设备选型
（ 1 ）风光 JD-BP32-XF 型供水变频器
JD-BP32-XF 型是山东新风光电子公司推出专用于供水变频器，使用空间电压矢量控制技术适用于各类自控场合。恒压供水中可以采用这类变频器。 JD-BP32-XF 型变频器除具有变频器一般特性外，还具有以下特性：水压高、水压低输出接口，变频器运行上限、下限频率（可以任意设定），可以方便进行双压力控制，内置智能 PI 控制，以上功能非常适用于供水控制要求。本例中选用 JD-BP32-37F （ 37KW ）风光供水变频器拖动用户水泵。
（ 2 ） PLC 选型
① 控制系统 IO 点及址分配
图 1 所示及控制要求 , 统计控制系统输入、输出信号名称 ， 代码及址编号如下表 1 所示。水位上 、 下限信号分别为 I0.1 、 I0.2 。

② PLC 系统选型
系统共有开关量输入点 8 个，开关量输出点 10 个 , 选用西门子主机 CPU222 （ 8 入继电器出） 1 台，加上扩展模块 EM222 （ 8 继电器输出） 1 台。即可满足用户供水控制要求
（ 3 ）压力传感器
供水系统中，压力传感器既可以采用压力变送器，也可以采用远传压力表。本例中采用远传压力表，压力表相应接线端子接到变频器主控板 3 脚、 4 脚、 5 脚即可。
5 电气控制系统原理图
电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及 PLC 外围接线图三部分。
（ 1 ）主电路图
如图 2 所示为电控系统主电路。二台电机分别为 M1 、 M2 。接触器 KM1 、 KM3 ，分别控制 M1 、 M2 工频运行；接触器 KM2 、 KM4 ，分别控制 M1 、 M2 变频运行； FR1 、 FR2 分别为二台水泵电机过载保护用热继电器； QS1 、 QS2 和 QS3 分别为变频器和二台泵电机主电路隔离开关； FU1 、 FU2 为主电路熔断器； BPQ 为风光供水专用变频器。

图 2 主电路图
（ 2 ）控制电路图
如图 3 所 示为电控系统电路。图中 SA 为手动 / 自动转换开关， SA 打 1 位置为手动控制状态，打 2 状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮 SB1～SB6 控制二台泵起 / 停和电磁阀 YV2 通 / 断；自动运行时，系统 PLC 程序控制下运行。
图中 HL8 为自动运行状态电源指示灯。

图 3 电控系统控制电路图
（ 3 ） PLC 接线图
下图 4 所示为 PLC 及扩展模块外围接线图。火灾时，火灾信号 SA1 被触动， I0.0 为 1 。

图 4 双恒压供水控制系统及扩展模块外围接线图
6 系统程序设计
（ 1 ）程序中使用 PLC 内部器件及功能，如下表 2 所示：

生活 / 消防双恒压两个恒压值是我公司生产风光供水专用变频器直接设定。本实例中，用户要求，生活压力设定为 0.35MPa, 消防压力设定为 0.60MPa 。
压力低、压力高信号分别由变频器内部主控板 14 脚、 15 脚给出。
供水运行下限频率、供水运行上限频率由变频器程序设定。本系统中，运行下限频率设为 20Hz, 运行上限频率设为 50Hz 。
（ 2 ）系统 PLC 控制程序如下：



7 结束语
变频调速技术飞速发展，变频调速恒压供水技术小区已普遍使用。用变频器来实现恒压供水，它供水方式相比较而言，其优点是非常明显。节能效果十分显著，启动平稳，启动电流小，避免了电机启动时对电网冲击，延长了泵和阀门等使用寿命，消启动和停机时水锤效应。供水控制系统提高了小区供水质量。各项控制指标达到了用户要求。风光变频器小区恒压供水改造效果是明显，改造是成功。