第4章 PLC的安装、调试与维护
4.1 PLC的安装
4.1.1 PLC的选购原则
1 考虑安装环境因素
不同厂家生产的不同系列和型号的PLC，其外形结构和适用的环境有很大差异，在选购PLC时，应首先根据PLC的实际工作环境进行合理的选购，如图4-1所示。
图4-1 考虑安装环境因素选购PLC
在选购PLC时，环境因素是主要的选购依据，是确定机型结构的重要参考因素。
划重点
在一些使用环境比较固定和维修量较少、控制规模不大的场合，可以选购整体式PLC；在一些使用环境比较恶劣、维修量较多、控制规模较大的场合，可以选购适应性更强的模块组合式PLC。
①多数小型PLC均为整体式的，适用于比较固定、环境条件较好的场合。
②模块式PLC适用于工艺变化较多、控制要求较复杂的场合。
③混合式PLC是适用于控制要求复杂的场合。
例如，三菱FX1N系列PLC具有输入/输出、逻辑控制、通信扩展功能，最多可达128点控制，适用于普通顺控要求的场合；三菱FX2N系列PLC具有较多的速度、定位控制及逻辑选件等，适用于大多数的控制要求和环境。
多说两句！
2 考虑控制复杂程度因素
不同类型PLC的功能有很大差异，选购P L C时，应根据系统控制的复杂程度进行选择，如图4-2所示。
图4-2 考虑控制复杂程度因素选购PLC
划重点
对于控制要求不高，只需进行简单的逻辑运算、定时、数据传送、通信等基本控制和运算功能的系统，选用低档PLC即可满足控制要求。
对于控制较为复杂、控制要求较高的系统，即需要进行复杂的函数运算、PID、矩阵、远程I/O、通信联网等较强控制和运算功能的系统，应视其规模及复杂程度，选购指令功能强大、具有较高运算速度的中档PLC或高档PLC。
划重点
PLC完成一次扫描过程所需的时间被称为扫描时间。扫描时间会随程序的复杂程度而加长，可造成PLC输入和输出的延时，因此对于一些实时性要求较高的场合，不允许有较大的误差时间，应选择扫描速度较快的PLC。
3 考虑控制速度因素
PLC的扫描速度是选购时的重要指标之一，直接影响系统控制的误差时间，因此在一些实时性要求较高的场合可选用高速PLC，如图4-3所示。
图4-3 考虑控制速度因素选购PLC
4 考虑被控对象因素
为应对不同的被控对象，每一种规格的PLC都有三种输出端子类型，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出，在实际应用时要分析被控对象的控制过程和工作特点合理选购PLC，如图4-4所示。
图4-4 考虑被控对象因素选购PLC
① 继电器输出类型的PLC，其输出端子所能承载的电流相对较大，一般最大可以承载2A的电流，可以用输出端子直接驱动负载，但继电器输出的响应时间相对较慢（10ms左右）。
② 晶体管输出类型的PLC，其输出驱动能力小于继电器输出，输出响应时间较快（一般在0.2ms以下）。当需要高频脉冲串驱动伺服电动机或步进电动机时，需选用晶体管输出类型的PLC。
③ 晶闸管输出类型的PLC只能驱动交流负载，响应速度比继电器输出快，使用寿命长。
5 考虑设备之间统一性的匹配因素
如图4-5所示，在选购PLC时，应尽量选择同一机型的PLC。
图4-5 考虑设备之间统一性的匹配因素选购PLC
划重点
同一机型PLC的功能和编程方法相同，有利于设备的采购与管理，以及技术人员的培训和技术水平的提高。由于同一机型PLC的通用性，因此资源可以共享，使用一台计算机就可以将多台PLC连接成一个控制系统进行集中管理。
6 考虑I/O点数因素
在选购PLC时，应对其使用的I/O点数进行估算，合理选购，如图4-6所示。
图4-6 考虑I/O点数因素选购PLC
I/O点数是PLC选购时的重要指标，是衡量PLC规模大小的标志，若不加以统计，一个小的控制系统，却选用中规模或大规模的PLC，不仅会造成I/O点数的闲置，也会造成投入成本的浪费，因此在选购PLC时，应对其使用的I/O点数进行估算，合理选购。
图4-6 考虑I/O点数因素选购P L C（续）
多说两句！
在明确控制对象控制要求的基础上，分析和统计所需控制部件（输入部件，如按钮、转换开关、行程开关、继电器的触点、传感器等）的个数和执行部件（输出部件，如指示灯、继电器或接触器线圈、电磁铁、变频器等）的个数确定所需PLC的I/O点数，且一般应有15%～20%的预留，以满足生产规模的扩大和生产工艺的改进。
