PLC系统结构图

1 CPU

CPU由控制器和运算器组成，它是plc的运算和控制，起着主导核心作用。

CPU的任务有：

诊断电源和 PLC内部工作状态、编程的语法错误。

接收存储用户程序和数据。

接收输入信号，送入数据寄存器并保存。

执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑运算，产生相应的控制信号，完成用户指令规定的各种操作。

响应各种外部设备(如编程器、上位机、打印机等)的工作请求。

2 存储器

可分为系统程序存储器和用户程序存储器，用户程序存储器又包括用户程序存储区和用户数据存储区。

系统程序存储器：用于存放PLC生产厂商存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序与PLC硬件组成和专用部件物性有关，用户不能访问和修改该存储器的内容。

用户程序存储区：主要存放用户已编制好的程序或正在调试的应用程序。用户可擦除重新编程。

用户数据存储区：用于PLC工作过程中经常变化，需要随机存储存取的一些数据。

3输入、输出接口

1）输入接口模块

接收和采集两种类型的输入信号：

一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触头、接近开关、光电开关、数字拨码开关传送来的开关量输入信号。

一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等传送来的模拟量输入信号。

2）输出接口模块

连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置。

PLC的输出接口类型有三种：

接收和采集两种类型的输入信号：

继电器输出接口电路

晶体管输出接口电路

晶闸管输出接口电路

继电器输出接口为有触点输出方式，适用于接通或断开开关频率较低的交流或直流负载回路，其带载能力较强，但寿命较短。晶体管输出接口和晶闸管输出接口为无触点输出方式，信号响应迅速、寿命长，可用于接通或断开开关频率较高的负载回路，晶体管常用于直流电源负载控制回路，晶闸管常用于交流电源负载控制回路。

输入、输出接口有数字量（开关量）输入、输出和模拟量输入、输出两种形式。

数字量输入、输出接口的作用是将外部控制现场的数字信号与PLC内部信号的电平相互转换。

模拟量输入、输出接口的作用是将外部控制现场的模拟信号与PLC内部的数字信号相互转换。

输入、输出接口一般具有光电隔离和滤波，其作用是把PLC与外部电路隔离开，以提高PLC的抗干扰能力。

3）IO模块供电模块

PLC的开关量输入接口按使用的电源不同有三个类型：

直流12~24V输入端；

交流100~120V或200~240V输入端；

交直流12~24V输入接口。

输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。

4 电源模块

PLC一般使用220V单相交流电源，电源部件将交流电转换成中央处理器、存储器等电路工作所需的直流电，保证PLC正常工作。

整体机PLC内部有一个开关稳压电源，此电源一方面可为CPU、I/O单元及扩展单元提供直流5V工作电源，另一方面可为外部输入元件提供直流24V电源。

对于整体机结构的PLC，电源通常封装在机箱内部；

对于组合式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。

5机架和扩展接口

扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需求。

若PLC主机板（又称基本单元）的I/O点数不能满足输入输出设备的需要时，可用扩展电缆将I/O扩展单元与基本单元相连，达到灵活配置，增加I/O点数的目的。

6 编程软件

作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。

有简易编程器、图形编程器和计算机编程器。

简易编程器(又称手持编程器)，优点是：价格便宜、携带方便。缺点是：只能联机编程，且一般只能用助记符指令编程。多用于小型PLC。

图形编程器可以是联机编程，也可以是脱机编程；可以是梯形图编程也可以是用助记符编程。可以与打印机、绘图仪等设备相连，并具有较强的监控功能，但其价格较高，通常用于大、中型PLC系统的编程。

通用计算机编程，采用通用计算机，通过PLC的RS232串行外设通讯口(或RS422接口配以适配器)与计算机相连，利用PLC厂家提供的专用编程软件，使用户可以直接在计算机上采用梯形图或助记符指令编程，并有较强的监控能力。

如果现在有个项目，需要MODBUS控制五个变频器，那该怎么办？

也许你会说，这还不简单，把前面的通信程序复zhi五遍不就行了？理论上，这是可行的，但却是不可行的，为什么呢？因为串口在同一时间，只能进行一次数据交互。这个一次，是指一次读或是写操作。这就好比一个很窄的路口，一次只能通过一辆汽车，如果五辆汽车一起通过，势必会引起堵塞，一辆也过不去，但我们需要过五辆怎么办？那就需要交通灯或是交指挥交通，销售电气柜，通信也一样，也需要有交通灯或是交，而在MODBUS通信中，就需要我们自己来当交，通过程序控制通信流程，这就是轮询方式。

而MODBUS通信实现轮询，有两个常用的方法。

1 时间间隔法

所谓时间间隔法，就是每个操作分配一个固定的时间，比如第yi秒写入频率，第二秒读取频率，第三秒读取电流，当然，这个时间是要根据实际情况来设置的，我们看一个例子：

图一时间间隔

如图一所示，这是一个BLINK 和计数器两个功能块组成的程序，BLINK产生一个50毫秒的脉冲，而计数器对此脉冲进行计数，因此，计数器的当前计数值CV 也就是图中黄色荧光笔部分，就会从1 到6每隔50毫秒递增一次。这样，就为每一次操作分配了50毫秒的时间。

图二 利用时间间隔触发通信

如图二，红色圆圈部分，当数值等于1的时候，我们写入地址0002，当数值等于2的时候，我们读取103，依次类推。黄色荧光笔部分是触发路径。

2 功能块触发法

功能块触发法，是利用功能块的状态参数来触发下一次通信，也就是我在介绍通信的时候使用的BUSY信号。

图三 利用BUSY信号触发下一次读写

如图三所示，当写入0002通信完成后，利用BUSY信号来触发下一次通信，读取103的值。图中黄色荧光笔的部分，就是触发路径，当上一个通信功能块的BUSY信号产生下降沿的时候，证明这次通信已经完成，以此来触发下一次通信

以上，就是两种常用的轮询方法，它们各有优缺点，的方式就是两者结合。利用时间间隔，这个时间间隔的设置就很讲究，时间太短，可能通信还没完成，时间太长影响效率。而利用功能块的BUSY信号，可以很好解决这个问题，但是，一旦一个环节通信出错，BUSY信号无法给出，就会造成后面的通信无法进行，那么该如何结合呢？那就是用时间间隔来确定从站之间的通信间隔，而同一个从站的读写就用功能块信号触发，这样即使通信有错误，也只是影响一个从站。

我们为每个从站分配30毫秒的时间，那么轮询10个从站只需要300毫秒，这基本能满足我们的需求，而又能保证每个站的通信时间。因为超过10个从站，就不建议用MODBUS通信了，那样就要考虑使用总线了。而一个从站内部，要读写多次的时候，就用BUSY信号触发。这样，即使一个从站通信出现问题，也不会影响下一个从站的通信。

一、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。

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，采购电气柜，在绘制时序图时即可发现。

(6)分子系统编制调试方案，然后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。

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

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，不需另外增加费用。缺点是逻辑验证不全，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，调试电气柜，其余的采用强置方式，取二者之长互补。

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、现场设备接线、I/O接点及信号检查调整

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；

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。

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

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，新密电气柜，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。

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。

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。

二、信号衰减问题的讨论

(1)从PLC主机至I/O站的信号衰减值为35dB。

(2)通信电缆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，而不是呈星敷设。

(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。

(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。

三、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。

(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。