第4章 PLC的安裝、調試與維護

4.1 PLC的安裝

4.1.1 PLC的選購原則

1 考慮安裝環境因素

不同廠家生產的不同系列和型號的PLC，其外形結構和適用的環境有很大差異，在選購PLC時，應首先根據PLC的實際工作環境進行合理的選購，如圖4-1所示。

在選購PLC時，環境因素是主要的選購依據，是確定機型結構的重要參考因素。

劃重點

在一些使用環境比較固定和維修量較少、控制規模不大的場合，可以選購整體式PLC；在一些使用環境比較惡劣、維修量較多、控制規模較大的場合，可以選購適應性更強的模塊組合式PLC。

①多數小型PLC均為整體式的，適用于比較固定、環境條件較好的場合。

②模塊式PLC適用于工藝變化較多、控制要求較復雜的場合。

③混合式PLC是適用于控制要求復雜的場合。

例如，三菱FX_1N系列PLC具有輸入/輸出、邏輯控制、通信擴展功能，最多可達128點控制，適用于普通順控要求的場合；三菱FX_2N系列PLC具有較多的速度、定位控制及邏輯選件等，適用于大多數的控制要求和環境。

多說兩句！

2 考慮控制復雜程度因素

不同類型PLC的功能有很大差異，選購P L C時，應根據系統控制的復雜程度進行選擇，如圖4-2所示。

劃重點

對于控制要求不高，只需進行簡單的邏輯運算、定時、數據傳送、通信等基本控制和運算功能的系統，選用低檔PLC即可滿足控制要求。

對于控制較為復雜、控制要求較高的系統，即需要進行復雜的函數運算、PID、矩陣、遠程I/O、通信聯網等較強控制和運算功能的系統，應視其規模及復雜程度，選購指令功能強大、具有較高運算速度的中檔PLC或高檔PLC。

劃重點

PLC完成一次掃描過程所需的時間被稱為掃描時間。掃描時間會隨程序的復雜程度而加長，可造成PLC輸入和輸出的延時，因此對于一些實時性要求較高的場合，不允許有較大的誤差時間，應選擇掃描速度較快的PLC。

3 考慮控制速度因素

PLC的掃描速度是選購時的重要指標之一，直接影響系統控制的誤差時間，因此在一些實時性要求較高的場合可選用高速PLC，如圖4-3所示。

4 考慮被控對象因素

為應對不同的被控對象，每一種規格的PLC都有三種輸出端子類型，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出，在實際應用時要分析被控對象的控制過程和工作特點合理選購PLC，如圖4-4所示。

① 繼電器輸出類型的PLC，其輸出端子所能承載的電流相對較大，一般最大可以承載2A的電流，可以用輸出端子直接驅動負載，但繼電器輸出的響應時間相對較慢（10ms左右）。

② 晶體管輸出類型的PLC，其輸出驅動能力小于繼電器輸出，輸出響應時間較快（一般在0.2ms以下）。當需要高頻脈沖串驅動伺服電動機或步進電動機時，需選用晶體管輸出類型的PLC。

③ 晶閘管輸出類型的PLC只能驅動交流負載，響應速度比繼電器輸出快，使用壽命長。

5 考慮設備之間統一性的匹配因素

如圖4-5所示，在選購PLC時，應盡量選擇同一機型的PLC。

劃重點

同一機型PLC的功能和編程方法相同，有利于設備的采購與管理，以及技術人員的培訓和技術水平的提高。由于同一機型PLC的通用性，因此資源可以共享，使用一臺計算機就可以將多臺PLC連接成一個控制系統進行集中管理。

6 考慮I/O點數因素

在選購PLC時，應對其使用的I/O點數進行估算，合理選購，如圖4-6所示。

I/O點數是PLC選購時的重要指標，是衡量PLC規模大小的標志，若不加以統計，一個小的控制系統，卻選用中規模或大規模的PLC，不僅會造成I/O點數的閑置，也會造成投入成本的浪費，因此在選購PLC時，應對其使用的I/O點數進行估算，合理選購。

多說兩句！

在明確控制對象控制要求的基礎上，分析和統計所需控制部件（輸入部件，如按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器的觸點、傳感器等）的個數和執行部件（輸出部件，如指示燈、繼電器或接觸器線圈、電磁鐵、變頻器等）的個數確定所需PLC的I/O點數，且一般應有15%～20%的預留，以滿足生產規模的擴大和生產工藝的改進。

