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第 6 部分
PLC控制系统的设计
授课教师：李 建 兴 （ E-mail,lijx@fjut.edu.cn）
（福建工程学院电子信息与电气工程系）
可编程序控制器（ PLC） 应用技术
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.1 PLC控制系统设计的基本原则
在设计 PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
? 最大限度地满足控制要求 充分发挥 PLC功能, 最大限度地满足
被控对象的控制要求, 是设计中最重要的一条原则 。 设计人员要深
入现场进行调查研究, 收集资料 。 同时要注意和现场工程管理和技
术人员及操作人员紧密配合, 共同解决重点问题和疑难问题 。
? 保证系统的安全可靠 保证 PLC控制系统能够长期安全, 可靠,
稳定运行, 是设计控制系统的重要原则 。
? 力求简单, 经济, 使用与维修方便 在满足控制要求的前提下
,一方面要注意不断地扩大工程的效益, 另一方面也要注意不断地
降低工程的成本 。 不宜盲目追求自动化和高指标 。
? 适应发展的需要 适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 1） 分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点, 了解被控
对象机, 电, 液之间的配合, 提出被控对象对 PLC控制系
统的控制要求, 确定控制方案, 拟定设计任务书 。
? 2） 确定输入／输出设备
根据系统的控制要求, 确定系统所需的全部输入设备
（ 如：按纽, 位置开关, 转换开关及各种传感器等 ） 和输
出设备 （ 如：接触器, 电磁阀, 信号指示灯及其它执行器
等 ）, 从而确定与 PLC有关的输入 /输出设备, 以确定 PLC
的 I/O点数 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 3） 选择 PLC
PLC选择包括对 PLC的机型, 容量, I/O模块, 电源等
的选择
? 4） 分配 I/O点并设计 PLC外围硬件线路
? 分配 I/O点：画出 PLC的 I/O点与输入 /输出设备的连接图或
对应关系表 。
? PLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图, 包
括主电路和未进入 PLC的控制电路等 。
? 由 PLC的 I/O连接图和 PLC外围电气线路图组成系统的电气
原理图 。 到此为止系统的硬件电气线路已经确定 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 5） 程序设计
? 程序设计,1） 控制程序； 2） 初始化程序； 3） 检测, 故障诊断和显
示等程序； 4） 保护和连锁程序 。
? 模拟调试：根据产生现场信号的方式不同, 模拟调试有硬件模拟法
和软件模拟法两种形式 。
? 6） 硬件实施
? 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；
? 设计系统各部分之间的电气互连图；
? 根据施工图纸进行现场接线, 并进行详细检查 。
? 由于程序设计与硬件实施可同时进行, 因此 PLC控制系统的设计周
期可大大缩短 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 7） 联机调试
? 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调 。 联机调试
过程应循序渐进, 从 PLC只连接输入设备, 再连接输出设备, 再接
上实际负载等逐步进行调试 。 如不符合要求, 则对硬件和程序作调
整 。 通常只需修改部份程序即可 。
? 全部调试完毕后, 交付试运行 。 经过一段时间运行, 如果工作正常
,程序不需要修改, 应将程序固化到 EPROM中, 以防程序丢失 。
? 8） 整理和编写技术文件
? 技术文件包括设计说明书, 硬件原理图, 安装接线图, 电气元件明
细表, PLC程序以及使用说明书等 。
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6.2 PLC的选择
? 随着 PLC技术的发展, PLC产品的种类也越来越多 。 不同
型号的 PLC,其结构形式, 性能, 容量, 指令系统, 编程
方式, 价格等也各有不同, 适用的场合也各有侧重 。 因此
,合理选用 PLC,对于提高 PLC控制系统的技术经济指标
有着重要意义 。
? PLC的选择主要应从 PLC的机型、容量,I/O模块、电源模
块、特殊功能模块、通信联网能力 等方面加以综合考虑。
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6.2 PLC的选择
6.2.1 PLC机型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方
便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
? 合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式 。
? 安装方式的选择
安装方式有集中式, 远程 I／ O式以及多台 PLC联网的分布式 。
? 相应的功能要求
? 响应速度要求
? 系统可靠性的要求
对可靠性要求很高的系统, 应考虑是否采用冗余系统或热备用系统
? 机型尽量统一
便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的
提高, 外部设备通用, 资源可共享, 易于联网通信 。
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6.2 PLC的选择
6.2.2 PLC容量的选择
? I／ O点数的选择
? 在满足控制要求的前提下力争使用的 I／ O点最少 。
? 需要加上 10％ ~15％ 的裕量 。
? 存储容量的选择
? 存储容量大小不仅与 PLC系统的功能有关, 还与功能实现的方法,
程序编写水平有关 。 一个有经验的程序员和一个初学者, 在完成同
一复杂功能时, 其程序量可能相差 25％ 之多 。
? 在 I／ O点数确定的基础上, 按下式估算存储容量后, 再加 20％ ~30
％ 的裕量 。
存储容量 (字节 )＝开关量 I/O点数 × 10＋ 模拟量 I/O通道数 × 100
? 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输入模块的选择
1） 输入信号的类型及电压等级
有 直流输入, 交流输入和交流／直流输入 三种类型 。 选择时主
要根据现场输入信号和周围环境因素等 。
直流输入 模块的延迟时间较短, 还可以直接与接近开关, 光电
开关等电子输入设备连接；
交流输入 模块可靠性好, 适合于有油雾, 粉尘的恶劣环境 。
开关量输入模块的 电压等级 有：直流 5Ｖ, 12Ｖ, 24Ｖ, 48Ｖ,
60Ｖ等；交流 110Ｖ, 220Ｖ等 。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑 。
一般 5Ｖ, 12Ｖ, 24Ｖ用于传输距离较近场合, 如 5Ｖ输入模块
最远不得超过１０米 。 距离较远的应选用输入电压等级较高的 。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输入模块的选择
2）输入接线方式
主要有 汇点式和分组式 两种接线方式
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输入模块的选择
3） 注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块 (如 32点, 48点等 ),应考
虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的 60％ 。
4） 输入门槛电平
门槛电平越高, 抗干扰能力越强, 传输距离也越远,
具体可参阅 PLC说明书 。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输出模块的选择
1） 输出方式
开关量输出模块有 继电器输出, 晶闸管输出和晶体管输出 三种方式
继电器输出,价格便宜, 可以驱动交, 直流负载, 适用的电压
大小范围较宽, 导通压降小, 承受瞬时过电压和过电流的能力较强
,但动作速度较慢 （ 驱动感性负载时, 触点动作频率不超过 1HZ）
,寿命较短, 可靠性较差, 只能适用于不频繁通断的场合 。
对于频繁通断的负载，应该选用 晶闸管输出 或 晶体管输出,它
们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输
出只能用于直流负载。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输出模块的选择
2） 输出接线方式
开关量输出模块主要有 分组式和分隔式 两种接线方式
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输出模块的选择
3） 驱动能力
应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流 。
如果实际输出设备的电流较大, 输出模块无法直接驱动, 可增加中
间放大环节 。
4） 注意同时接通的输出点数量
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的
电流值
一般来讲, 同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的 60％
5） 输出的最大电流与负载类型, 环境温度等因素有关
与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。晶闸管
的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 模拟量 I/O模块的选择
模拟量输入 （ A/D） 模块是将现场由传感器检测而产生
的连续的模拟量信号转换成 PLC内部可接受的数字量；
模拟量输出 (D/A)模块是将 PLC内部的数字量转换为模
拟量信号输出 。
典型模拟量 I/O模块的量程为 -10V~+10V,0~+10V、
4~20mA等, 可根据实际需要选用, 同时还应考虑其 分辨
率和转换精度 等因素 。
一些 PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块, 可用来
