西门子模块总代理商-白城市

介绍了西门子PLC（可编程序控制器）的基本结构及在工业控制中的应用，并就应用中常见的问题给出了处理方案。

　　关键词：西门子PLC；基本结构；工业控制

　　中图分类号：TP273 文献标识码：A

　　随着微处理器、计算机技术和通信技术的飞速发展，计算机控制技术已被广泛应用于工业的各个领域。现代企业为实现以人为本的工作理念，减小工作强度，增强工作效率，生产线的自动控制系统必须具有高的可靠性和灵活性，西门子可编程序控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应这一要求出现的。现就西门子PLC在工业控制中的应用以及合理解决应用过程中的一些问题进行阐述。

　　1 可编程序控制器（PLC）的基本构成

　　（1）CPU模块。CPU模块主要由微处理器和存储器组成，它的主要任务是不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来储存用户程序和数据。

　　（2）电源模块。电源模块用于将交流220 V转变成直流24 V，给背板总线提供5 V的直流，通过背板提供网线5 V直流电。

　　（3）数字量和模拟量输入输出模块。输入模块用来采集输入信号，分为数字量和模拟量输入，分别采集开关、按钮、压力继电器、电位器、测速发电机、各种变送器等的输入。数字量输出模块用来控制接触器、阀体、报警装置等，而模拟量输出模块用来控制变频器、电动调节阀等。
　　（4）接口模块。接口模块主要用来扩大PLC的容量，也给扩展模块提供电源。

　　（5）通信模块。通信模块用于PLC之间，PLC与远程I/O之间，PLC与计算机和智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI，PROFIBUS，AS－I和工业以太网。

　　（6）编程设备。西门子PLC采用安装了编程软件STEP7的计算机作为编程设备，在显示器屏幕上编辑文本程序和图形程序，也可从CPU将程序上载到编程设备或下载程序到CPU，通过网络可对PLC实现远距离编程。

　

SIMATIC PM1507 单相负载电源（PM = 电源模块）带输入电压范围自动选择功能。其形状和功能佳适用于 SIMATIC S7-1500 PLC。它为 S7-1500 系统组件（例如，CPU、系统电源（PS）、输入和输出模块的 I/O 电路等）供电；必须时，也可以向传感器和执行器提供 24 V DC 电源。

SIPLUS extreme 产品基于西门子标准产品。此处的内容摘自相关的标准产品。增加了与 SIPLUS extreme 相关的信息。

2 PLC的应用领域

　　目前，西门子PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、烟草、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

　　（1）开关量逻辑控制。开关量逻辑控制可取代传统的继电器逻辑控制电路，实现数字量控制、顺序控制；既可用于单台设备的控制，也可用于多机的自动控制，其应用领域已遍布各行各业。

　　（2）闭环过程控制。闭环过程控制是指对存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用模拟量I/O模块，实现A/D和D/A转换（A：模拟量，D：数字量），CPU通过各种各样的控制算法程序来处理模拟量，对模拟量完成闭环PID（比例、积分、微分）控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
　　（3）运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

　　（4）数据处理。PLC具有矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

　　（5）通信联网。西门子PLC通信包含PLC间的通信，PLC与其他智能设备（变频器、计算机、数控装置）间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现代PLC也可以通过Internet实现远程通信，实现远程监控和维修，也可实现远程的数据传输。

　　3 西门子PLC的应用特点

　　西门子PLC采用超大规模集成电路和先进的生产工艺进行生产，其产品与传统的逻辑电路相比具有编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，维修工作量小，维修方便，体积小，能耗低，可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计安装调试量少等特点，硬件配套齐全，用户使用方便。

　　4 西门子PLC应用中需要注意的问题

　　4．1 工作环境

　　（1）温度。PLC要求环境温度在0 ℃～55 ℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

　　（2）湿度。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85％（无露珠）。

　　（3）震动。应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10 Hz～55 Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

　　（4）空气。避免有腐蚀和易燃的气体，如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

　　（5）电源。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24 V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

　　4．2 控制系统中干扰及其来源

　　影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波，电磁波对其具有强烈的干扰。

　　（1）强电干扰。由于电网覆盖范围广，电网受到空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

　　（2）柜内干扰。控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

　　（3）来自接地系统混乱时的干扰。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

　　（4）来自PLC系统内部的干扰。主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路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及元器件间的相互不匹配使用等。

　　（5）变频器干扰。一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

　　4．3 主要抗干扰措施

　　4．3.1 合理处理电源以抑制电网引入的干扰

　　对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

　　4．3．2 安装与布线

　　动力线、控制线以及PLC的电源线和RS485网线应分别配线，各走各的桥架或线槽。

　　（1）PLC应远离强干扰源，柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200 mm），与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。

　　（2）PLC的输入与输出好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

　　（3）交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

　　4．3．3I/O端的接线

　　（1）输入接线。一是输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。二是输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。三是尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致。

　　（2）输出接线。一是输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压，但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。二是由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。三是采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。

　　4．3．4 正确选择接地点以完善接地系统

　　PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

　　（1）安全地或电源接地。将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。

　　（2）系统接地。PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4 Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

　　（3）信号与屏蔽接地。一般要求信号线必须要有唯一的参考地。

　　4．3．5 对变频器干扰的抑制

　　（1）加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

　　（2）使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

　　（3）使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其他设备正常工作。

　　5 结语

　　西门子PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰源，使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠地使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应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大的作用。