1785-L60L Allen Bradley

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　(4)步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少PLC生产厂家在自己的PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。

　　2.经验法编程

　　经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。

　　3.计算机辅助设计编程

　　计算机辅助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE运行文件。

　　PLC软件系统设计的步骤

　　在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写PLC程序了。编写PLC程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。

　　1、对系统任务分块

　　分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。

　　2、编制控制系统的逻辑关系图

　　从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。

绘制各种电路图

　　绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制PLC的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到PLC的输入端，把高压引入PLC输入端，会对PLC造成比较大的伤害。在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到PLC输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用PLC进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。

　　4、编制PLC程序并进行模拟调试

　　在绘制完电路图之后，就可以着手编制PLC程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，好不要整个程序完成后一起算总帐。

　　5、制作控制台与控制柜

　　在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格满足要求。设备的安装注意、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题妥善处理。

　　6、现场调试

　　现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。

　　7、编写技术文件并现场试运行

　　经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要整流技术文件，包括整理电路图、PLC程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。

说明：（1）S5T＃格式为：S5T＃aD_bH_cM_dS_eMS,其中a，b，c，d，e分别是日，小时，分，秒和毫秒的数值，输入时可以省掉下划线，如表中所示。

　　（2）D＃取值范围为：D＃1990_1_1～D＃2168_12_31。

　　二、复合数据类型

　　用户通过复合基本数据类型而生成就是复合数据类型。

　　复合数据类型包括以下几种：

　　1、数组（ARRAY）

　　将一组同一类型的数据组合在一起组成一个单位就是数组。

　　2、结构（STRUCT）

　　将一组同不同类型的数据组合在一起组成一个单位就是结构。

　　3、字符串（STRING）

　　字符串是由多254个字符组成的一维数组。

　　4、日期和时间（DATE-AND-TIME）

　　用于存储年、月、日、时、分、秒、毫秒和星期的数据。占用8个字节，BCD编码。星期天代码为1，星期一～星期六代码分别是2～7。

　　如：DT＃2004_07_15_12:30:15.200为2004年7月15日12时30分15.2秒。

　　5、用户定义的数据类型（UDT，User-DefinedDataTypes）

　　由用户将基本数据类型和复合数据类型组合在一起形成的数据类型。

　　可以在数据块DB和变量声明表中定义复合数据类型。

　　三、参数类型

　　是为在逻辑块之间传递参数的形参（FormalParameter，形式参数）定义的数据类型。

从经济化主要趋势而言，未来制造业将是高度发达的自动化生产为主。我国制造业如要在之后竞争中保证市场份额不丢失，就大力实现技术密集型升级工作，以大量采用自动化控制系统及工业设备为主，打造高质、的制造业链条。

　　虽然这条转型道路已被诸多专家所认可，但是国内制造业升级问题还是少数？究其原因，大都是由技术薄弱等因素造成。

　　以现代自动化生产核心设备PLC为例，虽然已有和利时等一批国产PLC企业，但国产品牌大多集中在小型PLC领域；国内大中型PLC市场仍然被西门子等外资企业所占据，本土品占有率过低。一旦中国众多民营企业开始转变发展模式，走向自动化，在PLC设备需求仍将受制于人，不利于长久发展。这也是本土自动化企业做出突破的一大方面。

　　说完硬件，再说软件。本土自动化企业除在大中型自动化硬件设备上尚存在差距外，这类装备的控制软件也没有实现国产，市场制约明显。究其原因，虽然我国IT从业人员基数已较为庞大，但中人才依然不足，直接导致大型数控软件编程处于相对滞后位置，同样需要进口才能满足国内生产所需。

　　从硬件到软件皆在不同程度上受制国外，是国内制造业自动化转型过程中一大心病。这也是国内产业规划不断出台的初衷，即综合提升国内制造业实力。

　　目前，十二五装备产业规划早已出炉，这份规划明确了未来中国装备制造将走向，实现重大工业设备国产化，进一步完善国内制造业体系。此外，关于数控系统也有明确指导，该领域将依托数控机床国产化进程，逐步加大本土数控系统研发。毕竟，核心代码在己手的数控程序在性上比进口产品就要强上一筹。

　　其实，硬实力与软实力的技术型提高，对中国制造业而言，将是一次脱胎换骨的变革。未来，中国制造业将秉承改革前行的指导方针，努力实现生产自动化转型，为国家综合实力提高，打下坚实基础。

工业制造业增长疲软，中国自动化控制市场依然将保持较快增长。研究表明：包括可编程控制器、机器视觉、人机界面、伺服和步进驱动器、中低压马达驱动器和工业计算机在内的中国自动化控制系统市场规模在2013年达到2500亿元人民币，整个中国自动化控制系统市场的年复合增长率在20%左右，其中PLC设备市场达到150亿元。