7 考虑PLC扩展性能因素
当单独的PLC主机不能满足控制要求时，可根据控制需要选择扩展模块，以增大控制规模和功能，如图4-7所示。
图4-7 考虑PLC扩展性能因素选购PLC
划重点
在硬件扩展系统中，PLC主机（CPU模块）放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的主机或扩展模块相连。
① 输入模块的选择
PLC的输入模块用于将输入部件输入的信号转换为PLC内部所需的电信号，用以扩展主机的输入点数，如图4-8所示。
图4-8 PLC输入模块的选择
划重点
选择PLC的输入模块时，应根据输入信号与PLC输入模块之间的距离进行选择，通常距离较近时选择低电压的PLC输入模块，距离较远时选择高电压的PLC输入模块。
选择PLC的输入模块除了要考虑距离外，还应注意输入模块允许同时接通的点数。通常，允许同时接通的点数和输入电压、环境温度有关。
多说两句！
② 输出模块的选择
PLC的输出模块用于将PLC内部的信号转换为驱动外部负载设备所需的信号，用以扩展主机的输出点数。PLC输出模块的输出方式主要有继电器输出方式、晶体管输出方式和晶闸管输出方式。
8 考虑存储器容量因素
用户程序存储器是用于存储开关量输入/输出、模拟量输入/输出及用户程序的，在选购PLC时，应保证用户程序存储器的容量满足存储需求。
用户程序存储器的容量，应参考开关量I/O点数和模拟量I/O点数进行估算，在估算的基础上再留有25%的余量。
选择PLC的输出模块时，应根据输出模块的输出方式进行选择。输出模块的输出电流应大于负载电流的额定值。
用户程序存储器的容量用字数体现，估算公式如下：
用户程序存储器字数=（开关量I/O点数×10）+（模拟量I/O点数×150）。
另外，用户程序存储器的容量除了与开关量I/O点数、模拟量I/O点数有关外，还与用户编写的程序有关，不同用户所编写程序的复杂程度会有所不同，占用存储器的容量也不同。
多说两句！
4.1.2 PLC的安装和接线
1 PLC安装环境的要求
在安装PLC之前，首先要确保安装环境应符合PLC的基本工作需求，包括温度、湿度、振动及周边设备等，见表4-1。
表4-1 PLC安装环境的要求
如图4-9所示，PLC一般安装在专门的控制柜内，用以防止灰尘、油污、水滴等进入，避免造成电路短路的故障。
图4-9 PLC控制柜
划重点
图4-10为PLC的通风要求。
图4-10 PLC的通风要求
划重点
为了保证PLC工作时的温度在规定的环境温度范围内，PLC控制柜应有足够的通风空间，如果环境温度超过55℃，则应安装通风风扇，强制通风。
图4-11为PLC控制柜的通风方式。PLC控制柜的通风方式有自然冷却方式、强制冷却方式、强制循环方式和整体封闭式冷却方式。
图4-11 PLC控制柜的通风方式
① 采用自然冷却方式的PLC控制柜通过进风口和出风口实现自然换气。
② 采用强制冷却方式的PLC控制柜是指在控制柜中安装通风风扇进行通风，将PLC内部产生的热量通过通风风扇排出。
③ 强制循环方式的PLC控制柜是指在控制柜中安装冷却风扇，将PLC产生的热量进行循环冷却。
④ 采用整体封闭式冷却方式的PLC控制柜采用全封闭结构，通过外部进行整体冷却。
2 PLC安装位置的要求
目前，PLC的安装主要分为单排安装和双排安装。为了防止温度升高，PLC应垂直安装，且需要与控制柜箱体保持一定的距离。注意，不允许将PLC安装在封闭空间的地板和天花板上。图4-12为PLC的单排安装。
图4-12 PLC的单排安装
图4-13为PLC的双排安装。
图4-13 PLC的双排安装
图4-14为PLC控制柜的安装要求。
图4-14 PLC控制柜的安装要求
划重点
为了保证PLC工作的安全稳定及日常维护的安全，在安装PLC控制柜时，应尽量远离600V以上的高压设备或动力设备，切忌不可将PLC安装在高压动力柜中，否则极易造成安全事故。
3 PLC的安装
PLC的安装方式通常有底板安装和DIN导轨安装两种方式，在安装时可根据安装条件进行选择。
底板安装方式是指利用PLC底部外壳上的4个安装孔进行安装，如图4-15所示。
图4-15 PLC的底板安装方式
安装PLC时，应在断电情况下进行操作，同时为了防止静电对PLC的影响，应借助防静电设备或用手接触金属物体将人体的静电释放后再进行安装。
