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1、第五章 PLC与变频技术第一节 PLC（Programmable Logic Controller）一、PLC基础知识（一）PLC简介1968年美国通用公司公开招标研制功能更强，使用更方便，价格更便宜，可靠性更高的新型控制器。1969年美国数字设备公司（DEC）根据GM招标的要求，研制成功世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动控制。可编程序控制器（PLC）是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算
2、、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统的继电接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路连接安装，而且设备体积大，开关动作慢，功能少，接线复杂，触点易损坏，不利于产品的更新换代。1、可靠性高、抗干扰能力强（1）隔离。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效地抑制外部干扰源对PLC的影响，同时防止外部高电压窜入，减少故障和误动作。
3、（2）滤波。在PLC的电源电路和输入、输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效抑制。（3）PLC的内部电源采取屏蔽、稳压和保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外输入/输出接口电路的电源彼此独立，以免电源之间的干扰。（4）内部设置连锁、环境检测与诊断、看门狗等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过警戒时钟规定，立即报警，以保证CPU可靠工作。（5）模的复杂控制是利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采取信息保护和恢复措施。（6）对用户程序及动态工作数据进行电池后备，以保障停电后有关状态或信息不丢失。（7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应
4、工作现场的恶劣环境。（8）PLC是以集成电路为基本单元的电子设备，内部处理过程不依赖于机械触点，从而保障其可靠性高；而采用循环扫描的工作方式，也提高了抗干扰能力。2、功能完善、扩充方便、组合灵活、实用性强现代PLC所具有的功能及其各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便、灵活地组成不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。3、编程简单、使用方便、控制程序可变、具有较好的柔性PLC继承了传统继电器控制电路的读图习惯，采用面向控制过程和操作者的“自然语言”梯形图为编程语言。PLC控制系统采用软件编程来实现控制功能，其外围只需将信号输入设备（开关、按钮、传感信号等）和执行控制任务的输
5、出设备（如接触器、电磁阀等执行元件）与PLC的输入输出端子相连接，安装简单、工作量少。当生产工艺流程改变或生产设备更新时，不必改变PLC设备，只需将程序重新编写即可，灵活方便，具有很强的柔性。4、体积小、重量轻、功耗低由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小，是实现机电一体化的理想控制设备。（二）基本组成（见图5-1）图5-1 PLC实质上是一种工业控制的专用计算机。与普通计算机相比，PLC不仅具有与工业过程直接相连的接口，而且具有更适用于工业控制的编程语言。PLC的基本结构如图5-1所示。 PLC的各部分功能如下：5、 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每
6、套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容
7、量等，因此限制着控制规模。2、I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20
8、mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。3、电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。4、底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底
9、板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。5、PLC系统的其它设备（1）编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小型PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。（2）人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。（3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，