　　我国工控行业在国家政策扶持、人力成本上升、技术实力偏低等众多因素的刺激下，积极进行产业转型升级，在电力、水力、石化、医药、汽车、航天等工业领域都有涉及。

　　“截止目前，中国拥有大的工业自动控制系统装置市场，传统工业技术改造、工厂自动化、企业信息化需要大量的工业自动化系统，市场前景广阔。”罗百辉认为，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。基于工业自动化控制较好的发展前景，预计2015年工业自动控制系统装置制造行业市场规模将超过3500亿元。

　　在市场增量减少的情况下，存量市场竞争激烈，同时经过多年的发展，同质化现象严重，市场竞争进入白热化状态，优胜劣汰在所难免，行业将再次洗牌。定位好产品、定位好市场是厂商思考多的出路。

在过去的几十年，特别是近的二十年，我国的自动化企业优先解决流程行业的基础自动化需求，并且经过国家持续的支持，我国在流程工业自动化系统的自主化方面，可以说已经取得了阶段性的胜利，DCS、仪表等关键产品大量替代进口，市场份额已经处在前列，比如在DCS方面见长的和利时、浙江中控、国电智深等企业，在仪表方面见长的川仪、京仪、天仪、上自仪等企业。但是，以PLC、动控制、伺服、CNC、机器人等关键产品为代表的离散自动化市场，目前仍大量依赖进口，甚至进口产品处于垄断地位。国内离散自动化市场的这种局面，对我国离散制造业的转型升级，形成了很大的制约。

　　下面，小编仅从从产品和服务的提供上，介绍离散自动化可能的几种业务模式。

　　一、自动化通用部件产品研制和销售：从事控制器(PLC、运动控制器、PAC等)、伺服驱动器、伺服电机、减速器、机器手、变频器、步进电机、传感器、触摸屏、HMI软件等通用自动化基础部件级产品的研制和销售，走路线则遵循高价格策略，走中低端路线则坚持够用、可靠、低价的策略。

　　二、整机电控方案设计和成套：按机种设计和成套电控方案，如电梯、注塑机、绣花机、横机等行业的电控系统提供商。电控方案，在成本、易用性、整体性能适配方面，都要优于用通用自动化部件产品设计集成的系统，以此形成竞争力。方案一旦成熟，则可以规模化制造和销售。

　　三、自动化整机研制和销售：综合机、光、电与自动化技术研制和销售自动化整机装备。整机装备作为标准产品规模化生产销售。

　　四、生产线自动化系统设计和成套：按照客户生产线的具体布局，针对每一条线设计和成套自动化系统。每个订单按项目管理，项目成为公司的基本经营管理单位，每个项目的利润决定了公司的整体利润。

　　五、自动化生产线研制和销售：针对客户的需求，不仅提供整线自动化系统，连同生产线的机械设备主体，都由自动化厂商设计、集成、调试，并终提供给客户。也是按照项目为基本经营单元来管理。

　　六、全厂自动化信息化系统集成：这是范围深广的一种业务模式，从全厂自动化信息化集成的高度，统筹设计、集成各层的自动化和信息系统，完成全厂运营管理、产线自控、设备自控的深度融合与无缝集成，属于真正意义上的两化融合的要求。

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），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、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。

　　一、概述

　　随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

　　二、电磁干扰源及对系统的干扰

　　1 干扰源及干扰一般分类

　　影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

　　干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

　　2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

　　2.1 来自空间的辐射干扰

　　空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

　　2.2 来自系统外引线的干扰

　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

　　（1）来自电源的干扰

　　实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。

　　PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、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。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。

　　（2）来自信号线引入的干扰

　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

　　（3）来自接地系统混乱时的干扰

　　接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。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。

　　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。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

　　此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

　　2.3 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。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

PLC控制系统工程应用的抗干扰设计

　　为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。

　　PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以考虑，并结合具有情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时，应主要以下两个方面。

　　1 设备选型

　　在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品要注意：我国是采用220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内工业就不能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（GB/T13926）合理选择。

　　2 综合抗干扰设计

　　主要考虑来自系统外部的几种如果抑制措施。主要内容包括：对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还利用软件手段，进一步提高系统的可靠性。

　　四、主要抗干扰措施

　　1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

　　在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。

　　此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

　　2 电缆选择的敖设

　　为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。

　　不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。

　　3 硬件滤波及软件抗如果措施

　　信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。

　　由于电磁干扰的复杂性，要根本迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

　　4 正确选择接地点，完善接地系统

　　接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

　　系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω，接地埋在距建筑物10 ~ 15m远处，而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10m以上。

　　信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。

　　五、 结束语

　　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，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

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