首先，简单介绍一下
多年来，可编程控制器(以下简称PLC)从出现到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃。其功能由弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了从单一设备的简单控制到胜任运动控制、过程控制、分布式控制的跨越。今天的PLC在处理模拟、数字运算、人机界面、网络等方面的能力都有了很大的提高，已经成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越重要的作用。
二、PLC的应用领域
目前，PLC已广泛应用于国内外钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环保、文化娱乐等行业，其用途主要分为以下几类:
1。开关量的逻辑控制
用逻辑控制和顺序控制代替传统的继电器电路，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控和自动化生产线。如注塑机、印刷机、订书机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀生产线等。
2.工业过程控制
在工业生产过程中，有一些连续变化的量(即模拟量)，如温度、压力、流量、液位、速度等。PLC采用相应的A/D、D/A转换模块和各种控制算法程序处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中广泛使用的调节方法。过程控制广泛应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。
3.运动控制
PLC可用于控制圆周运动或直线运动。一般采用专用的运动控制模块，如可以驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4。数据处理PLC具有数学运算(包括矩阵运算、函数运算和逻辑运算)、数据传输、数据转换、排序、查表、位操作等功能，能够完成数据采集、分析和处理。数据处理一般用于一些大型控制系统，如造纸、冶金、食品工业等。
5.通信和网络
PLC通信包括PLC之间的通信和PLC与其他智能设备之间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都有通讯接口，通讯非常方便。
三、PLC的应用特点
1.可靠性高，抗干扰能力强。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。由于PLC采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺，其内部电路采用先进的抗干扰技术，可靠性高。与同规模的继电器接触器系统相比，电气接线和开关触点减少到数百个甚至数千个，故障大大减少。此外，PLC具有硬件故障自检功能，当出现故障时能及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编写外围设备的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路和设备也能获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极其可靠。
2.设施齐全，功能完善，适用性强。
如今，PLC已经形成了各种规模的系列产品，可用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。各种功能单元大量涌现，使得PLC渗透到位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。再加上PLC通讯能力的增强和人机界面技术的发展，用PLC组成各种控制系统是非常容易的。
3.易学易用，受到工程技术人员的欢迎。
PLC是工矿企业的工业控制设备。其界面简单，编程语言容易被工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了大门。
4.该系统的设计具有工作量小、维护方便、易于改造等优点。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部接线，缩短了控制系统的设计和建设周期，日常维护也更加容易。更重要的是，它使得同样的设备通过改变程序来改变生产工艺成为可能。这特别适用于多品种、小批量生产的场合。
四。PLC应用中应注意的问题
PLC是一种用于工业生产自动控制的设备，可以不采取任何措施直接在工业环境中使用。然而，尽管有上述高可靠性和强抗干扰能力，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强，或者安装使用不当，都可能造成程序错误或运算错误，导致输入错误和输出错误，从而导致设备失控和误操作，无法保证PLC的正常运行。提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，在设计、安装、使用和维护上要高度重视，多方合作才能完善问题，有效增强系统的抗干扰性能。因此，在使用中应注意以下问题:
1。作业环境(1)温度
PLC要求环境温度为0~55oC，安装时不能放在高热值的元器件下，周围通风散热的空房间要足够大。
(2)湿度
为保证PLC的绝缘性能，空气体的相对湿度应小于85%(无凝露)。
(3)振动
PLC应远离强振动源，以防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免地振动时，必须采取减震措施，比如使用减震胶。
(4)空气体
避免腐蚀性和易燃气体，如氯化氢和硫化氢。对于空气体中含有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，PLC可安装在密封较好的控制室或控制柜内。