10、打印机等。6、PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口（或RS422配以适配器），还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。（三）PLC的工作原理1、PLC的等效电路传统的继电器控制系统是由输入、逻辑控制和输出三个基本部
11、分组成的。其逻辑控制部分是由各种继电器及其触点，按一定的逻辑关系用导线联接而成的电路。若需要改变系统的逻辑功能，必须改变继电器电路。PLC控制系统也是由输入、逻辑控制和输出三个基本部分组成的，但其逻辑控制部分采用PLC来代替继电器电路。因此，可以将PLC等效为一个由许多个各种可编程继电器（如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器等）组成的整体，如图所示。PLC内部的这些克编程元件，由于在使用上与真实元件有很大的差异，因此称之为“软”继电器。2、PLC的工作原理PLC采用周期性循环扫描的工作方式来执行用户程序，即在五跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序，直到用户
12、程序结束，便完成了一次程序扫描，然后再返回第一条指令，开始新一轮的扫描。整个工作过程分为：自诊断、通信处理、输入采样、程序执行和输出处理五个阶段。（1）自诊断每次在扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。在这一阶段CUP检测主机硬件，同时也检查所有的I/O模块的状态，发现异常时停机并显示出错。如果正常时，则继续向下扫描。（2）通讯处理PLC检查是否有与编程器、计算机、其它PLC等的通讯请求，若有则进行相应的处理，完成数据通信任务。（3）输入采样（输入刷新）阶段PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态输送到输入寄存器，这就是输入采样阶段。（4）程序执行阶段CPU将指令逐条调出并执
13、行。CPU根据输入状态寄存器、内部寄存器、输出状态寄存器的内容和有关数据进行逻辑运算，并将正确运算的结果写入相应的输出状态寄存器。（5）输出处理（输出刷新）阶段CPU在执行完所有的指令后，把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期。PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。扫描周期是PLC的主要指标之一，在不考虑其它因素时（与编程器通讯时间），扫描周期T为：T=（读入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数）+（输出一点时间输出点数）+故障自诊断时间扫描周期长短主要取决于程序的长短，它对于一
14、般工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，细心编排程序，合理优化程序，尽量缩短扫描时间。（四）、PLC的性能评述PLC的性能可以采用以下这些指标来综合评述。1、输入/输出总点数（即I/O总点数）PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。对于开关量，I/O用最大I/O点数表示，而对模拟量，I/O点数则用最大I/O通道路数表示。这是衡量PLC的最重要一项技术指标。2、扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，以ms/k步来表示单位。3、用户程序存储量一般以PLC所能存放用户程序多少来衡量。在PLC中程序指令是按“步”进行存放的，一“步
15、”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。编程时，通常对于一般的逻辑操作指令，每条指令占一个字，计时、计数和移位指令占2个字，对于一般的数据操作指令，每条指令占2个字。4、内部寄存器PLC内容有许多寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等。包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊继电器、定时器、计数器、状态继电器、数据寄存器等。5、指令种类数和总条数这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。6、高功能模块PLC除了主控模块外还可以配接各种高功能模块。主控模块实现基本控制功能，高功能模块则可实现某一种特殊的专门功能。高功能模块的多少，国内强弱