7 考慮PLC擴展性能因素

當單獨的PLC主機不能滿足控制要求時，可根據控制需要選擇擴展模塊，以增大控制規模和功能，如圖4-7所示。

劃重點

在硬件擴展系統中，PLC主機（CPU模塊）放在最左側，擴展模塊用扁平電纜與左側的主機或擴展模塊相連。

① 輸入模塊的選擇

PLC的輸入模塊用于將輸入部件輸入的信號轉換為PLC內部所需的電信號，用以擴展主機的輸入點數，如圖4-8所示。

劃重點

選擇PLC的輸入模塊時，應根據輸入信號與PLC輸入模塊之間的距離進行選擇，通常距離較近時選擇低電壓的PLC輸入模塊，距離較遠時選擇高電壓的PLC輸入模塊。

選擇PLC的輸入模塊除了要考慮距離外，還應注意輸入模塊允許同時接通的點數。通常，允許同時接通的點數和輸入電壓、環境溫度有關。

多說兩句！

② 輸出模塊的選擇

PLC的輸出模塊用于將PLC內部的信號轉換為驅動外部負載設備所需的信號，用以擴展主機的輸出點數。PLC輸出模塊的輸出方式主要有繼電器輸出方式、晶體管輸出方式和晶閘管輸出方式。

8 考慮存儲器容量因素

用戶程序存儲器是用于存儲開關量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出及用戶程序的，在選購PLC時，應保證用戶程序存儲器的容量滿足存儲需求。

用戶程序存儲器的容量，應參考開關量I/O點數和模擬量I/O點數進行估算，在估算的基礎上再留有25%的余量。

選擇PLC的輸出模塊時，應根據輸出模塊的輸出方式進行選擇。輸出模塊的輸出電流應大于負載電流的額定值。

用戶程序存儲器的容量用字數體現，估算公式如下：

用戶程序存儲器字數=（開關量I/O點數×10）+（模擬量I/O點數×150）。

另外，用戶程序存儲器的容量除了與開關量I/O點數、模擬量I/O點數有關外，還與用戶編寫的程序有關，不同用戶所編寫程序的復雜程度會有所不同，占用存儲器的容量也不同。

多說兩句！

4.1.2 PLC的安裝和接線

1 PLC安裝環境的要求

在安裝PLC之前，首先要確保安裝環境應符合PLC的基本工作需求，包括溫度、濕度、振動及周邊設備等，見表4-1。

如圖4-9所示，PLC一般安裝在專門的控制柜內，用以防止灰塵、油污、水滴等進入，避免造成電路短路的故障。

劃重點

圖4-10為PLC的通風要求。

劃重點

為了保證PLC工作時的溫度在規定的環境溫度范圍內，PLC控制柜應有足夠的通風空間，如果環境溫度超過55℃，則應安裝通風風扇，強制通風。

圖4-11為PLC控制柜的通風方式。PLC控制柜的通風方式有自然冷卻方式、強制冷卻方式、強制循環方式和整體封閉式冷卻方式。

① 采用自然冷卻方式的PLC控制柜通過進風口和出風口實現自然換氣。

② 采用強制冷卻方式的PLC控制柜是指在控制柜中安裝通風風扇進行通風，將PLC內部產生的熱量通過通風風扇排出。

③ 強制循環方式的PLC控制柜是指在控制柜中安裝冷卻風扇，將PLC產生的熱量進行循環冷卻。

④ 采用整體封閉式冷卻方式的PLC控制柜采用全封閉結構，通過外部進行整體冷卻。

2 PLC安裝位置的要求

目前，PLC的安裝主要分為單排安裝和雙排安裝。為了防止溫度升高，PLC應垂直安裝，且需要與控制柜箱體保持一定的距離。注意，不允許將PLC安裝在封閉空間的地板和天花板上。圖4-12為PLC的單排安裝。

圖4-13為PLC的雙排安裝。

圖4-14為PLC控制柜的安裝要求。

劃重點

為了保證PLC工作的安全穩定及日常維護的安全，在安裝PLC控制柜時，應盡量遠離600V以上的高壓設備或動力設備，切忌不可將PLC安裝在高壓動力柜中，否則極易造成安全事故。

