第4章 PLC的安裝、調(diào)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(huán)境因素

不同廠家生產(chǎn)的不同系列和型號的PLC，其外形結(jié)構(gòu)和適用的環(huán)境有很大差異，在選購PLC時，應(yīng)首先根據(jù)PLC的實際工作環(huán)境進行合理的選購，如圖4-1所示。

在選購PLC時，環(huán)境因素是主要的選購依據(jù)，是確定機型結(jié)構(gòu)的重要參考因素。

劃重點

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

①多數(shù)小型PLC均為整體式的，適用于比較固定、環(huán)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(fù)雜的場合。

③混合式PLC是適用于控制要求復(fù)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(shù)的控制要求和環(huán)境。

多說兩句！

2 考慮控制復(fù)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(yīng)根據(jù)系統(tǒng)控制的復(fù)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(shù)據(jù)傳送、通信等基本控制和運算功能的系統(tǒng)，選用低檔PLC即可滿足控制要求。

對于控制較為復(fù)雜、控制要求較高的系統(tǒng)，即需要進行復(fù)雜的函數(shù)運算、PID、矩陣、遠程I/O、通信聯(lián)網(wǎng)等較強控制和運算功能的系統(tǒng)，應(yīng)視其規(guī)模及復(fù)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(fù)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(yīng)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(biāo)之一，直接影響系統(tǒng)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(yīng)對不同的被控對象，每一種規(guī)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(yīng)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(qū)動負載，但繼電器輸出的響應(yīng)時間相對較慢（10ms左右）。

② 晶體管輸出類型的PLC，其輸出驅(qū)動能力小于繼電器輸出，輸出響應(yīng)時間較快（一般在0.2ms以下）。當(dāng)需要高頻脈沖串驅(qū)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(qū)動交流負載，響應(yīng)速度比繼電器輸出快，使用壽命長。

5 考慮設(shè)備之間統(tǒng)一性的匹配因素

如圖4-5所示，在選購PLC時，應(yīng)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(shè)備的采購與管理，以及技術(shù)人員的培訓(xùn)和技術(shù)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(tǒng)進行集中管理。

6 考慮I/O點數(shù)因素

在選購PLC時，應(yīng)對其使用的I/O點數(shù)進行估算，合理選購，如圖4-6所示。

I/O點數(shù)是PLC選購時的重要指標(biāo)，是衡量PLC規(guī)模大小的標(biāo)志，若不加以統(tǒng)計，一個小的控制系統(tǒng)，卻選用中規(guī)模或大規(guī)模的PLC，不僅會造成I/O點數(shù)的閑置，也會造成投入成本的浪費，因此在選購PLC時，應(yīng)對其使用的I/O點數(shù)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(chǔ)上，分析和統(tǒng)計所需控制部件（輸入部件，如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器的觸點、傳感器等）的個數(shù)和執(zhí)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(shù)確定所需PLC的I/O點數(shù)，且一般應(yīng)有15%～20%的預(yù)留，以滿足生產(chǎn)規(guī)模的擴大和生產(chǎn)工藝的改進。

7 考慮PLC擴展性能因素

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

劃重點

在硬件擴展系統(tǒng)中，PLC主機（CPU模塊）放在最左側(cè)，擴展模塊用扁平電纜與左側(cè)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(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部所需的電信號，用以擴展主機的輸入點數(shù)，如圖4-8所示。

劃重點

選擇PLC的輸入模塊時，應(yīng)根據(jù)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(yīng)注意輸入模塊允許同時接通的點數(shù)。通常，允許同時接通的點數(shù)和輸入電壓、環(huán)境溫度有關(guān)。

多說兩句！

② 輸出模塊的選擇

PLC的輸出模塊用于將PLC內(nèi)部的信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動外部負載設(shè)備所需的信號，用以擴展主機的輸出點數(shù)。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(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出及用戶程序的，在選購PLC時，應(yīng)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(yīng)參考開關(guān)量I/O點數(shù)和模擬量I/O點數(shù)進行估算，在估算的基礎(chǔ)上再留有25%的余量。

選擇PLC的輸出模塊時，應(yīng)根據(jù)輸出模塊的輸出方式進行選擇。輸出模塊的輸出電流應(yīng)大于負載電流的額定值。

用戶程序存儲器的容量用字數(shù)體現(xiàn)，估算公式如下：

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

另外，用戶程序存儲器的容量除了與開關(guān)量I/O點數(shù)、模擬量I/O點數(shù)有關(guān)外，還與用戶編寫的程序有關(guān)，不同用戶所編寫程序的復(fù)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(huán)境的要求

在安裝PLC之前，首先要確保安裝環(huán)境應(yīng)符合PLC的基本工作需求，包括溫度、濕度、振動及周邊設(shè)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(nèi)，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(fēng)要求。

劃重點

為了保證PLC工作時的溫度在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，PLC控制柜應(yīng)有足夠的通風(fēng)空間，如果環(huán)境溫度超過55℃，則應(yīng)安裝通風(fēng)風(fēng)扇，強制通風(fēng)。