(5)电源
PLC对电力线造成的干扰有一定的抵抗力。在可靠性高或电源干扰严重的环境中，可安装带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地面的干扰。通常，PLC的输入端有一个DC 24V输出。当在输入端使用外部DC电源时，应选择DC稳压电源。由于整流器和滤波器电源共用，由于纹波的影响，PLC很容易接收到错误信息。
2。控制系统中的干扰及其来源现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见、最容易受到影响的因素之一。所谓治标先治本，找出问题，才能提出解决方案。因此，有必要了解现场干扰源。
(1)干扰源及一般分类
影响PLC控制系统的干扰源大多产生在电流或电压变化剧烈的部位。原因是电流变化对设备产生磁场和电磁辐射。磁场的变化产生电流，电磁波高速产生电磁波。一般来说，电磁干扰根据干扰模式的不同分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号与地之间的电位差，主要是由信号线上空之间的电磁辐射感应的电网串联、地电位差和共模(同向)电压叠加而成。共模电压可通过非对称电路转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这是某些系统I/O模块损坏率高的主要原因)。这种共模干扰可以是DC干扰，也可以是交流干扰。差模干扰是指作用在信号两极之间的干扰电压，主要由空之间的电磁场耦合感应产生，由非平衡电路转换共模干扰形成的电压。这种干扰叠加在信号上，直接影响测量和控制精度。
(2)2)PLC系统中干扰的主要来源和途径。
强电气干扰
PLC系统的正常电源由电网提供。由于电网覆盖面广，会受到空之间的所有电磁干扰，并在线路上感应电压。特别是电网内部的变化、刀闸操作的浪涌、大型电力设备的启停、交流和DC驱动引起的谐波、电网短路的暂态冲击等。都通过传输线传输到电源的初级侧。
内阁干涉
控制柜内高压电器，感性负载大，布线混乱，容易对PLC造成一定干扰。
信号线引入的干扰
与PLC控制系统相连的各种信号传输线，除了传输各种有效信息外，总会有外界干扰信号侵入。这种干扰主要有两种途径:一种是通过变送器电源或常用信号仪表电源串联的电网干扰，这种干扰往往被忽略；第二，信号线受到空之间的电磁辐射感应干扰，即信号线受到外部感应干扰，这是非常严重的。信号引入的干扰会造成I/O信号异常运行，大大降低测量精度，严重时会造成元器件损坏。
混沌接地系统的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地不仅可以抑制电磁干扰的影响，还可以抑制来自设备的干扰；但是，错误的接地会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。
来自PLC系统内部的干扰
主要由系统中元器件与电路之间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路的相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响，元器件的不匹配使用等。
逆变器干扰
一是变频器启动和运行过程中产生的谐波对电网造成传导干扰，造成电网电压畸变，影响电网供电质量；第二，变频器的输出会产生强烈的电磁辐射干扰，影响外围设备的正常工作。
3.主要抗干扰措施
(1)合理处理电源，抑制电网引入的干扰。
对于电源引起的电网干扰，可安装屏蔽层比为1:1的隔离变压器，以减少设备对地干扰，也可在电源输入端串联LC滤波电路。如图1中所示
(2)安装和接线●PLC的电源线、控制线、电源线和I/O线应分开布线，隔离变压器与PLC和I/O用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开。如果交流线和DC线一定要分开捆绑在同一个线槽里，有条件的话最好分开线槽，这样既能使空之间的距离尽可能大，又能最大限度地减少干扰。
● PLC应远离焊机、大功率硅整流装置、大功率设备等强干扰源，不能与高压电器安装在同一开关柜内。在机柜中，PLC应远离电源线(它们之间的距离应大于200毫米)。与PLC安装在同一机柜中的感性负载，如大功率继电器和接触器的线圈，应与RC消弧电路并联。
PLC的输入和输出应分开布线，开关量和模拟量也应分开敷设。模拟信号应采用屏蔽线传输，屏蔽层的一端或两端应接地，接地电阻应小于屏蔽电阻的1/10。
●交流输出线和DC输出线不要用同一根电缆，输出线尽量远离高压线和电源线，避免平行。
(3)I/O端子接线
输入布线
●输入接线一般不会太长。但如果环境干扰小，电压降不大，输入接线可以适当长一些。
●输入/输出线不能使用同一根电缆，输入/输出线应分开。
●尽可能以常开触点的形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，易于阅读。
输出连接
●输出端子接线分为独立输出和公共输出。在不同的组中，可以使用不同类型和电压水平的输出电压。但同一组中的输出只能使用同一类型和电压等级的电源。
●由于PLC的输出元件封装在印刷电路板上，并与端子板相连，如果连接输出元件的负载短路，印刷电路板会被烧毁。
●使用继电器输出时，感性负载的大小会影响继电器的使用寿命。所以在使用感性负载时，要合理选择或者加装隔离继电器。
PLC的输出负载可能引起干扰，应采取措施加以控制，如DC输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管和双向可控硅输出的旁路电阻保护。
(4)正确选择接地点，完善接地系统。