3 PLC的安裝

PLC的安裝方式通常有底板安裝和DIN導軌安裝兩種方式，在安裝時可根據安裝條件進行選擇。

底板安裝方式是指利用PLC底部外殼上的4個安裝孔進行安裝，如圖4-15所示。

安裝PLC時，應在斷電情況下進行操作，同時為了防止靜電對PLC的影響，應借助防靜電設備或用手接觸金屬物體將人體的靜電釋放后再進行安裝。

劃重點

DIN導軌安裝方式是指利用PLC底部外殼上的導軌安裝槽及卡扣將PLC安裝在DIN導軌上，如圖4-16所示。

圖4-17為DIN導軌的垂直和水平安裝方式。

注意，在振動頻繁的區域，切記不要使用DIN導軌安裝方式。

另外，若需要從導軌上卸下PLC，應注意要先拉開卡住DIN導軌的彈簧夾，一旦彈簧夾脫離導軌，將PLC向上移即可卸下，切不可盲目用力，損傷DIN導軌安裝槽，影響回裝。

圖4-18為DIN導軌安裝效果。

PLC若要正常工作，最重要的一點就是要保證其供電線路的正常。在一般情況下，PLC供電電源應為交流220V/50Hz。三菱FX系列PLC還有一路24V直流輸出引線，用來連接一些光電開關、接近開關等傳感部件。

PLC的工作應在斷電時間小于10ms不受影響，斷開時間大于10ms時，PLC停止工作。

PLC本身具有抗干擾能力，可以避免交流供電電壓輕微的干擾，若供電電壓的干擾比較嚴重，則需要安裝一個1：1的隔離變壓器來減少干擾。

多說兩句！

4 PLC的接地

有效的接地可以避免脈沖信號的沖擊干擾，因此在安裝PLC時，應保證PLC的良好接地。圖4-19為PLC的專用接地方式。

劃重點

PLC的接地線應使用橫截面積不小于2mm²的專用接地線，接地電阻不大于100Ω，且應盡量采用專用接地。接地極應盡量靠近PLC，以縮短接地線的長度。

劃重點

在連接PLC的接地端時，應盡量避免與電動機、變頻器或其他設備的接地端相連，應分別接地。

① 若無法采用專用接地，則可將PLC的接地極與其他設備的接地極相連接，構成共用接地。

② 嚴禁將PLC的接地線與其他設備的接地線連接，采用共用接地線的方法接地。

圖4-20為PLC的共用接地方式。

5 PLC輸入端的接線要求

PLC一般使用限位開關、按鈕等進行控制，輸入端常與外部傳感器連接，在對PLC輸入端的接口進行接線時，應符合PLC輸入端的接線要求，見表4-2。

6 PLC輸出端的接線要求

PLC的輸出端一般連接控制設備，如繼電器、接觸器、電磁閥、變頻器、指示燈等，在連接輸出端的引線或控制設備時應符合PLC輸出端的接線要求，見表4-3。

圖4-21為PLC電纜線的接線端子。

劃重點

在接線時，電纜線的接線端子要使用扁平接頭。

連接PLC的輸入/輸出（以下標識為I/O）端時應注意：

◆ I/O信號的連接電纜不要靠近電源電纜，不要共用一個防護套管，低壓電纜最好與高壓電纜分開并相互絕緣。

◆ 如果I/O信號連接電纜的距離較長，要考慮信號的壓降及可能造成的信號干擾問題。

◆ 接線時，應防止端子螺釘連接松動造成的故障。

多說兩句！

7 PLC電源的接線要求

電源供電是PLC正常工作的基本條件，必須嚴格按照要求連接供電端，確保穩定可靠，見表4-4。

多說兩句！

PLC接線時，還需要確保負載安全：

◆ 確保所有負載都在PLC輸出的同側；

◆ 同一個負載不能同時執行不同的控制要求（如電動機運轉方向的控制）；

◆ 在對安全有嚴格要求的場合，不能只依靠PLC內的程序實現安全控制，而要在所有存在安全危險的電路中加入相應的機械互鎖。

8 PLC擴展模塊的連接要求

當一個整體式PLC不能滿足控制要求時，可采用連接擴展模塊的方式，在將PLC主機與擴展模塊連接時也有一定的要求，以三菱FX_2N系列主機（基本單元）為例。

① FX_2N基本單元與FX_2N、FX_0N擴展模塊的連接要求

如圖4-22所示，當FX_2N基本單元的右側與FX_2N的擴展單元、擴展模塊、特殊功能模塊或FX_0N的擴展模塊、特殊功能模塊連接時，可直接通過扁平電纜連接。

② FX_2N基本單元與FX₁、FX₂擴展模塊的連接要求

當FX_2N基本單元的右側與FX₁、FX₂擴展單元、擴展模塊、特殊功能模塊連接時，需使用FX_2N-CNV-IF型轉換電纜進行連接，如圖4-23所示。

③ FX_2N基本單元與FX_2N、FX_0N、FX₁、FX₂擴展模塊的混合連接要求

如圖4-24所示，當FX_2N基本單元與FX_2N、FX_0N、FX₁、FX₂擴展模塊混合連接時，需將FX_2N、FX_0N的擴展模塊直接與FX_2N基本單元連接，在FX_2N、FX_0N擴展模塊后使用FX_2N-CNV-IF型轉換電纜連接FX₁、FX₂擴展模塊，不可反順序連接。