划重点
DIN导轨安装方式是指利用PLC底部外壳上的导轨安装槽及卡扣将PLC安装在DIN导轨上，如图4-16所示。
图4-16 PLC的DIN导轨安装方式
图4-17为DIN导轨的垂直和水平安装方式。
侧视图
注意，在振动频繁的区域，切记不要使用DIN导轨安装方式。
另外，若需要从导轨上卸下PLC，应注意要先拉开卡住DIN导轨的弹簧夹，一旦弹簧夹脱离导轨，将PLC向上移即可卸下，切不可盲目用力，损伤DIN导轨安装槽，影响回装。
图4-17 DIN导轨的垂直和水平安装方式
图4-18为DIN导轨安装效果。
图4-18 DIN导轨安装效果
PLC若要正常工作，最重要的一点就是要保证其供电线路的正常。在一般情况下，PLC供电电源应为交流220V/50Hz。三菱FX系列PLC还有一路24V直流输出引线，用来连接一些光电开关、接近开关等传感部件。
PLC的工作应在断电时间小于10ms不受影响，断开时间大于10ms时，PLC停止工作。
PLC本身具有抗干扰能力，可以避免交流供电电压轻微的干扰，若供电电压的干扰比较严重，则需要安装一个1：1的隔离变压器来减少干扰。
多说两句！
4 PLC的接地
有效的接地可以避免脉冲信号的冲击干扰，因此在安装PLC时，应保证PLC的良好接地。图4-19为PLC的专用接地方式。
图4-19 PLC的专用接地方式
划重点
PLC的接地线应使用横截面积不小于2mm2的专用接地线，接地电阻不大于100Ω，且应尽量采用专用接地。接地极应尽量靠近PLC，以缩短接地线的长度。
划重点
在连接PLC的接地端时，应尽量避免与电动机、变频器或其他设备的接地端相连，应分别接地。
① 若无法采用专用接地，则可将PLC的接地极与其他设备的接地极相连接，构成共用接地。
② 严禁将PLC的接地线与其他设备的接地线连接，采用共用接地线的方法接地。
图4-19 PLC的专用接地方式（续）
图4-20为PLC的共用接地方式。
图4-20 PLC的共用接地方式
5 PLC输入端的接线要求
PLC一般使用限位开关、按钮等进行控制，输入端常与外部传感器连接，在对PLC输入端的接口进行接线时，应符合PLC输入端的接线要求，见表4-2。
表4-2 PLC输入端的接线要求
6 PLC输出端的接线要求
PLC的输出端一般连接控制设备，如继电器、接触器、电磁阀、变频器、指示灯等，在连接输出端的引线或控制设备时应符合PLC输出端的接线要求，见表4-3。
表4-3 PLC输出端的接线要求
图4-21为PLC电缆线的接线端子。
图4-21 PLC电缆线的接线端子
划重点
在接线时，电缆线的接线端子要使用扁平接头。
连接PLC的输入/输出（以下标识为I/O）端时应注意：
◆ I/O信号的连接电缆不要靠近电源电缆，不要共用一个防护套管，低压电缆最好与高压电缆分开并相互绝缘。
◆ 如果I/O信号连接电缆的距离较长，要考虑信号的压降及可能造成的信号干扰问题。
◆ 接线时，应防止端子螺钉连接松动造成的故障。
多说两句！
7 PLC电源的接线要求
电源供电是PLC正常工作的基本条件，必须严格按照要求连接供电端，确保稳定可靠，见表4-4。
表4-4 PLC电源的接线要求
多说两句！
PLC接线时，还需要确保负载安全：
◆ 确保所有负载都在PLC输出的同侧；
◆ 同一个负载不能同时执行不同的控制要求（如电动机运转方向的控制）；
◆ 在对安全有严格要求的场合，不能只依靠PLC内的程序实现安全控制，而要在所有存在安全危险的电路中加入相应的机械互锁。
8 PLC扩展模块的连接要求
当一个整体式PLC不能满足控制要求时，可采用连接扩展模块的方式，在将PLC主机与扩展模块连接时也有一定的要求，以三菱FX2N系列主机（基本单元）为例。
① FX2N基本单元与FX2N、FX0N扩展模块的连接要求
如图4-22所示，当FX2N基本单元的右侧与FX2N的扩展单元、扩展模块、特殊功能模块或FX0N的扩展模块、特殊功能模块连接时，可直接通过扁平电缆连接。
图4-22 FX2N基本单元与FX2N、FX0N扩展模块的连接要求
② FX2N基本单元与FX1、FX2扩展模块的连接要求
当FX2N基本单元的右侧与FX1、FX2扩展单元、扩展模块、特殊功能模块连接时，需使用FX2N-CNV-IF型转换电缆进行连接，如图4-23所示。