圖4-11為PLC控制柜的通風(fēng)方式。PLC控制柜的通風(fēng)方式有自然冷卻方式、強制冷卻方式、強制循環(huán)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(fēng)口和出風(fēng)口實現(xiàn)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(fēng)風(fēng)扇進行通風(fēng)，將PLC內(nèi)部產(chǎn)生的熱量通過通風(fēng)風(fēng)扇排出。

③ 強制循環(huán)方式的PLC控制柜是指在控制柜中安裝冷卻風(fēng)扇，將PLC產(chǎn)生的熱量進行循環(huán)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(jié)構(gòu)，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(yīng)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(wěn)定及日常維護的安全，在安裝PLC控制柜時，應(yīng)盡量遠離600V以上的高壓設(shè)備或動力設(shè)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(dǎo)軌安裝兩種方式，在安裝時可根據(jù)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(yīng)在斷電情況下進行操作，同時為了防止靜電對PLC的影響，應(yīng)借助防靜電設(shè)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(dǎo)軌安裝方式是指利用PLC底部外殼上的導(dǎo)軌安裝槽及卡扣將PLC安裝在DIN導(dǎo)軌上，如圖4-16所示。

圖4-17為DIN導(dǎo)軌的垂直和水平安裝方式。

注意，在振動頻繁的區(qū)域，切記不要使用DIN導(dǎo)軌安裝方式。

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

圖4-18為DIN導(dǎo)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(yīng)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(guān)、接近開關(guān)等傳感部件。

PLC的工作應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)盡量采用專用接地。接地極應(yīng)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(yīng)盡量避免與電動機、變頻器或其他設(shè)備的接地端相連，應(yīng)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(shè)備的接地極相連接，構(gòu)成共用接地。

② 嚴禁將PLC的接地線與其他設(shè)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(guān)、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(yīng)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(shè)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(shè)備時應(yīng)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(biāo)識為I/O）端時應(yīng)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(yīng)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(wěn)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(cè)；

◆ 同一個負載不能同時執(zhí)行不同的控制要求（如電動機運轉(zhuǎn)方向的控制）；

◆ 在對安全有嚴格要求的場合，不能只依靠PLC內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)安全控制，而要在所有存在安全危險的電路中加入相應(yīng)的機械互鎖。

8 PLC擴展模塊的連接要求

當(dāng)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(dāng)FX_2N基本單元的右側(cè)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(dāng)FX_2N基本單元的右側(cè)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(zhuǎn)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(dāng)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(zhuǎn)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(jié)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(tǒng)的安裝方法

劃重點

① 采用DIN導(dǎo)軌安裝時要考慮PLC的高度和厚度。

② 采用直接安裝時，應(yīng)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(jié)構(gòu)及尺寸等進行了解，如圖4-25所示。

1 安裝并固定DIN導(dǎo)軌

圖4-26為PLC控制柜中DIN導(dǎo)軌的安裝與固定。

根據(jù)對控制要求的分析，選擇合適規(guī)模的控制柜安裝PLC及相關(guān)的電氣部件。先將DIN導(dǎo)軌安裝在PLC控制柜中，使用螺釘旋具將固定螺釘擰入DIN導(dǎo)軌和PLC控制柜的固定孔中，將DIN導(dǎo)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(dǎo)軌上，如圖4-27所示。

劃重點

① 將PLC安裝槽對準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌，使PLC背部上端的卡扣卡住DIN導(dǎo)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(dǎo)軌能夠嵌入安裝槽內(nèi)。

③ 將PLC背部的兩個鎖扣向上推，卡住DIN導(dǎo)軌。

多說兩句！

在DIN導(dǎo)軌上安裝PLC時，應(yīng)確保PLC的上部DIN導(dǎo)軌卡夾處于鎖緊（內(nèi)部）位置，下部DIN導(dǎo)軌卡夾處于伸出位置。

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

3 打開端子排護罩

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

劃重點

PLC與輸入、輸出設(shè)備之間通過輸入、輸出接口端子排連接，在連接前，首先應(yīng)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(cè)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(shè)備（控制按鈕、過熱保護繼電器等）連接控制PLC的工作狀態(tài)；PLC的輸出接口常與輸出設(shè)備（接觸器、繼電器、晶體管、變頻器等）連接控制輸出設(shè)備的工作狀態(tài)。

根據(jù)控制要求，將相應(yīng)的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備連接到PLC的輸入、輸出接口端子上，端子號應(yīng)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(yīng)了解所選用PLC輸入、輸出接口的接線特點。

連接輸入設(shè)備時，將按鈕開關(guān)或限位開關(guān)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(shè)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(dāng)PLC需要連接擴展模塊時，應(yīng)先將擴展模塊安裝在PLC控制柜內(nèi)，再將擴展模塊的數(shù)據(jù)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(diào)試與檢測，以免因在安裝過程中出現(xiàn)的連接不良、連接錯誤、設(shè)備損壞等情況造成PLC短路、斷路或損壞元器件等。