直接接收低电平信号 （ 如 RTD,热电偶等信号 ）
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 特殊功能模块的选择
PLC厂家相继推出了一些具有特殊功能的 I/O模块, 有
的还推出了自带 CPU的智能型 I/O模块, 如高速计数器, 凸
轮模拟器, 位置控制模块, PID控制模块, 通信模块等 。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 电源模块及其它外设的选择
1） 电源模块的选择
电源模块选择仅对于模块式结构的 PLC而言, 对于整体式 PLC不
存在电源的选择 。
电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压 。
2） 编程器的选择
3） 写入器的选择
为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏 RAM中的用户
程序, 可选用 EPROM写入器, 通过它将用户程序固化在 EPROM中
。 有些 PLC或其编程器本身就具有 EPROM 写入的功能 。
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与主令电器类设备的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与拨码开关的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与旋转编码器的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与传感器类设备的连接
I ----传感器的漏电流（ mA）
UOFF----PLC输入电压低电平的上限值（ V）
RC----PLC的输入阻抗（ KΩ）
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输出设备的连接
? PLC与输出设备的一般连接方法
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与感性输出设备的连接
续流二极管的额定电流为 1A、
额定电压大于电源电压的 3倍；
电阻值可取 50~120Ω
电容值可取 0.1~0.47μF，
电容的额定电压应大于电源的峰
值电压。
接线时要注意续流二极管的极性
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与七段 LED显示器的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与输出设备连接的其它注意事项
1）除了 PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端与
输出公共端一般不能接在一起；
2） PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流, 尤其
是晶闸管输出, 将可能会出现输出设备的误动作 。 所以要
在负载两端并联一个旁路电阻, 旁路电阻 R的阻值估算可
由下式确定：
UON是负载的开启电压（ V）,I是输出漏电流（ mA）
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6.4 减少 I/O点数的措施
PLC在实际应用中常碰到这样两个问题,
1） PLC的 I/O点数不够，需要扩展，然而增加 I/O点数将提
高成本；
2）是已选定的 PLC可扩展的 I/O点数有限，无法再增加。
在满足系统控制要求的前提下，合理使用 I/O点数，
尽量减少所需的 I/O点数是很有意义的。
本节将介绍几种实用的减少 I/O点数的措施。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 分组输入
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 矩阵输入
1）矩阵输入方法需
要 硬件与软件相配合
来完成
2）由于矩阵输入的
输入信号为一系列断
续的脉冲信号 。
3）应保证 输入信号
的宽度要大于 Y0、
Y1,Y2轮流导通一
遍的时间
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 组合输入
对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 输入设备多功能化
例如
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 合并输入
将某些功能相同的开关量输入设备合并输入 。 如果是
几个常闭触点, 则串联输入；如果是几个常开触点, 则并
联输入 。
? 某些输入设备可不进 PLC
有些输入信号功能简单、
涉及面很窄，有时就没有必要
作为 PLC的输入，将它们放在
外部电路中同样可以满足要求。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.2 减少输出点数的措施
? 矩阵输出
注意：采用矩
阵输出时，必须要
将同一时间段接通
的负载安排在同一
行或同一列中，否
则无法控制。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.2 减少输出点数的措施
? 分组输出
当两组输出设备或负
载不会同时工作，可通过
外部转换开关或通过受
PLC控制的电器触点进行
切换，所以 PLC的每个输
出点可以控制两个不同时
工作的负载。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.2 减少输出点数的措施
? 并联输出
注意 PLC输出点同时驱动多个负载时, 应考虑 PLC输
出点的驱动能力是否足够 。
? 输出设备多功能化
利用 PLC的逻辑处理功能, 一个输出设备可实现多种
用途 。
? 某些输出设备可不进 PLC
系统中某些相对独立、比较简单的控制部分，可直接
采用 PLC外部硬件电路实现控制。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.3 注意的问题
? 以上一些常用的减少 I/0点数的措施,仅供参考,实际应用
中应该根据具体情况，灵活使用。
? 同时应该注意 不要过份去减少 PLC的 I/0点数，而使外部附
加电路变得复杂,从而影响系统的可靠性。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于
恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起 PLC内部信息
的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。
为了提高 PLC系统运行的可靠性，应注意以下问题,
? 适合的工作环境
? 合理的安装与布线
? 正确的接地
? 必须的 安全 保护环节
? 必要的软件措施
? 采用 冗余系统或热备用系统
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.1 适合的工作环境
? 环境温度适宜
通常 PLC允许的环境温度约在 0~55° C。 安装时不要把
发热量大的元件放在 PLC的下方； PLC四周要有足够的通
风散热空间；不要把 PLC安装在阳光直接照射或离暖气,
加热器, 大功率电源等发热器件很近的场所；安装 PLC的
控制柜最好有通风的百叶窗, 如果控制柜温度太高, 应该
在柜内安装风扇强迫通风 。
? 环境湿度适宜
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于 85％, 以保
证 PLC的绝缘性能 。 湿度太大也会影响模拟量输入 /输出装
置的精度 。 因此, 不能将 PLC安装在结露, 雨淋的场所
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.1 适合的工作环境
? 注意环境污染
不宜把 PLC安装在有大量污染物 （ 如灰尘, 油烟, 铁粉
等 ）, 腐烛性气体和可燃性气体的场所, 尤其是有腐蚀性
气体的地方, 易造成元件及印刷线路板的腐蚀 。
? 远离振动和冲击源
远离有强烈振动和冲击场所, 尤其是连续, 频繁的振动
。 必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响 。
? 远离强干扰源
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设
备和大型动力设备等，同时 PLC还应该远离强电磁场和强
放射源，以及易产生强静电的地方。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.2 合理的安装与布线
? 注意电源安装
? PLC的 I／ O电路都具有滤波, 隔离功能, 所以对外部电源要求不高
? 内部电源的性能好坏直接影响到 PLC的可靠性, 对其要求较高
在干扰较强或可靠性要求较高的场合, 应该用 带屏蔽层的隔离
变压器, 对 PLC系统供电 。 还可以在隔离变压器二次侧 串接 LC滤波
电路 。 同时, 在安装时还应注意以下问题：
1） 隔离变压器与 PLC和 I/O电源之间最好采用双绞线连接, 以抑
制串模干扰；
2） 系统的动力线应足够粗, 以降低大容量设备起动时引起的线
路压降；
3） PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保
证正确的输入信号。否则可能使 PLC接收到错误的信号。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.2 合理的安装与布线
? 远离高压
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装, 更不能与高压电器
安装在同一个控制柜内 。 在柜内 PLC应远离高压电源线, 二者间距
离应大于 200mm。
? 合理的布线
1) I/O线, 动力线及控制线应分开走线, 尽量不要在同一线槽中 。
2) 交流线与直流线, 输入线与输出线最好分开走线 。
3) 开关量与模拟量的Ｉ /Ｏ线最好分开走线, 传送模拟量信号的Ｉ /Ｏ
线最好用屏蔽线, 且屏蔽线的屏敝层应一端接地 。
4) PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小, 频率高, 很容
易受干扰, 不能与其它的连线敷埋在同一线槽内 。
5） PLC的 I/O回路配线, 必须使用压接端子或单股线 。
6) 与 PLC安装在同一控制柜内的感性元件, 最好有消弧电路 。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.3 正确的接地
? PLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁止使
用串联接地方式
? PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近 PLC。 同时，
接地电阻要小于 100Ω,接地线的截面应大于２ mm2。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.4 必须的 安全 保护环节
? 短路保护
应该在 PLC外部输出回路中装上熔断器, 进行短路保护 。 最好在
每个负载的回路中都装上熔断器 。
? 互锁与联锁措施
除在程序中保证电路的互锁关系, PLC外部接线中还应该采取硬
件的互锁措施, 以确保系统安全可靠地运行 。
? 失压保护与紧急停车措施
PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施, 当临时停电再恢
复供电时, 不按下, 启动, 按钮 PLC的外部负载就不能自行启动 。
这种接线方法的另一个作用是, 当特殊情况下需要紧急停机时, 按
下, 停止, 按钮就可以切断负载电源, 而与 PLC毫无关系 。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.5 必要的软件措施
? 消除开关量输入信号抖动
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.5 必要的软件措施
? 故障的检测与诊断
? 超时检测,设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的, 即使变
化也不会太大, 因此可以以这些时间为参考, 在 PLC发出输出信号
,相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时, 定时器的
设定值比正常情况下该动作的持续时间长 20％ 左右 。
? 逻辑错误检测,编制一些常见故障的异常逻辑关系, 一旦异常逻辑
关系为 ON状态, 就应按故障处理 。
? 消除预知干扰, 某些干扰是可以预知的, 如 PLC的输出命令使执行
机构 （ 如大功率电动机, 电磁铁 ） 动作, 常常会伴随产生火花, 电
弧等干扰信号, 它们产生的干扰信号可能使 PLC接收错误的信息 。
在容易产生这些干扰的时间内, 可用软件封锁 PLC的某些输入信号
,在干扰易发期过去后, 再取消封锁 。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.6 采用 冗余系统或热备用系统
? 冗余系统
冗余系统是指系统中有多余
的部分，在系统出现故障时，这
多余的部分能立即替代故障部分
而使系统继续正常运行。
? 热备用系统
热备用系统的结构较冗余系
统简单，虽然也有两个 CPU模块
在同时运行一个程序，但没有冗
余处理单元 RPU。 系统两个 CPU
模块的切换，是由主 CPU模块通
过通信口与备用 CPU模块进行通
信来完成的。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.1 机械手及其控制要求
机械手的原位：
在最上面、最左
边且除松开的电
磁线圈 (YV5)通
电外其它线圈全
部断电的状态
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.1 机械手及其控制要求
? 机械手具有 手动, 单步, 单周期, 连续 和 回原位 五种工作
方式，用开关 SA进行选择。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.2 PLC的 I/O分配
? 为了保证在紧急情况下
（包括 PLC发生故障时）
，能可靠地切断 PLC的负
载电源，设置了交流接
触器 KM。 在 PLC开始运
行时按下“电源”按钮
SB1,使 KM线圈得电并
自锁,KM的主触点接通
，给输出设备提供电源；出现紧急情况时，按
下“急停”按钮 SB2，
KM触点断开电源。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 程序的总体结构
? 将程序分为 公用程序, 自动程序, 手
动程序 和 回原位程序 四个部分，
? 其中自动程序包括单步、单周期和连
续工作的程序，这是因为它们的工作
都是按照同样的顺序进行，所以将它
们合在一起编程更加简单。
? 梯形图中使用跳转指令使得自动程序
、手动程序和回原位程序不会同时执
行。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 公用程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 手动程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 自动程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 自动程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 回原位程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 程序综合与模拟调试
? 由于在分部分程序设计时已经考虑各部分之间的相互关系
，因此只要将公用程序、手动程序、自动程序和回原位程
序按照机械手程序总体结构综合起来即为机械手控制系统
的 PLC程序。
? 模拟调试时各部分程序可先分别调试，然后再再进行全部
程序的调试，也可直接进行全部程序的调试。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.4 现场施工与联机调试（略）
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.1 PLC模拟量闭环控制系统的基本原理
? 虚线部分由 PLC的基本单元加上模拟量输入 /输出扩展单元
来承担。即由 PLC自动采样来自检测元件或变送器的模拟
输入信号，同时将采样的信号转换为数字量，存在指定的
数据寄存器中，经过 PLC运算处理后输出给执行机构。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
传统的模拟量控制系统主要采用电动组合仪表，常用
的有 DDZ-Ⅱ 型和 DDZ-Ⅲ 型仪表。其特点是结构简单、价
格便宜，但体积大、功耗大、安装复杂、通用性和灵活性
较差、控制精度和稳定性较差。另外，其控制运算功能简
单，不能实现复杂的过程控制。
随着电子技术的发展，新型的过程控制计算机不断涌
现，较为流行的有工业控制计算机（ IPC）,可编程调节
器（ PSC）,集散控制系统（ DCS）。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
? PLC与 PSC
? 可编程调节器（ PSC） 是在 DDZ-Ⅲ 型仪表的基础上，采用微处理器
技术发展起来的第四代仪表。它的强大功能、灵活性、可靠性、控
制精度、数字通讯能力是传统的电动组合仪表无法比拟的。
? PSC与 PLC都是智能化的工业装置，各有特色。 PLC以开关量控制为
主，模拟量控制为辅；而 PSC则以闭环模拟量控制为主，开关量控
制为辅，并能进行显示、报警和手动操作。
? 在模拟量控制系统中采用 PSC更适合于各种过程控制的要求。而 PLC
的可靠性、灵活性、强大的开关量控制能力和通讯联网能力，在模
拟量控制上也富有特色。 特别在开关量、模拟量混合控制系统中更
显示出其独特的优越性 。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
? PLC与 DCS
? 集散控制系统（ DCS） 是 1975年问世的，它的是 3C（ computer、
communications,control） 技术的产物，它将顺序控制装置、数据采
集装置、过程控制的模拟量仪表、过程监控装置有机地结合在一起
，产生了满足各种不同要求的 DCS。
? 而今天的 PLC加强了模拟量控制功能，多数配备了各种智能模块，
具有了 PID调节功能和构成网络、组成分级控制的功能，也实现了
DCS所能完成的功能。到目前为止,PLC与 DCS的发展越来越近。
? 就发展趋势来看，控制系统将综合 PLC和 DCS各自的优势，并把两
者有机地结合起来，形成一种新型的全分布式计算机控制系统。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
? PLC与 IPC
? 工业控制计算机（ IPC） 是由通用微机的推广应用而发展
起来的，其硬件结构和总线的标准化程度高，品种兼容性
强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，在要
求实时性强、系统模型复杂的领域占有优势。
? 而 PLC的标准化程度较差，产品不能兼容，故开发较为困
难。但 PLC的梯形图编程很受不熟悉计算机的电气技术人
员欢迎，同时 PLC专为工业现场环境设计的，可靠性非常
高，被认为是不会损坏的设备，而 IPC在可靠性上还不夠
理想。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有：
? FX2N-2AD（ 2路模拟量输入）
? FX2N-4AD（ 4路模拟量输入）
? FX2N-8AD（ 8路模拟量输入）
? FX2N-4AD-PT（ 4路热电阻直接输入）
? FX2N-4AD-TC（ 4路热电偶直接输入）
? FX2N-2DA（ 2路模拟量输出）
? FX2N-4DA（ 4路模拟量输出）
? FX2N-2LC（ 2路温度 PID控制模块）等。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? FX-4AD模拟量输入模块
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? FX-2DA模拟量输出模块
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 特殊功能模块的编号
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 特殊功能模块的读 /写指令
ml为特殊功能模块的编号,ml=0~7；
m2为该特殊功能模块中缓冲寄存器 (BFM)的编号,m2=0~32767；
n是待传送数据的字数,n=l～ 32（ 16位操作）或 l～ 16（ 32位操作）。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 编程举例 [例 1],FX2N-4AD模块在 0号位置，其通道 CH1和 CH2作
为电压输入,CH3,CH4关闭，平均值采样次数为 4，数据存储器 D1