图4-23 FX2N基本单元与FX1、FX2扩展模块的连接要求
③ FX2N基本单元与FX2N、FX0N、FX1、FX2扩展模块的混合连接要求
如图4-24所示，当FX2N基本单元与FX2N、FX0N、FX1、FX2扩展模块混合连接时，需将FX2N、FX0N的扩展模块直接与FX2N基本单元连接，在FX2N、FX0N扩展模块后使用FX2N-CNV-IF型转换电缆连接FX1、FX2扩展模块，不可反顺序连接。
图4-24 FX2N基本单元与FX2N、FX0N、FX1、FX2扩展模块的混合连接要求
多说两句！
类似上述的连接要求，品牌、型号和系列不同，具体要求的细节也不同，因此在选购、安装PLC前，必须详细了解控制要求、安装要求。
4.1.3 PLC系统的安装方法
划重点
① 采用DIN导轨安装时要考虑PLC的高度和厚度。
② 采用直接安装时，应遵循PLC安装孔间距确定安装位置。
在安装前，要对待安装PLC的品牌、型号、结构及尺寸等进行了解，如图4-25所示。
图4-25 了解待安装的PLC
1 安装并固定DIN导轨
图4-26为PLC控制柜中DIN导轨的安装与固定。
图4-26 PLC控制柜中DIN导轨的安装与固定
根据对控制要求的分析，选择合适规模的控制柜安装PLC及相关的电气部件。先将DIN导轨安装在PLC控制柜中，使用螺钉旋具将固定螺钉拧入DIN导轨和PLC控制柜的固定孔中，将DIN导轨固定在PLC控制柜上。
多说两句！
2 安装并固定PLC
将选好的PLC按照安装要求固定在DIN导轨上，如图4-27所示。
图4-27 安装并固定PLC
划重点
① 将PLC安装槽对准DIN导轨，使PLC背部上端的卡扣卡住DIN导轨。
划重点
② 安装前，需将PLC底部的两个锁扣向下推，解锁，使PLC安装槽有足够的宽度，确保DIN导轨能够嵌入安装槽内。
③ 将PLC背部的两个锁扣向上推，卡住DIN导轨。
图4-27 安装并固定PLC（续）
多说两句！
在DIN导轨上安装PLC时，应确保PLC的上部DIN导轨卡夹处于锁紧（内部）位置，下部DIN导轨卡夹处于伸出位置。
将PLC安装到DIN导轨上后，将下部DIN导轨卡夹推到锁紧位置，使PLC锁定在DIN导轨上。
3 打开端子排护罩
PLC与输入、输出设备之间通过输入、输出接口端子排连接。连接前，首先应将输入、输出接口端子排上的护罩打开，为连接做好准备，如图4-28所示。
图4-28 打开端子排护罩
划重点
PLC与输入、输出设备之间通过输入、输出接口端子排连接，在连接前，首先应将输入、输出接口端子排撬开。
① 将PLC的输入、输出接口端子排的护罩打开，使用一字槽螺钉旋具插入接口端子排（连接器）居中位置的缺口处，向外侧撬动。
② 轻轻撬起接口端子排顶部使其与PLC分离。接口端子排从夹紧位置脱离，即可从PLC上卸下。
4 输入/输出接口端子的接线
PLC的输入接口常与输入设备（控制按钮、过热保护继电器等）连接控制PLC的工作状态；PLC的输出接口常与输出设备（接触器、继电器、晶体管、变频器等）连接控制输出设备的工作状态。
根据控制要求，将相应的输入设备和输出设备连接到PLC的输入、输出接口端子上，端子号应与I/O地址表相符，如图4-29所示。
图4-29 PLC输入/输出接口端子的接线
图4-30为西门子S7-200 SMART（CPU SR40）PLC的接线特点。
图4-30 西门子S7-200 SMART（CPU SR40）PLC的接线
图4-30 西门子S7-200 SMART（CPU SR40）PLC的接线（续）
划重点
在进行PLC输入/输出接口的连接时，首先应了解所选用PLC输入、输出接口的接线特点。
连接输入设备时，将按钮开关或限位开关的一个触点与PLC的输入接口连接，另一个触点与供电端L+（+24V）连接；连接输出设备时，将接触器的一端与PLC的输出接口连接，另一端与相线端连接，使其线圈接入交流220V电压。
5 PLC扩展接口的连接
当PLC需要连接扩展模块时，应先将扩展模块安装在PLC控制柜内，再将扩展模块的数据线连接端插接在PLC扩展接口上，如图4-31所示。
图4-31 PLC扩展接口的连接
划重点
为了保障PLC能够正常运行，在安装接线完毕后，并不能立即投入使用，还要对PLC进行调试与检测，以免因在安装过程中出现的连接不良、连接错误、设备损坏等情况造成PLC短路、断路或损坏元器件等。