16、常是衡量PLC产品水平高低的一个重要标志。目前常见的高功能模块如：A/D模块、D/A模块、高速计数模块、速度控制模块、位置控制模块、轴定位模块、温度控制模块、远程通信模块、高级语言编辑以及各种物理量转换模块等等。（五）、PLC产品的分类PLC的种类很多，其功能、内存容量、控制规模、外形等方面差异较大，因此PLC的分类标准不统一，但仍可按其I/O点数、结构形式、实现功能等进行大致的分类。1、根据结构形状分为整体式和模块式两种。（1）整体式整体式结构的PLC是将中央处理器、电源部件、输入输出部件集中配置在一起，结构紧凑，体积小，重量轻和价格低，小型PLC常采用这种结构，适用于工业生产中的单机控制。
17、（2）机架模块式模块式PLC，是将各部分单独的模块分开，如中央处理器模块、电源模块、输入模块、输出模块等。使用时可将这些模块分别插入机架底版的插座上，配置灵活、方便，便于扩展。可根据生产实际的控制要求配置各种不同的模块，构成不同的控制系统，一般大、中型PLC采用这种结构。2、根据I/O点数和存储容量分类按I/O点数和存储容量来分，PLC大致可分为大、中、小型三种。小型PLC的输入输出点数在256点以下，用户程序存储容量在2K字（1K=1024，存储一个“0”或“1”的二进制码称为一“位”，一个字为16位）以下。中型PLC的输入输出点数在256点到2048点之间，用户程序存储容量一般为28K字。
18、大型PLC的输入输出点数在2048点以上，用户程序存储容量达8K字以上。3、根据功能分类按PLC功能强弱来分，可大致分为低档机、中档机、高档机三种。低档机PLC具有逻辑运算、定时、计数等基本功能，有的还增设模拟量处理、算术运算、数据传送等功能。可实现逻辑、顺序、计时计数控制等。中档机PLC除具有低档机的功能外，还具有的模拟量输入输出、算术运算、数据传送、通信联网等功能。可完成既有开关量又有模拟量控制的任务。高档机PLC除具有中档机的功能外，增设有带符号算术运算、矩阵运算等，使运算能力更强，还具有模拟调节、联网通信、监视、记录和打印等功能，使PLC的功能更多更强，能进行智能控制、远程控制、大规模
19、过程控制，构成分布式控制系统成为整个工厂的自动化网络。二、神南矿区主要用的PLC类型（一）AB型PLCAB公司全称为艾伦布拉德利（Allen-Bradley），创立于1904年，是可编程逻辑控制器、控制逻辑元件、工业自动化软件和操作员界面的全球领先公司，提供高可靠性的实时控制和系统方案。由于以上种种优点，陕煤集团自成立以来一直热衷于使用AB系列PLC，并取得了良好的经济效益。AB公司的PLC产品主要有包括以下几个系列：MicroLogix系列、SLC-500系列、PLC-5系列、ControlLogix系列、COMPACTLogix系列和FlexLogix系列等系列。在这里主要介绍Contro
20、lLogix系列PLC及SLC-500系列PLC。图2-4 ControlLogix系列1、ControlLogix系列神南矿区在各个使用点数较多的大系统上，比如主井驱动机房，地面洗煤厂，均采用ControlLogix系列PLC， ControlLogix控制器最大存储容量可达8兆，支持过程密集型的应用和快速运动控制应用。可以根据应用要求，选用不同存储容量的控制器。CompactFlash卡可做程序的移动存储。多种处理器、多种通讯模块和I/O可以混合使用，不受限制。不需要处理器执行I/O的桥接和路由，随着系统的增大，可用网络把控制分布到另外的机架。优点：适合顺序、过程、传动和运动控制的模块化、
21、高性能控制平台：每个ControlLogix处理器可以执行多个控制任务，减少所需要的控制器个数，这样，排错更快。可以分别触发多个周期任务以便达到更高的性能水平。不加限制地混合多个处理器、网络和I/O：ControlLogix平台的高性能，一部分源于作为快速NetLinx网络操作的ControlLogix背板。ControlLogix处理器，I/O和通讯模块就象网络上的智能节点。通用的编程环境和Logix控制引擎：无论选用的平台和网络，通过使用通用的控制模型，都可以降低系统成本，简化集成。组态和编程是一致的，这样，不论开始的程序开发还是长远的系统维护，都可以少花力气。连接到NetLinx开放式网
22、络结构: 在全厂范围内，从车间到管理层，从互连网到电子化制造应用，信息全部无缝通讯。I/O模块种类繁多：模拟量、数字量和专用I/O模块满足应用要求。产品设计 ControlLogix处理器提供模块化用户内存（750K到8M字节）能解决大量I/O问题（4000点模拟量和128，000点数字量）。可以控制本地和远程I/O。处理器可以通过EtherNet/IP、 ControlNet、 DeviceNet和Universal Remote I/O监控I/O。 当在ControlLogix I/O机架内有多个处理器模块，甚至在ControlNet网内有多个处理器模块时，所有的处理器都可以从所有的输入模
23、块读到输入值。任何一个处理器都可以控制任何特定的输出模块。通过系统组态指定每个输出模块由哪个处理器控制。 ControlLogix平台是机架式模块化安装。ControlLogix I/O是背板安装的。电源直接安装在ControlLogix I/O机架的左端。ControlLogix I/O机架有4、7、10、13或17槽之分。模块的安装完全和槽号无关；任何模块都可以安装在ControlLogix I/O机架的任意槽。ControlLogix I/O 模块的最大通道数是32通道。每个模块的可卸端子块的机械键控防止向模块施加错误的电压。不需要断开连线就可以更换 I/O 模块。 通讯 除了内置的RS