和 D2用于接收 CH1,CH2输入的平均值。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 编程举例 [例 2]：
FX2N-2DA模块在 1号位
置，其通道 CH1和 CH2
作为电压输出，将数据
存储器 D1和 D2的内容通
过 CH1,CH2输出。
? 程序如图 6-34所示，
X000接通时，通道 1（
CH1） 执行数字到模拟
量的转换； X001接通时
，通道 2（ CH2） 执行数
字到模拟量的转换。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PID控制
在工业控制中, PID控制 （ 比例 -积分 -微分控制 ） 得到了广泛的
应用, 这是因为 PID控制具有以下优点：
1） 不需要知道被控对象的数学模型 。 实际上大多数工业对象准确的
数学模型是无法获得的, 对于这一类系统, 使用 PID控制可以得到比
较满意的效果 。
2） PID控制器具有典型的结构, 程序设计简单, 参数调整方便 。
3）有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用
各种 PID控制的变种和改进的控制方式，如 PI,PD,带死区的 PID、
积分分离式 PID,变速积分 PID等。
随着智能控制技术的发展,PID控制与模糊控制、神经网络控
制等现代控制方法相结合，可以实现 PID控制器的参数自整定，使
PID控制器具有经久不衰的生命力。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PLC实现 PID控制的方法
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PLC实现 PID控制的方法
? 1） 使用 PID过程控制模块 。 这种模块的 PID控制程序是 PLC生产厂
家设计的, 并存放在模块中, 用户在使用时只需要设置一些参数,
使用起来非常方便, 一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路 。
但是这种模块的价格昂贵, 一般在大型控制系统中使用 。 如三菱的 A
系列, Q系列 PLC的 PID控制模块 。
? 2） 使用 PID功能指令 。 现在很多中小型 PLC都提供 PID控制用的功
能指令, 如 FX2N系列 PLC的 PID指令 。 它们实际上是用于 PID控制
的子程序, 与 A/D,D/A模块一起使用, 可以得到类似于使用 PID过
程控制模块的效果, 价格却便宜得多 。
? 3）使用自编程序实现 PID闭环控制。有的 PLC没有有 PID过程控制模
块和 PID控制指令，有时虽然有 PID控制指令，但用户希望采用变型
PID控制算法。在这些情况下，都需要由用户自己编制 PID控制程序
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? FX2N的 PID指令
PID指令是用来调用 PID运算程序，在 PID运算开始之前，应使用 MOV指
令将参数（见表 6-3）设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有
断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。如果目标操作数 [D]有断
电保持功能，应使用初始化脉冲 M8002的常开触点将其复位。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? FX2N的 PID指令
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PID参数的整定
? 比例系数 K p越大, 比例调节作用越强, 系统的稳态精度越高；但是
对于大多数系统, Kp过大会使系统的输出量振荡加剧, 稳定性降低
? 积分部分可以消除稳态误差, 提高控制精度, 但是积分作用的动作
缓慢, 可能给系统的动态稳定性带来不良影响 。 积分时间常数 T I增
大时, 积分作用减弱, 系统的动态性能 （ 稳定性 ） 可能有所改善,
但是消除稳态误差的速度减慢 。
? 微分部分是根据误差变化的速度, 提前给出较大的调节作用 。 微分
部分反映了系统变化的趋势, 它较比例调节更为及时, 所以微分部
分具有超前和预测的特点 。 微分时间常数 T D增大时, 超调量减小,
动态性能得到改善, 但是抑制高频干扰的能力下降 。
? 选取采样周期 T S时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或
上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化,T S越小越好。但
是 T S太小会增加 CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有
什么变化，所以也不宜将 T S取得过小。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.1 PLC控制系统的维护
? 一般情况下检修时间以每 6个月至一年 1次为宜，当外部环
境条件较差时，可根据具体情况缩短检修间隔时间。
? PLC日常维护检修的一般内容
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 任何 PLC都具有自诊断功能，当 PLC异常时应该充分利用
其自诊断功能以分析故障原因。一般当 PLC发生异常时，
首先请检查电源电压,PLC及 I/O端子的螺丝和接插件是否
松动，以及有无其他异常。然后再根据 PLC基本单元上设
置的各种 LED的指示灯状况，以检查 PLC自身和外部有无
异常。
? 下面以 FX系列 PLC为例，来说明根据 LED指示灯状况以诊
断 PLC故障原因的方法。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 电源指示 （ [POWER]LED指示）
? 当向 PLC基本单元供电时，基本单元表面上设置的［
POWER］ LED指示灯会亮。
? 如果电源合上但［ POWER］ LED指示灯不亮，请确认电源
接线。另外，若同一电源有驱动传感器等时，请确认有无
负载短路或过电流。若不是上述原因，则可能是 PLC内混
入导电性异物或其他异常情况，使基本单元内的保险丝熔
断，此时可通过更换保险丝来解决。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 出错指示 （［ EPROR］ LED闪烁 ）
? 当程序语法错误 （ 如忘记设定定时器或计数器的常数等 ）
,或有异常噪音, 导电性异物混入等原因而引起程序内存
的内容变化时, ［ EPROR］ LED会闪烁, PLC处于 STOP
状态, 同时输出全部变为 OFF。 在这种情况下, 应检查程
序是否有错, 检查有无导电性异物混入和高强度噪音源 。
? 发生错误时,8009,8060~8068其中之一的值被写入特殊
数据寄存器 D8004中，假设这个写入 D8004中内容是 8064，
则通过查看 D8064的内容便可知道出错代码。与出错代码
相对应的 实际出错内容参见 PLC使用手册的错误代码表。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 出错指示 （［ EPROR］ LED灯亮 ）
? 由于 PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响, 导致 CPU
失控或运算周期超过 200ms,则 WDT出错, ［ EPROR］ LED灯亮
,PLC处于 STOP,同时输出全部都变为 OFF。 此时可进行断电复位
,若 PLC恢复正常, 请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物
混入的情况 。 另外, 请检查 PLC的接地是否符合要求 。
? 检查过程如果出现 ［ EPROR］ LED灯亮 → 闪烁的变化, 请进行程序
检查 。 如果 ［ EPROR］ LED依然一直保持灯亮状态时, 请确认一下
程序运算周期是否过长 （ 监视 D8012可知最大扫描时间 ） 。
? 如果进行了全部的检查之后，［ EPROR］ LED 的灯亮状态仍不能解
除，应考虑 PLC内部发生了某种故障，请与厂商联系。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 输入指示
? 不管输入单元的 LED灯亮还是灭，请检查输入信号开关是
否确实在 ON或 OFF状态。
? 如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因，
容易产生接触不良。当输入开关与 LED灯亮用电阻并联时
，即使输入开关 OFF但并联电路仍导通，仍可对 PLC进行
输入。如果使用光传感器等输入设备，由于发光／受光部
位粘有污垢等，引起灵敏度变化，有可能不能完全进入
,ON”状态。在比 PLC运算周期短的时间内，不能接收到
ON和 OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时，
会损坏输入回路。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 输出指示
? 不管输出单元的 LED灯亮还是灭, 如果负载不能进行 ON或
OFF时, 主要是由于过载, 负载短路或容量性负载的冲击
电流等, 引起继电器输出接点粘合, 或接点接触面不好导
致接触不良 。
另外，还也可根据 PLC的出错代码来诊断故障原因，
FX系列 PLC出错代码一览表见附录 B,在此不再赘述。
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分选大、小球的机械手
? 系统设有手动, 单周期, 单步, 连续和回原点 5种工作方
式, 机械手在最上面, 最左边且电磁吸盘断电时, 称为系
统处于原点状态 （ 或称初始状态 ） 。 手动时应设有左行,
右行, 上升, 下降, 吸合, 释放六个操作按钮；回原点工
作方式时应设有回原点起动按钮；单周期, 单步, 连续工
作方式时应设有起动和停止按钮 。 系统还应该设有起动和
急停按钮 。 图中 SQ为用来检测大小球的光电开关, SQ为
ON时为小球, SQ为 OFF时为大球 。
? 根据以上要要求，试为该大、小球分选系统设计一套 PLC
控制系统。
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分选大、小球的机械手
第 6 部分
PLC控制系统的设计
授课教师：李 建 兴 （ E-mail,lijx@fjut.edu.cn）
（福建工程学院电子信息与电气工程系）
可编程序控制器（ PLC） 应用技术
