郑州继飞机电设备有限公司

继飞机电(图)-中压自动化控制柜-上街区自动化控制柜 ：

可编程控制器基础自动化控制柜

1.0 可编程控制器概述

可编程控制器（programmable controller）为了与个人计算机（PC）加以区分，又简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

1987年国际电工委会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

1.可编程控制器的由来

在市场经济中，成本与效率成了制造业的追求。为了适应市场的需求，工业控制产品的更新换代已经势在必行。在20世纪60年代，用于制造业的生产流水线主要是采用继电器控制，但产品不是一成不变的，需要更改工艺或流程。这样，修改一条生产线要更换大量的硬件和进行复杂的线路的改接，在一定程序上浪费了硬件、延长了施工周期、增加了成本。于是人们试图研制一种新型的通用控制设备。1968年，美国通用汽车公司（GM）以客户的名义对外提出了10项招标指标：

1. 编程方便，可在现场修改程序；

　　2. 维修方便，hao是插件式；

　　3. 可靠性高于继电器控制柜；

　　4. 体积小于继电器控制柜；

　　5. 可将数据直接送入管理计算机；

　　6. 在成本上可与继电器控制竞争；

　　7. 输入可以是交流115V；

　　8. 输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；

　　9. 系统在扩展时，原有系统只要很小变更；

10. 用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。

美国数字设备（DEC）公司中标，于1969年美国数字设备公司成功研制世界上第yi台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第yi台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第yi台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。

2.PLC的应用领域自动化控制柜

　目前，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、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，控制方式大致可归纳为如下几类：

①开关量的逻辑控制

　　这是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，触摸自动化控制柜，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

②模拟量控制

　　在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

③运动控制

　　PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在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。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

④过程控制自动化控制柜

　　过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

⑤数据处理

　　现代PLC具有运算（含矩阵运算、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。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

⑤通信及联网自动化控制柜

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3. PLC的构成

　　从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

　　① CPU的构成

CPU是PLC的核心，起神经中shu的作用，每套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。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA，0-20mA）、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da数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受da的底板或机架槽数限制。

③电源模块自动化控制柜

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24VDC）。

　　④底板或机架自动化控制柜

　　　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，软启动自动化控制柜，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

总的来说，USS协议主要有以下几个特点：

1. 支持多点通信，物理层可使用RS485网络；

2. 采用主-从的通信方式，网络中duo可以有1个主站（Master）和31个从站；

3. 单双工通信方式，可发送和接收，但不能同时进行；

4. 报文简单可靠，数据长度可变；

USS协议的波特率gao可达115.2kbps，通信字符格式为1位起始位、1位停止位、1位偶校验位和8位数据位。USS通信的刷新周期与PLC的扫描周期是不同步的，一般完成一次USS通信需要几个PLC扫描周期，通信时间和总线上的变频台数、波特率以及扫描周期有关。不同波特率下的USS主站轮询时间也有所不同。

主站与从站之间的报文传输有三种方式：

1. 周期性报文传输（Cyclic Telegram Transfer）：

在周期性报文传输过程中，主站每隔一段时间就发送报文给从站，每一个从站都可以接收到主站发送的报文；对于从站而言，当接收到的报文没有错误，并且报文中的地址是本站的地址时，从站必须应答；当主站接收到从站的应答后，便与从站建立了逻辑上的连接；在周期性报文传输中，主站与从站之间都会设置一个监控时间，当超时没有接收到报文时，会提示通信错误；

2. 非周期性报文传输（Acyclic Telegram Transfer）：

一般来讲，报文的传输都是周期性的，但一些用于诊断和服务的报文可以非周期性的方式进行。在非周期性报文传输中，无法设置监控时间。

3. 广播（Broadcast）：

主站通过将通信报文中的广播位置1来实现广播通信（详见后续报文结构）。在广播通信中，所有的从站都能收到广播报文，并且不需要应答。

STX：起始字节（Start of Text），值为02 Hex，表示报文的开始；

LGE：第二个字节，上街区自动化控制柜，表示报文的长度；

ADR：第三个字节，表示从站的地址及其它信息；

1~n：n个字节，表示数据的内容（n≤252）；

BCC：后一个字节，BCC校验码；

报文的长度LGE是指数据长度n加上ADR和BCC，也就是n+2个字节；

地址字节ADR的第0~4位用来表示从站地址，第5位是广播标志位，第6位是镜像标志位，第7位是特殊用途标志位。

由于从站地址的范围是5个二进制位(bit)，因此能够表示的da值为十进制数31，这也是为什么USS协议duo能支持31个从站的原因；

广播报文是把ADR的第5位置1，如果为0，非广播报文；

镜像报文是把ADR的第6位置1，当从站接收到主站的镜像报文后，会原封不动的将其发回给主站；镜像报文功能可在调试时用于测试网络通信的质量。如果为0，非镜像报文；

USS协议允许主站与从站之间传递不同于标准驱动装置的报文。这些非标准报文，被称为特殊报文。这样一来，在同一条总线上，就可能同时存在标准报文和特殊报文两种情况。为了进行区分，特殊报文就是将ADR地址的第7位被置1。具有特殊报文处理能力的从站可以接收特殊报文并进行处理，而普通从站会忽略特殊报文。如果该位为0，那么就是标准报文，0~6位有效。

这款PLC曾经是我每天的工作对象，大量用在ABB的MNS2.0和MNS3.0开关柜中用作低压进线和母联的备自投操作。

灯是发光二极管，与线圈并联的。如果功能正常而仅仅只是灯不正常，说明发光二极管本身或者限流电阻出了问题。

此款PLC是ABB的早期产品，属于AC31的50系列，是法国ABB生产的。目前ABB主推的PLC产品是AC500系列，因此该款PLC及其全部产品和部件都已经退出销售序列，只能自己设法维修。

维修很简单：把PLC壳的螺丝卸下，可以看见那几只发光二极管。用万用表检查一下，看看到底是二极管坏还是限流电阻坏，然后更换元件既可。

提个醒：供货时随机提供的PLC程序要保存好，将来升级时，可以直接输入新款PLC。

本款PLC的程序使用IEC 61131-3的模块化编程语言来编写，新款PLC对它的程序兼容。

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突然发现，图片上的PLC只是左上侧的第三个灯异常点燃。若确实如此，说明程序运行中存在BUG，中压自动化控制柜，但不会影响运行。

等到合适时，把PLC工作电源断电，然后再起动，一般都能恢复正常。