24、-232 (DF1/DH-485协议)口之外，网络通讯的接口是模块化的。包括EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, DH+, and Universal Remote I/O。也可以连接到Profibus DP和 Modbus等网络上。2、SLC 500系列SLC500系列是一个不断充实的小型可编程控制器系列。该系列有两种硬件结构：固定式控制器和模块式控制器。固定式将电源、输入与输出以及处理器集中在一个单元。固定式控制器还提供一个2槽的扩展框架以增加其灵活性。以神南张家峁矿业公司为例，主要将其用于点数较少，需要较稳定的小型系统上，如井下水处理，污水处理站等等。（
25、1）SLC500固定式控制器集一个处理器电源以及I/O于一体，能提供配置多达104个输入/输出（I/O）点的各种低价配件。这种控制器也提供增强的网络功能。特性：20、30或40个I/O点，有24种不同的I/O组态；可选的2槽扩展框架；24V dc 200mA的用户电源；可选的EEPROM或UVPROM后备存储器；可选的8KHz计数器或普通的直流输入。优点：提供广阔多样的固定式I/O组态以满足用户的应用要求；允许64个附加I/O点或各种特殊I/O模块的使用；当使用传感器时可不需外部电源；可永久保存用户的梯形图程序；一个无需增加费用的独立的高速计数模块。（2）SLC500模块式控制器在系统组装方面
26、具有更大的灵活性，更强的处理能力和I/O点数，通过选择合适的模块式框架、电源、处理器离散模块或特殊I/O模块，用户就能建立满足自己专门用途的控制器系统。模块式控制器是用户在组装系统时具有额外的灵活性，它具有更强的处理能力，以及I/O容量。这使得用户能够按应用的需要专门地设计和建立控制器系统。在这两种硬件结构中，编程工具和大多数的I/O模块都是兼容的，因此用户可以用低成本的办法来解决大范围的应用。除了组装灵活外，SLC500可编程控制器之间可以通过内置的DH-485网络进行通讯，以进行编程和监控。1747-L532的SLC5/03处理器提供多达960个I/O点，在线编程和一个能在3种模式（运行、
27、编程和远程）之间进行选择的钥匙开关。包含在SLC5/03处理器中的还有一个RS-232通道，它支持与终端设备之间的异步串行数据通讯。1747-L541、1747-L542和1747-L543的SLC5/04处理器除了具有与SLC5/03处理器相同的特性外，还增加了一些功能。如SLC5/04处理器为加快数学指令的执行速度而在板上设置了一个运算处理器。它还有一具内置的DH+口可以直接连到DH+网。直接的DH+连接使得SLC5/04能够无需额外的网络接口硬件而与DH+网上的PLC-5处理器进行通讯。为实现分布式I/O系统，可以用直接通讯模块（DCM）、扫描器模块（SN）或Device NetTM扫描
28、器模块（SDN），将任何SLC500可编程控制器分别集成进A-B不同的1771远程I/O网络和Device Net网络中。SLC500系列提供了各种各样的离散I/O模块，使用户可以廉价地组装其控制系统。新增的32点I/O模块减少了对面板空间的需求。（二）SIMENS系列PLC德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。陕煤集团神南公司主要使用的西门子PLC类型为S7-300，使用于风井主扇控制系统，西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7
29、-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。神南张家峁风井主扇采用S7-300型PLC。我们就以S7-300为例来做出讲述优点：S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。1、SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；2
30、、CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；3、多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；4、S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。5、具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；6、串行通信处理器用来连接点
31、到点的通信系统；7、多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。 通讯方式：通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。 8、西门子的工业软件分为三个不同的种类： （1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7