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.1 PLC控制系统设计的基本原则
在设计 PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
? 最大限度地满足控制要求 充分发挥 PLC功能, 最大限度地满足
被控对象的控制要求, 是设计中最重要的一条原则 。 设计人员要深
入现场进行调查研究, 收集资料 。 同时要注意和现场工程管理和技
术人员及操作人员紧密配合, 共同解决重点问题和疑难问题 。
? 保证系统的安全可靠 保证 PLC控制系统能够长期安全, 可靠,
稳定运行, 是设计控制系统的重要原则 。
? 力求简单, 经济, 使用与维修方便 在满足控制要求的前提下
,一方面要注意不断地扩大工程的效益, 另一方面也要注意不断地
降低工程的成本 。 不宜盲目追求自动化和高指标 。
? 适应发展的需要 适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 1） 分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点, 了解被控
对象机, 电, 液之间的配合, 提出被控对象对 PLC控制系
统的控制要求, 确定控制方案, 拟定设计任务书 。
? 2） 确定输入／输出设备
根据系统的控制要求, 确定系统所需的全部输入设备
（ 如：按纽, 位置开关, 转换开关及各种传感器等 ） 和输
出设备 （ 如：接触器, 电磁阀, 信号指示灯及其它执行器
等 ）, 从而确定与 PLC有关的输入 /输出设备, 以确定 PLC
的 I/O点数 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 3） 选择 PLC
PLC选择包括对 PLC的机型, 容量, I/O模块, 电源等
的选择
? 4） 分配 I/O点并设计 PLC外围硬件线路
? 分配 I/O点：画出 PLC的 I/O点与输入 /输出设备的连接图或
对应关系表 。
? PLC外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图, 包
括主电路和未进入 PLC的控制电路等 。
? 由 PLC的 I/O连接图和 PLC外围电气线路图组成系统的电气
原理图 。 到此为止系统的硬件电气线路已经确定 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 5） 程序设计
? 程序设计,1） 控制程序； 2） 初始化程序； 3） 检测, 故障诊断和显
示等程序； 4） 保护和连锁程序 。
? 模拟调试：根据产生现场信号的方式不同, 模拟调试有硬件模拟法
和软件模拟法两种形式 。
? 6） 硬件实施
? 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；
? 设计系统各部分之间的电气互连图；
? 根据施工图纸进行现场接线, 并进行详细检查 。
? 由于程序设计与硬件实施可同时进行, 因此 PLC控制系统的设计周
期可大大缩短 。
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6.1 PLC控制系统设计的基本原则与内容
6.1.2 PLC控制系统设计的步骤
? 7） 联机调试
? 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调 。 联机调试
过程应循序渐进, 从 PLC只连接输入设备, 再连接输出设备, 再接
上实际负载等逐步进行调试 。 如不符合要求, 则对硬件和程序作调
整 。 通常只需修改部份程序即可 。
? 全部调试完毕后, 交付试运行 。 经过一段时间运行, 如果工作正常
,程序不需要修改, 应将程序固化到 EPROM中, 以防程序丢失 。
? 8） 整理和编写技术文件
? 技术文件包括设计说明书, 硬件原理图, 安装接线图, 电气元件明
细表, PLC程序以及使用说明书等 。
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6.2 PLC的选择
? 随着 PLC技术的发展, PLC产品的种类也越来越多 。 不同
型号的 PLC,其结构形式, 性能, 容量, 指令系统, 编程
方式, 价格等也各有不同, 适用的场合也各有侧重 。 因此
,合理选用 PLC,对于提高 PLC控制系统的技术经济指标
有着重要意义 。
? PLC的选择主要应从 PLC的机型、容量,I/O模块、电源模
块、特殊功能模块、通信联网能力 等方面加以综合考虑。
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6.2 PLC的选择
6.2.1 PLC机型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方
便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
? 合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式 。
? 安装方式的选择
安装方式有集中式, 远程 I／ O式以及多台 PLC联网的分布式 。
? 相应的功能要求
? 响应速度要求
? 系统可靠性的要求
对可靠性要求很高的系统, 应考虑是否采用冗余系统或热备用系统
? 机型尽量统一
便于备品备件的采购和管理；有利于技术力量的培训和技术水平的
提高, 外部设备通用, 资源可共享, 易于联网通信 。
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6.2 PLC的选择
6.2.2 PLC容量的选择
? I／ O点数的选择
? 在满足控制要求的前提下力争使用的 I／ O点最少 。
? 需要加上 10％ ~15％ 的裕量 。
? 存储容量的选择
? 存储容量大小不仅与 PLC系统的功能有关, 还与功能实现的方法,
程序编写水平有关 。 一个有经验的程序员和一个初学者, 在完成同
一复杂功能时, 其程序量可能相差 25％ 之多 。
? 在 I／ O点数确定的基础上, 按下式估算存储容量后, 再加 20％ ~30
％ 的裕量 。
存储容量 (字节 )＝开关量 I/O点数 × 10＋ 模拟量 I/O通道数 × 100
? 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输入模块的选择
1） 输入信号的类型及电压等级
有 直流输入, 交流输入和交流／直流输入 三种类型 。 选择时主
要根据现场输入信号和周围环境因素等 。
直流输入 模块的延迟时间较短, 还可以直接与接近开关, 光电
开关等电子输入设备连接；
交流输入 模块可靠性好, 适合于有油雾, 粉尘的恶劣环境 。
开关量输入模块的 电压等级 有：直流 5Ｖ, 12Ｖ, 24Ｖ, 48Ｖ,
60Ｖ等；交流 110Ｖ, 220Ｖ等 。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑 。
一般 5Ｖ, 12Ｖ, 24Ｖ用于传输距离较近场合, 如 5Ｖ输入模块
最远不得超过１０米 。 距离较远的应选用输入电压等级较高的 。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输入模块的选择
2）输入接线方式
主要有 汇点式和分组式 两种接线方式
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输入模块的选择
3） 注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块 (如 32点, 48点等 ),应考
虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的 60％ 。
4） 输入门槛电平
门槛电平越高, 抗干扰能力越强, 传输距离也越远,
具体可参阅 PLC说明书 。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输出模块的选择
1） 输出方式
开关量输出模块有 继电器输出, 晶闸管输出和晶体管输出 三种方式
继电器输出,价格便宜, 可以驱动交, 直流负载, 适用的电压
大小范围较宽, 导通压降小, 承受瞬时过电压和过电流的能力较强
,但动作速度较慢 （ 驱动感性负载时, 触点动作频率不超过 1HZ）
,寿命较短, 可靠性较差, 只能适用于不频繁通断的场合 。
对于频繁通断的负载，应该选用 晶闸管输出 或 晶体管输出,它
们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输
出只能用于直流负载。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输出模块的选择
2） 输出接线方式
开关量输出模块主要有 分组式和分隔式 两种接线方式
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 开关量输出模块的选择
3） 驱动能力
应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流 。
如果实际输出设备的电流较大, 输出模块无法直接驱动, 可增加中
间放大环节 。
4） 注意同时接通的输出点数量
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的
电流值
一般来讲, 同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的 60％
5） 输出的最大电流与负载类型, 环境温度等因素有关
与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。晶闸管
的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 模拟量 I/O模块的选择
模拟量输入 （ A/D） 模块是将现场由传感器检测而产生
的连续的模拟量信号转换成 PLC内部可接受的数字量；
模拟量输出 (D/A)模块是将 PLC内部的数字量转换为模
拟量信号输出 。
典型模拟量 I/O模块的量程为 -10V~+10V,0~+10V、
4~20mA等, 可根据实际需要选用, 同时还应考虑其 分辨
率和转换精度 等因素 。
一些 PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块, 可用来
直接接收低电平信号 （ 如 RTD,热电偶等信号 ）
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 特殊功能模块的选择
PLC厂家相继推出了一些具有特殊功能的 I/O模块, 有
的还推出了自带 CPU的智能型 I/O模块, 如高速计数器, 凸