良好的接地是保证PLC可靠运行的重要条件，可以避免意外的电压冲击。接地通常有两个目的，一是为了安全，二是为了抑制干扰。完善的接地系统是防止PLC控制系统电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的接地线包括系统接地、屏蔽接地、交流接地和保护接地。接地系统混沌对PLC系统的干扰主要是各接地点电位分布不均匀，不同接地点之间存在地电位差，造成地回路电流，影响系统正常工作。例如，电缆屏蔽层必须在一点接地。如果电缆屏蔽层的A端和B端都接地，就会产生地电位差，电流就会流过屏蔽层。当发生雷击等异常状态时，接地电流会更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地可以形成闭合回路。在变化磁场的作用下，屏蔽层中会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线的耦合干扰信号回路。如果系统与其他接地处理混淆，产生的地环流可能会在接地线上产生不均匀的电位分布，影响PLC中逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC的逻辑电压干扰容忍度较低，逻辑地电位的分布干扰很容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序失控或死机。模拟地电位的分布会导致测量精度下降，造成信号测控严重失真和误动作。
●安全或电源接地。
将电源线的接地端子和机柜的连接线接地是一种安全接地。如果电源漏电或者机柜带电，可以从安全接地引入地下，不会对人造成伤害。
●系统接地
PLC控制器接地是为了与被控设备同电位，这叫系统接地。接地电阻值不应大于4ω。一般需要将PLC设备系统地与控制柜内开关电源的负极端子连接，作为控制系统地。
●信号和屏蔽接地
一般要求信号线必须有唯一的参考地，屏蔽电缆也应就地或在控制室接地，以防可能的传导干扰，防止形成“接地回路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有连接器时，屏蔽层应连接牢固并绝缘，必须避免多点接地；多测点信号的屏蔽双绞线与多芯双绞线通用屏蔽电缆连接时，屏蔽层应相互连接并绝缘，应选择合适的接地点作为单点接触。
(5)抑制变频器干扰
变频器的干扰处理一般有以下几种方式:
增加一个隔离变压器主要是针对来自电源的传导干扰，可以在隔离变压器之前阻断大部分传导干扰。
使用滤波器，滤波器抗干扰能力强，还具有防止设备本身的干扰传导到电源的作用，有的还具有吸收峰值电压的作用。
使用输出电抗器，在变频器和电机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中产生的电磁辐射，影响其他设备的正常工作。
五.结论
PLC控制系统中的干扰是一个非常复杂的问题，在抗干扰设计中要综合考虑各种因素，合理有效地抑制干扰，使PLC控制系统能够正常工作。随着PLC应用领域的不断扩大，如何高效、可靠地使用PLC已成为其发展的重要因素。21世纪，PLC将会有更大的发展，品种更多，规格更全。通过完善的人机界面和完备的通讯设备，将更好地满足各种工业控制场合的需求。PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越重要的作用。
小节解答了关于PLC硬件组成的热点问题，对以后的实际接线和安装操作有很大帮助。
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1.问:PLC的硬件结构是怎样的？
答:PLC的硬件组成与微机类似，其主机由CPU板、存储器、输入/输出(I/O)接口和电源组成。可配编程器、图形显示器、通讯接口等外部设备(见硬件原理图)。
2.问:什么是CPU？有什么作用？
答:CPU又称中央处理器，由一个或几个大规模集成电路芯片组成，相当于人脑，是PLC的核心部分；CPU的作用是通过接口和软件向系统各部分发送各种命令，同时对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制运算、报警处理和逻辑判断，从而控制整个PLC工作过程。目前大多数小型PLC采用8位或16位单片机作为CPU。
3.问:RAM、ROM、EPROM、EEPROM都是内存。他们有什么特点？
答:RAM是随机存取存储器，一般是CMOS，功耗很小。PLC中通常使用锂电池作为备份，断电时程序不会丢失。ROM是只读存储器，系统程序固化在里面，用户无法更改，掉电不受影响；EPROM是一种可擦除存储器，用户在写入和擦除时使用专用的写入器和擦除器很不方便。EEPROM是一种电可擦除只读存储器，其内部程序可由程序员写入和擦除。
问:PLC中的I/O端口是什么？有什么特点？
答:I/O接口是输入(in)/输出(out)接口的简称，是PLC主机与被控对象进行信息交换的纽带。PLC通过I/O接口与外部设备交换数据。PLC的输入输出信号有三种:开关量信号、模拟信号和数字信号。所有输入输出信号均采用光电隔离，大大增强了PLC的抗干扰能力。
动词 （verb的缩写）问:PLC常见的输出形式有哪些？有什么特点？
答:常见的输出形式有继电器输出、晶闸管(SSR)输出和晶体管输出。特点是:继电器输出型:CPU驱动继电器线圈吸引触点，使外部电源通过闭合触点驱动外部负载，开路漏电流为零，响应时间慢(10ms左右)，外部负载大；晶体管输出型:CPU通过光耦开关晶体管控制外部DC负载，响应时间快(约0.2ms)，外部负载小；晶闸管输出型:CPU通过光耦使三端双向可控硅导通和关断来控制外部交流负载，开路漏电流大，响应时间快(约1ms)。
问:什么是可编程控制系统？有哪些组件？
答:可编程控制系统是指以可编程控制器为核心单元的控制系统，一般由控制器(PLC)、编程器、信号输入元件、输出执行元件等组成。见PLC控制系统组成图(以FX2 PLC为例)。可编程控制系统可以在不改变系统硬件接线的情况下，通过改变PLC的用户程序来改变被控对象的运行方式，大大提高了控制系统的灵活性。