32、是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。 （2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIM
33、ATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。 （3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。 我们主要使用WINCC，所以在这里对protool就不在做描述， WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinC
34、C操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其最新的WinCC6.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过程。S7-300系列PLC图5-2三 、神南公司主要用PLC故障分析处理及巡检（一） PLC柜模块巡检我们将生产中需要的PLC故障处理基本技巧及需要掌握的知识做一个总结，主要包括，模块故障分析处理，指示灯描述判断，机架问题处理，UPS故障分析处理，现在我们分章做出讲述。1、PLC柜电路PLC电路是为PLC模块、仪表、输入输出继电
35、器提供电源和连接信号的电路，包含了电源电路，信号电路。在巡检当中我们主要检查电源电路，电源电路在控制电路中通常是220V的交流电，在我们矿中的PLC柜中，总电源开关为一个双电源自动切换装置，此装置可接两路电源，两路电源分别为不同的两个回路，当其中一路电源断电，双电源自动切换装置会立即切换到另外一路供电，两者互为冗余。双电源自动切换装置图图5-3若PLC柜断电，电源指示灯全灭，首先检查双电源自动切换装置，用万用表检查两个电源进线是否带电，如不带电则为外部供电配电柜未送电。若带电则检查柜内电路。若PLC柜体上的柜门的指示灯中不亮，而电源指示灯亮，则首先检查PLC柜中的与指示灯相对应的空气开关是否合
36、闸，合闸后若指示灯仍不亮，则检查空气开关到该指示灯的线路和指示灯是否是完好。空气开关图图5-4若电源回路有问题，则根据PLC柜电气图逐一排查，确定故障点，准确的将故障排除，下图为各个柜子的电气回路原理图原煤上仓华光PLC柜电源图主平硐低压PLC柜电源图（二）模块故障分析及处理在这里，我们要详细介绍一下PLC模块的故障分析及响应的处理。1、 ControlLogix处理器模块ControlLogix 控制器采用模块化的设计，无源数据总线背板结构。包括处理器在所有单元，根据功能设计成各种模块，典型的处理器模块LOGIX5555处理器，我们矿大多数处理器使用的是1756-L61 ControlLog
37、ix5561 Control,并且模块种类不仅包括数字量、模拟量这些传统的信号模块，还有各种网络通讯模块，更突出的还有运动伺服控制模块及相应的全套的运动控制指令，这就为工业控制提供一种非常灵活完整的控制方案。ControlLogix的I/O背板装配方式，ControlLogix的背板按照使用需求可分为4、7、10、13和17槽的规格。一般电源安装在最左边。（1）以1756-L61为例，（神南矿区大多数大型PLC控制采用的均是这种处理器）。ControlLogix处理器模块的正面视图，控制器模式选择有三个工作位置：RUN，REM，PROG，开关位置不同所对应的工作方式不同，控制器面板上的状态指示
38、灯直观地显示了控制器的一些重要的状态信息，用户在不使用编程终端地情况下，也能了解控制器的工作情况。状态指示灯的含义如下，具体如下： 指示灯颜色信息RUN熄灭控制器在程序模式。绿灯常亮控制器在运行模式，正常运行。I/O熄灭控制器的项目中没有组态I/O模块或控制器中没有程序。绿灯常亮所有的I/O模块工作正常。绿灯闪烁至少有一个I/O模块没响应控制器。红灯闪烁没有任何一个I/O模块响应控制器，可能框架有问题。FORCE熄灭无强制状态黄色闪烁强制被设置，但未使能，强制不起作用黄色常亮强制使能，强制开始起作用RS232熄灭串口没有通讯，或没有建立起通讯绿色快速闪烁串口通讯正在进行OK熄灭控制器未上电绿灯
39、常亮控制器工作正常绿灯闪烁控制器正在将项目存入闪存或从闪存读出程序红灯闪烁内存没有程序，新控制器应当是此状态，或正在更新Firmware 版本红灯常亮控制器故障状态，需要排除故障BAT熄灭电池正常红灯亮没有电池或电池电压偏低(2)钥匙开关钥匙开关是用硬件来决定控制器的工作状态，又称为本地工作状态，它一共有三个档位：RUN 选择此档，令控制器工作在本地运行，编程终端不能改变控制器的工作状态。此时程序不能被修改，实用中，为保证控制器程序不被意外地修改，选择此档并拔离钥匙。PRO 选择此档，令控制器工作在本地编程，编程终端可以对控制器程序进行修改，但不能改变控制器的工作状态，程序不处于运行状态。RE
40、M 选择此档，令控制器处在远程状态，编程终端可远程地改变控制器的工作状态（编程、测试或运行），并可在远程运行状态下修改程序，修改过程比编程状态下更谨慎而烦杂，一定要经历测试的步骤，这种情形适合不能停机的程序修改。2、数字量输出模块上图模块为数字量16点输出，AC10V-265V，DC5V-150V。数字量输出模块分为直流输出模块，交流输出模块和触电（继电器）输出模块三大类，每一类都有诊断型（末尾带D）、电子熔断型（末尾带E）、单独隔离型（末尾带I）之分，一个数字量输出模块的输出点数有8、16、32三种。 3、 数字量输入模块上图为数字量输入模块，数字量输入模块分交流输入模块和直流输入模块两大类