轮模拟器, 位置控制模块, PID控制模块, 通信模块等 。
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6.2 PLC的选择
6.2.3 I／ O模块的选择
? 电源模块及其它外设的选择
1） 电源模块的选择
电源模块选择仅对于模块式结构的 PLC而言, 对于整体式 PLC不
存在电源的选择 。
电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压 。
2） 编程器的选择
3） 写入器的选择
为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏 RAM中的用户
程序, 可选用 EPROM写入器, 通过它将用户程序固化在 EPROM中
。 有些 PLC或其编程器本身就具有 EPROM 写入的功能 。
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与主令电器类设备的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与拨码开关的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与旋转编码器的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.1 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与传感器类设备的连接
I ----传感器的漏电流（ mA）
UOFF----PLC输入电压低电平的上限值（ V）
RC----PLC的输入阻抗（ KΩ）
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输出设备的连接
? PLC与输出设备的一般连接方法
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与感性输出设备的连接
续流二极管的额定电流为 1A、
额定电压大于电源电压的 3倍；
电阻值可取 50~120Ω
电容值可取 0.1~0.47μF，
电容的额定电压应大于电源的峰
值电压。
接线时要注意续流二极管的极性
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与七段 LED显示器的连接
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6.3 PLC与输入输出设备的连接
6.3.2 PLC与常用输入设备的连接
? PLC与输出设备连接的其它注意事项
1）除了 PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端与
输出公共端一般不能接在一起；
2） PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流, 尤其
是晶闸管输出, 将可能会出现输出设备的误动作 。 所以要
在负载两端并联一个旁路电阻, 旁路电阻 R的阻值估算可
由下式确定：
UON是负载的开启电压（ V）,I是输出漏电流（ mA）
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6.4 减少 I/O点数的措施
PLC在实际应用中常碰到这样两个问题,
1） PLC的 I/O点数不够，需要扩展，然而增加 I/O点数将提
高成本；
2）是已选定的 PLC可扩展的 I/O点数有限，无法再增加。
在满足系统控制要求的前提下，合理使用 I/O点数，
尽量减少所需的 I/O点数是很有意义的。
本节将介绍几种实用的减少 I/O点数的措施。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 分组输入
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 矩阵输入
1）矩阵输入方法需
要 硬件与软件相配合
来完成
2）由于矩阵输入的
输入信号为一系列断
续的脉冲信号 。
3）应保证 输入信号
的宽度要大于 Y0、
Y1,Y2轮流导通一
遍的时间
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 组合输入
对于不会同时接通的输入信号，可采用组合编码的方式输入
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 输入设备多功能化
例如
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.1 减少输入点数的措施
? 合并输入
将某些功能相同的开关量输入设备合并输入 。 如果是
几个常闭触点, 则串联输入；如果是几个常开触点, 则并
联输入 。
? 某些输入设备可不进 PLC
有些输入信号功能简单、
涉及面很窄，有时就没有必要
作为 PLC的输入，将它们放在
外部电路中同样可以满足要求。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.2 减少输出点数的措施
? 矩阵输出
注意：采用矩
阵输出时，必须要
将同一时间段接通
的负载安排在同一
行或同一列中，否
则无法控制。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.2 减少输出点数的措施
? 分组输出
当两组输出设备或负
载不会同时工作，可通过
外部转换开关或通过受
PLC控制的电器触点进行
切换，所以 PLC的每个输
出点可以控制两个不同时
工作的负载。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.2 减少输出点数的措施
? 并联输出
注意 PLC输出点同时驱动多个负载时, 应考虑 PLC输
出点的驱动能力是否足够 。
? 输出设备多功能化
利用 PLC的逻辑处理功能, 一个输出设备可实现多种
用途 。
? 某些输出设备可不进 PLC
系统中某些相对独立、比较简单的控制部分，可直接
采用 PLC外部硬件电路实现控制。
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6.4 减少 I/O点数的措施
6.4.3 注意的问题
? 以上一些常用的减少 I/0点数的措施,仅供参考,实际应用
中应该根据具体情况，灵活使用。
? 同时应该注意 不要过份去减少 PLC的 I/0点数，而使外部附
加电路变得复杂,从而影响系统的可靠性。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于
恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起 PLC内部信息
的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。
为了提高 PLC系统运行的可靠性，应注意以下问题,
? 适合的工作环境
? 合理的安装与布线
? 正确的接地
? 必须的 安全 保护环节
? 必要的软件措施
? 采用 冗余系统或热备用系统
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.1 适合的工作环境
? 环境温度适宜
通常 PLC允许的环境温度约在 0~55° C。 安装时不要把
发热量大的元件放在 PLC的下方； PLC四周要有足够的通
风散热空间；不要把 PLC安装在阳光直接照射或离暖气,
加热器, 大功率电源等发热器件很近的场所；安装 PLC的
控制柜最好有通风的百叶窗, 如果控制柜温度太高, 应该
在柜内安装风扇强迫通风 。
? 环境湿度适宜
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于 85％, 以保
证 PLC的绝缘性能 。 湿度太大也会影响模拟量输入 /输出装
置的精度 。 因此, 不能将 PLC安装在结露, 雨淋的场所
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.1 适合的工作环境
? 注意环境污染
不宜把 PLC安装在有大量污染物 （ 如灰尘, 油烟, 铁粉
等 ）, 腐烛性气体和可燃性气体的场所, 尤其是有腐蚀性
气体的地方, 易造成元件及印刷线路板的腐蚀 。
? 远离振动和冲击源
远离有强烈振动和冲击场所, 尤其是连续, 频繁的振动
。 必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响 。
? 远离强干扰源
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设
备和大型动力设备等，同时 PLC还应该远离强电磁场和强
放射源，以及易产生强静电的地方。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.2 合理的安装与布线
? 注意电源安装
? PLC的 I／ O电路都具有滤波, 隔离功能, 所以对外部电源要求不高
? 内部电源的性能好坏直接影响到 PLC的可靠性, 对其要求较高
在干扰较强或可靠性要求较高的场合, 应该用 带屏蔽层的隔离
变压器, 对 PLC系统供电 。 还可以在隔离变压器二次侧 串接 LC滤波
电路 。 同时, 在安装时还应注意以下问题：
1） 隔离变压器与 PLC和 I/O电源之间最好采用双绞线连接, 以抑
制串模干扰；
2） 系统的动力线应足够粗, 以降低大容量设备起动时引起的线
路压降；
3） PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保
证正确的输入信号。否则可能使 PLC接收到错误的信号。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.2 合理的安装与布线
? 远离高压
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装, 更不能与高压电器
安装在同一个控制柜内 。 在柜内 PLC应远离高压电源线, 二者间距
离应大于 200mm。
? 合理的布线
1) I/O线, 动力线及控制线应分开走线, 尽量不要在同一线槽中 。
2) 交流线与直流线, 输入线与输出线最好分开走线 。
3) 开关量与模拟量的Ｉ /Ｏ线最好分开走线, 传送模拟量信号的Ｉ /Ｏ
线最好用屏蔽线, 且屏蔽线的屏敝层应一端接地 。
4) PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小, 频率高, 很容
易受干扰, 不能与其它的连线敷埋在同一线槽内 。
5） PLC的 I/O回路配线, 必须使用压接端子或单股线 。
6) 与 PLC安装在同一控制柜内的感性元件, 最好有消弧电路 。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.3 正确的接地
? PLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁止使
用串联接地方式
? PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近 PLC。 同时，
接地电阻要小于 100Ω,接地线的截面应大于２ mm2。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.4 必须的 安全 保护环节
? 短路保护
应该在 PLC外部输出回路中装上熔断器, 进行短路保护 。 最好在
每个负载的回路中都装上熔断器 。
? 互锁与联锁措施
除在程序中保证电路的互锁关系, PLC外部接线中还应该采取硬
件的互锁措施, 以确保系统安全可靠地运行 。
? 失压保护与紧急停车措施
PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施, 当临时停电再恢
复供电时, 不按下, 启动, 按钮 PLC的外部负载就不能自行启动 。
这种接线方法的另一个作用是, 当特殊情况下需要紧急停机时, 按
下, 停止, 按钮就可以切断负载电源, 而与 PLC毫无关系 。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.5 必要的软件措施
? 消除开关量输入信号抖动
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.5 必要的软件措施
? 故障的检测与诊断
? 超时检测,设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的, 即使变
化也不会太大, 因此可以以这些时间为参考, 在 PLC发出输出信号
,相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时, 定时器的
设定值比正常情况下该动作的持续时间长 20％ 左右 。
? 逻辑错误检测,编制一些常见故障的异常逻辑关系, 一旦异常逻辑
关系为 ON状态, 就应按故障处理 。
? 消除预知干扰, 某些干扰是可以预知的, 如 PLC的输出命令使执行
机构 （ 如大功率电动机, 电磁铁 ） 动作, 常常会伴随产生火花, 电
弧等干扰信号, 它们产生的干扰信号可能使 PLC接收错误的信息 。
在容易产生这些干扰的时间内, 可用软件封锁 PLC的某些输入信号
,在干扰易发期过去后, 再取消封锁 。
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6.5 提高 PLC控制系统可靠性的措施
6.5.6 采用 冗余系统或热备用系统
? 冗余系统
冗余系统是指系统中有多余
的部分，在系统出现故障时，这
多余的部分能立即替代故障部分
而使系统继续正常运行。
? 热备用系统
热备用系统的结构较冗余系
统简单，虽然也有两个 CPU模块
在同时运行一个程序，但没有冗
余处理单元 RPU。 系统两个 CPU
模块的切换，是由主 CPU模块通
过通信口与备用 CPU模块进行通
信来完成的。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.1 机械手及其控制要求
机械手的原位：
在最上面、最左
边且除松开的电
磁线圈 (YV5)通
电外其它线圈全
部断电的状态
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.1 机械手及其控制要求
? 机械手具有 手动, 单步, 单周期, 连续 和 回原位 五种工作
方式，用开关 SA进行选择。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.2 PLC的 I/O分配
? 为了保证在紧急情况下
（包括 PLC发生故障时）
，能可靠地切断 PLC的负
载电源，设置了交流接
触器 KM。 在 PLC开始运
行时按下“电源”按钮
SB1,使 KM线圈得电并
自锁,KM的主触点接通
，给输出设备提供电源；出现紧急情况时，按
下“急停”按钮 SB2，
KM触点断开电源。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 程序的总体结构
? 将程序分为 公用程序, 自动程序, 手
动程序 和 回原位程序 四个部分，
? 其中自动程序包括单步、单周期和连
续工作的程序，这是因为它们的工作
都是按照同样的顺序进行，所以将它
们合在一起编程更加简单。
? 梯形图中使用跳转指令使得自动程序
、手动程序和回原位程序不会同时执
行。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 公用程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 手动程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 自动程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 自动程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 各部分程序的设计
? 回原位程序
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.3 PLC程序设计
? 程序综合与模拟调试
? 由于在分部分程序设计时已经考虑各部分之间的相互关系
，因此只要将公用程序、手动程序、自动程序和回原位程
序按照机械手程序总体结构综合起来即为机械手控制系统
的 PLC程序。
? 模拟调试时各部分程序可先分别调试，然后再再进行全部
程序的调试，也可直接进行全部程序的调试。
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6.6 PLC在开关量控制系统中的应用
6.6.4 现场施工与联机调试（略）
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.1 PLC模拟量闭环控制系统的基本原理
? 虚线部分由 PLC的基本单元加上模拟量输入 /输出扩展单元
来承担。即由 PLC自动采样来自检测元件或变送器的模拟
输入信号，同时将采样的信号转换为数字量，存在指定的
数据寄存器中，经过 PLC运算处理后输出给执行机构。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
传统的模拟量控制系统主要采用电动组合仪表，常用
的有 DDZ-Ⅱ 型和 DDZ-Ⅲ 型仪表。其特点是结构简单、价
格便宜，但体积大、功耗大、安装复杂、通用性和灵活性
较差、控制精度和稳定性较差。另外，其控制运算功能简
单，不能实现复杂的过程控制。
随着电子技术的发展，新型的过程控制计算机不断涌
现，较为流行的有工业控制计算机（ IPC）,可编程调节
器（ PSC）,集散控制系统（ DCS）。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
? PLC与 PSC
? 可编程调节器（ PSC） 是在 DDZ-Ⅲ 型仪表的基础上，采用微处理器
技术发展起来的第四代仪表。它的强大功能、灵活性、可靠性、控
制精度、数字通讯能力是传统的电动组合仪表无法比拟的。
? PSC与 PLC都是智能化的工业装置，各有特色。 PLC以开关量控制为
主，模拟量控制为辅；而 PSC则以闭环模拟量控制为主，开关量控
制为辅，并能进行显示、报警和手动操作。
? 在模拟量控制系统中采用 PSC更适合于各种过程控制的要求。而 PLC
的可靠性、灵活性、强大的开关量控制能力和通讯联网能力，在模
拟量控制上也富有特色。 特别在开关量、模拟量混合控制系统中更
显示出其独特的优越性 。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
? PLC与 DCS
? 集散控制系统（ DCS） 是 1975年问世的，它的是 3C（ computer、
communications,control） 技术的产物，它将顺序控制装置、数据采
集装置、过程控制的模拟量仪表、过程监控装置有机地结合在一起
，产生了满足各种不同要求的 DCS。
? 而今天的 PLC加强了模拟量控制功能，多数配备了各种智能模块，
具有了 PID调节功能和构成网络、组成分级控制的功能，也实现了
DCS所能完成的功能。到目前为止,PLC与 DCS的发展越来越近。
? 就发展趋势来看，控制系统将综合 PLC和 DCS各自的优势，并把两
者有机地结合起来，形成一种新型的全分布式计算机控制系统。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.2 PLC与其它模拟量控制装置的比较
? PLC与 IPC
? 工业控制计算机（ IPC） 是由通用微机的推广应用而发展
起来的，其硬件结构和总线的标准化程度高，品种兼容性
强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，在要
求实时性强、系统模型复杂的领域占有优势。
? 而 PLC的标准化程度较差，产品不能兼容，故开发较为困
难。但 PLC的梯形图编程很受不熟悉计算机的电气技术人
员欢迎，同时 PLC专为工业现场环境设计的，可靠性非常
高，被认为是不会损坏的设备，而 IPC在可靠性上还不夠
理想。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有：
? FX2N-2AD（ 2路模拟量输入）
? FX2N-4AD（ 4路模拟量输入）
? FX2N-8AD（ 8路模拟量输入）
? FX2N-4AD-PT（ 4路热电阻直接输入）
? FX2N-4AD-TC（ 4路热电偶直接输入）
? FX2N-2DA（ 2路模拟量输出）
? FX2N-4DA（ 4路模拟量输出）
? FX2N-2LC（ 2路温度 PID控制模块）等。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? FX-4AD模拟量输入模块
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? FX-2DA模拟量输出模块
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 特殊功能模块的编号
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 特殊功能模块的读 /写指令
ml为特殊功能模块的编号,ml=0~7；
m2为该特殊功能模块中缓冲寄存器 (BFM)的编号,m2=0~32767；