多說兩句！

類似上述的連接要求，品牌、型號和系列不同，具體要求的細節也不同，因此在選購、安裝PLC前，必須詳細了解控制要求、安裝要求。

4.1.3 PLC系統的安裝方法

劃重點

① 采用DIN導軌安裝時要考慮PLC的高度和厚度。

② 采用直接安裝時，應遵循PLC安裝孔間距確定安裝位置。

在安裝前，要對待安裝PLC的品牌、型號、結構及尺寸等進行了解，如圖4-25所示。

1 安裝并固定DIN導軌

圖4-26為PLC控制柜中DIN導軌的安裝與固定。

根據對控制要求的分析，選擇合適規模的控制柜安裝PLC及相關的電氣部件。先將DIN導軌安裝在PLC控制柜中，使用螺釘旋具將固定螺釘擰入DIN導軌和PLC控制柜的固定孔中，將DIN導軌固定在PLC控制柜上。

多說兩句！

2 安裝并固定PLC

將選好的PLC按照安裝要求固定在DIN導軌上，如圖4-27所示。

劃重點

① 將PLC安裝槽對準DIN導軌，使PLC背部上端的卡扣卡住DIN導軌。

劃重點

② 安裝前，需將PLC底部的兩個鎖扣向下推，解鎖，使PLC安裝槽有足夠的寬度，確保DIN導軌能夠嵌入安裝槽內。

③ 將PLC背部的兩個鎖扣向上推，卡住DIN導軌。

多說兩句！

在DIN導軌上安裝PLC時，應確保PLC的上部DIN導軌卡夾處于鎖緊（內部）位置，下部DIN導軌卡夾處于伸出位置。

將PLC安裝到DIN導軌上后，將下部DIN導軌卡夾推到鎖緊位置，使PLC鎖定在DIN導軌上。

3 打開端子排護罩

PLC與輸入、輸出設備之間通過輸入、輸出接口端子排連接。連接前，首先應將輸入、輸出接口端子排上的護罩打開，為連接做好準備，如圖4-28所示。

劃重點

PLC與輸入、輸出設備之間通過輸入、輸出接口端子排連接，在連接前，首先應將輸入、輸出接口端子排撬開。

① 將PLC的輸入、輸出接口端子排的護罩打開，使用一字槽螺釘旋具插入接口端子排（連接器）居中位置的缺口處，向外側撬動。

② 輕輕撬起接口端子排頂部使其與PLC分離。接口端子排從夾緊位置脫離，即可從PLC上卸下。

4 輸入/輸出接口端子的接線

PLC的輸入接口常與輸入設備（控制按鈕、過熱保護繼電器等）連接控制PLC的工作狀態；PLC的輸出接口常與輸出設備（接觸器、繼電器、晶體管、變頻器等）連接控制輸出設備的工作狀態。

根據控制要求，將相應的輸入設備和輸出設備連接到PLC的輸入、輸出接口端子上，端子號應與I/O地址表相符，如圖4-29所示。

圖4-30為西門子S7-200 SMART（CPU SR40）PLC的接線特點。

劃重點

在進行PLC輸入/輸出接口的連接時，首先應了解所選用PLC輸入、輸出接口的接線特點。

連接輸入設備時，將按鈕開關或限位開關的一個觸點與PLC的輸入接口連接，另一個觸點與供電端L+（+24V）連接；連接輸出設備時，將接觸器的一端與PLC的輸出接口連接，另一端與相線端連接，使其線圈接入交流220V電壓。

5 PLC擴展接口的連接

當PLC需要連接擴展模塊時，應先將擴展模塊安裝在PLC控制柜內，再將擴展模塊的數據線連接端插接在PLC擴展接口上，如圖4-31所示。

劃重點

為了保障PLC能夠正常運行，在安裝接線完畢后，并不能立即投入使用，還要對PLC進行調試與檢測，以免因在安裝過程中出現的連接不良、連接錯誤、設備損壞等情況造成PLC短路、斷路或損壞元器件等。