41、，每一类又有诊断型（末端带D）、电子熔断型（末端带E）、单独隔离型（末端带I）之分。一个数字量输入模块输入点数有8、16、32三种。图所示的是1756-IA16D面板布置。1756-IM16I共有16个输入点，输入电压范围为AC 159V-265V。4、模拟量输入模块1756-IF16 模拟量输入模块是16通道电压或者电流模拟量输入模块指示灯颜色/状态说明动作OK常绿输入多点传送并且处于正常运行状态无OK绿灯闪烁模块通过了内部诊断但不是当前运行所连接的通讯无OK红灯闪烁最先建立的通讯超时检查控制器和机架的通信OK常红模块故障替换该模块CAL绿灯闪烁模块处于校准模式5、 模拟量输出模块指示灯颜色
42、/状态说明动作OK常绿输出处于运行模式下正查运行状态无OK绿灯闪烁模块处于内部诊断，但没有被有效控制，在这种情况下连接可能没有打开无OK红灯闪烁最先建立的通讯超时检查控制器和机架通讯OK常红模块故障替换模块CAL绿灯闪烁模块处于校准模式6、EtherNet/IP模块指示灯颜色/状态说明NET灭模块没上电，或者没有IP地址绿色闪烁无连接，模块已获得IP地址，但没有连接绿色CIP连接，模块具有一个IP地址，并至少已建立一个连接红闪连接超时，以该模块为目标的一个或多个连接超时红色重复IP地址，检测到一个重复的IP地址OK灭没有电源，模块不具备24V直流电源绿闪待命，模块没有组态绿色运行，模块正常运行
43、红闪重复IP地址红色检测到不可恢复的故障红绿交替闪烁模块正在执行上电自检LINK灭无连接绿闪上电自检，数据传送和获取绿色连接OK7、DNB 模块DeviceNet是CAN (control area network )开放式的设备网络，它是高度实现了分布控制的解决方案，是优于框架I/O模块，用于底层现场设备的网络，主要用来连接I/O适配器、智能传感器、驱动通讯等设备。易于与第三方产品实现数据交换的无缝连接(1)网络的拓扑结构及媒介质DeviceNet网络是一种方便地连接现场设备的网络，它的拓扑结构是比较自由的，通常是主干线及分支线组成，其拓扑结构主干线是整个网络的骨干，支撑所有的支线和电源。一
44、个网络只能有一条主干线，不同结构的支线都挂在它的上面，其最大长度由电缆的类型和网络的速度决定。主干线两端必须连接终端电阻，终端电阻须采用不低于1/4W的120欧或121欧的金属膜电阻；根据不同的连接器选用不同的终端电阻，封闭式的连接头用封闭式的终端电阻，开放式的连接头用普通的金属膜电阻。节点可直接连接在主干线上，称为零分支。分支可以是只接一个节点，也可以是树形的，还可以是雏菊链的，其长度不能超过6米，整个网络的分支的总长度也是有限量的，根据电缆的类型和网络的速度决定。24V的直流电源挂接在主干线上，为网络所有的取用网络电流的设备供电，根据需要可以连接不止一个，电源位于主干线的什么位置是有讲究的
45、，这需要经过核算。为了满足设备的供电需求，而无须另外铺设电源线，DeiceNet网络还为设备提供24V直流电源，所以DeiceNet网络是信号网和电源网复合在一起的网络。它的电缆共有5根引线，标识为蓝色和白色的是CAN双绞信号线；标识为灰色的是信号的屏蔽线；标识为红色和黑色的是电源线。在开放式的连接头或连接座上，都有与电缆线相一致的颜色标识。+24VDC ( V+ )+0VDC ( V- )CAN-HCAN-LShield灰兰白红黑电缆共有4种类型，粗缆、扁平电缆、细缆和Class 1 分支电缆，它们通过的电流限量和使用范围各不相同，应根据不同的使用场合来选用。A、粗缆、扁平电缆、Class
46、1 分支电缆可通过8A电流， Class 2 分支电缆只可通过4A电流（北美标准）B、细缆可通过3A电流。C、粗缆、扁平电缆和细缆均可用于主干线。D、Class 1 分支电缆被设计成只可用于分支。（2）模块指示灯说明指示灯颜色/状态说明MOD/NET灭没有电源/没有在线 绿色设备正在正常的情况下运行绿色闪烁独立的设备（设备需要授权），设备由于丢失，不完整或不正确组态需要授权，设备可能处于独立状态。红色不可恢复的故障，设备产生一个不可恢复的故障红色/绿色交替闪烁设备自检I/O灭没有电源，没有在线绿色闪烁在线，没有连接绿色链路正常，在线被连接。红色闪烁连接超时，一个或多个I/O连接处于超时状态红色
47、严重的通讯故障，设备检测到一个错误，使它丧失了网络通讯能力OK灭没有电源绿色运行的设备，设备处于正常运行状态绿色闪烁设备处于备用状态，设备在正常的运行，没有控制设备与该模块建立连接红色闪烁次要故障，可恢复故障。红色不可恢复的故障（3） DeviceNet网络故障及排除常见问题问题原因现象处理方式共模电压引起的问题现象：正常操作时电源末端附近的站点不通讯只有减少站点或缩短主干线长度才能通讯扫描器探测不到正确组态的适配器设备检查网络末端设备的通讯连接有无问题检查共模电压是否低于15V摘除超载部分的设备缩短超长的网络电缆将电源朝超载设备的方向挪动摘除耗用网络电流大的设备增加第二个电源将网络分为两个总线问题站点操作时断时续（支线突然关闭）LE