n是待传送数据的字数,n=l～ 32（ 16位操作）或 l～ 16（ 32位操作）。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 编程举例 [例 1],FX2N-4AD模块在 0号位置，其通道 CH1和 CH2作
为电压输入,CH3,CH4关闭，平均值采样次数为 4，数据存储器 D1
和 D2用于接收 CH1,CH2输入的平均值。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.3 PLC的 A/D和 D/A模块介绍
? 模拟量模块的编程
? 编程举例 [例 2]：
FX2N-2DA模块在 1号位
置，其通道 CH1和 CH2
作为电压输出，将数据
存储器 D1和 D2的内容通
过 CH1,CH2输出。
? 程序如图 6-34所示，
X000接通时，通道 1（
CH1） 执行数字到模拟
量的转换； X001接通时
，通道 2（ CH2） 执行数
字到模拟量的转换。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PID控制
在工业控制中, PID控制 （ 比例 -积分 -微分控制 ） 得到了广泛的
应用, 这是因为 PID控制具有以下优点：
1） 不需要知道被控对象的数学模型 。 实际上大多数工业对象准确的
数学模型是无法获得的, 对于这一类系统, 使用 PID控制可以得到比
较满意的效果 。
2） PID控制器具有典型的结构, 程序设计简单, 参数调整方便 。
3）有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用
各种 PID控制的变种和改进的控制方式，如 PI,PD,带死区的 PID、
积分分离式 PID,变速积分 PID等。
随着智能控制技术的发展,PID控制与模糊控制、神经网络控
制等现代控制方法相结合，可以实现 PID控制器的参数自整定，使
PID控制器具有经久不衰的生命力。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PLC实现 PID控制的方法
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PLC实现 PID控制的方法
? 1） 使用 PID过程控制模块 。 这种模块的 PID控制程序是 PLC生产厂
家设计的, 并存放在模块中, 用户在使用时只需要设置一些参数,
使用起来非常方便, 一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路 。
但是这种模块的价格昂贵, 一般在大型控制系统中使用 。 如三菱的 A
系列, Q系列 PLC的 PID控制模块 。
? 2） 使用 PID功能指令 。 现在很多中小型 PLC都提供 PID控制用的功
能指令, 如 FX2N系列 PLC的 PID指令 。 它们实际上是用于 PID控制
的子程序, 与 A/D,D/A模块一起使用, 可以得到类似于使用 PID过
程控制模块的效果, 价格却便宜得多 。
? 3）使用自编程序实现 PID闭环控制。有的 PLC没有有 PID过程控制模
块和 PID控制指令，有时虽然有 PID控制指令，但用户希望采用变型
PID控制算法。在这些情况下，都需要由用户自己编制 PID控制程序
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? FX2N的 PID指令
PID指令是用来调用 PID运算程序，在 PID运算开始之前，应使用 MOV指
令将参数（见表 6-3）设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有
断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。如果目标操作数 [D]有断
电保持功能，应使用初始化脉冲 M8002的常开触点将其复位。
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? FX2N的 PID指令
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6.7 PLC在模拟量闭环控制中的应用
6.7.4 PLC的 PID功能介绍
? PID参数的整定
? 比例系数 K p越大, 比例调节作用越强, 系统的稳态精度越高；但是
对于大多数系统, Kp过大会使系统的输出量振荡加剧, 稳定性降低
? 积分部分可以消除稳态误差, 提高控制精度, 但是积分作用的动作
缓慢, 可能给系统的动态稳定性带来不良影响 。 积分时间常数 T I增
大时, 积分作用减弱, 系统的动态性能 （ 稳定性 ） 可能有所改善,
但是消除稳态误差的速度减慢 。
? 微分部分是根据误差变化的速度, 提前给出较大的调节作用 。 微分
部分反映了系统变化的趋势, 它较比例调节更为及时, 所以微分部
分具有超前和预测的特点 。 微分时间常数 T D增大时, 超调量减小,
动态性能得到改善, 但是抑制高频干扰的能力下降 。
? 选取采样周期 T S时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或
上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化,T S越小越好。但
是 T S太小会增加 CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有
什么变化，所以也不宜将 T S取得过小。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.1 PLC控制系统的维护
? 一般情况下检修时间以每 6个月至一年 1次为宜，当外部环
境条件较差时，可根据具体情况缩短检修间隔时间。
? PLC日常维护检修的一般内容
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 任何 PLC都具有自诊断功能，当 PLC异常时应该充分利用
其自诊断功能以分析故障原因。一般当 PLC发生异常时，
首先请检查电源电压,PLC及 I/O端子的螺丝和接插件是否
松动，以及有无其他异常。然后再根据 PLC基本单元上设
置的各种 LED的指示灯状况，以检查 PLC自身和外部有无
异常。
? 下面以 FX系列 PLC为例，来说明根据 LED指示灯状况以诊
断 PLC故障原因的方法。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 电源指示 （ [POWER]LED指示）
? 当向 PLC基本单元供电时，基本单元表面上设置的［
POWER］ LED指示灯会亮。
? 如果电源合上但［ POWER］ LED指示灯不亮，请确认电源
接线。另外，若同一电源有驱动传感器等时，请确认有无
负载短路或过电流。若不是上述原因，则可能是 PLC内混
入导电性异物或其他异常情况，使基本单元内的保险丝熔
断，此时可通过更换保险丝来解决。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 出错指示 （［ EPROR］ LED闪烁 ）
? 当程序语法错误 （ 如忘记设定定时器或计数器的常数等 ）
,或有异常噪音, 导电性异物混入等原因而引起程序内存
的内容变化时, ［ EPROR］ LED会闪烁, PLC处于 STOP
状态, 同时输出全部变为 OFF。 在这种情况下, 应检查程
序是否有错, 检查有无导电性异物混入和高强度噪音源 。
? 发生错误时,8009,8060~8068其中之一的值被写入特殊
数据寄存器 D8004中，假设这个写入 D8004中内容是 8064，
则通过查看 D8064的内容便可知道出错代码。与出错代码
相对应的 实际出错内容参见 PLC使用手册的错误代码表。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 出错指示 （［ EPROR］ LED灯亮 ）
? 由于 PLC内部混入导电性异物或受外部异常噪音的影响, 导致 CPU
失控或运算周期超过 200ms,则 WDT出错, ［ EPROR］ LED灯亮
,PLC处于 STOP,同时输出全部都变为 OFF。 此时可进行断电复位
,若 PLC恢复正常, 请检查一下有无异常噪音发生源和导电性异物
混入的情况 。 另外, 请检查 PLC的接地是否符合要求 。
? 检查过程如果出现 ［ EPROR］ LED灯亮 → 闪烁的变化, 请进行程序
检查 。 如果 ［ EPROR］ LED依然一直保持灯亮状态时, 请确认一下
程序运算周期是否过长 （ 监视 D8012可知最大扫描时间 ） 。
? 如果进行了全部的检查之后，［ EPROR］ LED 的灯亮状态仍不能解
除，应考虑 PLC内部发生了某种故障，请与厂商联系。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 输入指示
? 不管输入单元的 LED灯亮还是灭，请检查输入信号开关是
否确实在 ON或 OFF状态。
? 如果输入开关的额定电流容量过大或由于油侵入等原因，
容易产生接触不良。当输入开关与 LED灯亮用电阻并联时
，即使输入开关 OFF但并联电路仍导通，仍可对 PLC进行
输入。如果使用光传感器等输入设备，由于发光／受光部
位粘有污垢等，引起灵敏度变化，有可能不能完全进入
,ON”状态。在比 PLC运算周期短的时间内，不能接收到
ON和 OFF的输入。如果在输入端子上外加不同的电压时，
会损坏输入回路。
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6.8 PLC控制系统的维护和故障诊断
6.8.2 PLC的故障诊断
? 输出指示
? 不管输出单元的 LED灯亮还是灭, 如果负载不能进行 ON或
OFF时, 主要是由于过载, 负载短路或容量性负载的冲击
电流等, 引起继电器输出接点粘合, 或接点接触面不好导
致接触不良 。
另外，还也可根据 PLC的出错代码来诊断故障原因，
FX系列 PLC出错代码一览表见附录 B,在此不再赘述。
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分选大、小球的机械手
? 系统设有手动, 单周期, 单步, 连续和回原点 5种工作方
式, 机械手在最上面, 最左边且电磁吸盘断电时, 称为系
统处于原点状态 （ 或称初始状态 ） 。 手动时应设有左行,
右行, 上升, 下降, 吸合, 释放六个操作按钮；回原点工
作方式时应设有回原点起动按钮；单周期, 单步, 连续工
作方式时应设有起动和停止按钮 。 系统还应该设有起动和
急停按钮 。 图中 SQ为用来检测大小球的光电开关, SQ为
ON时为小球, SQ为 OFF时为大球 。
? 根据以上要要求，试为该大、小球分选系统设计一套 PLC
控制系统。
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分选大、小球的机械手
