可编程控制器基础电气柜
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，最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***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的应用领域电气柜
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最基本、***的应用领域，它取代传统的继电器电路，河南电气柜，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过程控制电气柜
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、***、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通信及联网电气柜
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，但其最da数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最da的底板或机架槽数限制。
③电源模块电气柜
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底板或机架电气柜
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，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。
PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制，实现网络功能，性能稳定、可扩展、抗干扰强等特点，是现代工业的核心。可以根据用 户需求量身设计PLC控制柜、变频柜等，满足用户要求，并可搭配人机界面触摸屏，达到轻松操作的目的。设备更可与DCS总线上位机 modbus、profibus等通讯协议的数据传输；工控机、以太网等实现的控制和监控。电气柜
作为一名电qi工程师，熟悉PLC的电气元器件选型是基本能力！
PLC控制柜电气元器件选型一览表
序号名称型号（系列）品牌备注1小型断路器SDM8、5SJ系列西门子根据负载负荷C65N系列施耐德同上
S261NA系列ABB同上
DZ47系列正泰同上
2开关电源S-145-24(12)台湾明纬根据负载负荷S-240-24浙江前卫同上
3中间继电器DC24V AC220V 2P-4P施耐德根据输出点数选型DC24V AC220V 2P-4P欧姆龙同上
DC24V AC220V 2P-4P正 泰同上
4PLCS7-200系列S7-300系列西门子尺寸根据用户CP1L（E、H）系列CJ系列欧姆龙同上
FX2N系列Q系列三 菱同上
5Modicon Premium系列施耐德同上
6触摸屏Smart700西门子尺寸根据要求MP277 touch西门子同上
MT6100I 6070I威纶通同上
TPC7062C、K昆仑通态同上
DOP-A系列台 达同上
7工控机P4（3.0G）/1024M/160G/16X研 华具体型号见配置研祥
惠普
戴尔
8显示器21寸液晶1280X1024三 星尺寸根据要求ThinkVision 数字19寸宽屏液晶联想同上
9组态软件64-***开发点组态王Wincc
易 控
10不间断电源（UPS）K、C系列山 特根据在线时间选型11指示灯XB2系列施耐德12控制柜（碳钢）2200X800X600康卓推荐尺寸13控制柜（304不锈钢）2200X800X600康卓推荐尺寸14接线端子菲尼克斯根据负载负荷电气柜
如果现在有个项目，需要MODBUS控制五个变频器，那该怎么办？
也许你会说，这还不简单，把前面的通信程序复zhi五遍不就行了？理论上，这是可行的，但却是不可行的，为什么呢？因为串口在同一时间，只能进行一次数据交互。这个一次，是指一次读或是写操作。这就好比一个很窄的路口，一次只能通过一辆汽车，如果五辆汽车一起通过，势必会引起堵塞，一辆也过不去，但我们需要过五辆怎么办？那就需要交通灯或是交指挥交通，通信也一样，电气柜定制，也需要有交通灯或是交，而在MODBUS通信中，就需要我们自己来当交，通过程序控制通信流程，这就是轮询方式。
而MODBUS通信实现轮询，有两个常用的方法。
1 时间间隔法
所谓时间间隔法，就是每个操作分配一个固定的时间，比如第yi秒写入频率，***秒读取频率，电气柜厂家，第三秒读取电流，当然，这个时间是要根据实际情况来设置的，我们看一个例子：
图一时间间隔
如图一所示，这是一个BLINK 和计数器两个功能块组成的程序，BLINK产生一个50毫秒的脉冲，而计数器对此脉冲进行计数，因此，计数器的当前计数值CV 也就是图中黄色荧光笔部分，就会从1 到6每隔50毫秒递增一次。这样，就为每一次操作分配了50毫秒的时间。
图二 利用时间间隔触发通信
如图二，电气柜公司，红色圆圈部分，当数值等于1的时候，我们写入地址0002，当数值等于2的时候，我们读取103，依次类推。黄色荧光笔部分是触发路径。
2 功能块触发法
功能块触发法，是利用功能块的状态参数来触发下一次通信，也就是我在介绍通信的时候使用的BUSY信号。
图三 利用BUSY信号触发下一次读写
如图三所示，当写入0002通信完成后，利用BUSY信号来触发下一次通信，读取103的值。图中黄色荧光笔的部分，就是触发路径，当上一个通信功能块的BUSY信号产生下降沿的时候，证明这次通信已经完成，以此来触发下一次通信
以上，就是两种常用的轮询方法，它们各有优缺点，最的方式就是两者结合。利用时间间隔，这个时间间隔的设置就很讲究，时间太短，可能通信还没完成，时间太长影响效率。而利用功能块的BUSY信号，可以很好解决这个问题，但是，一旦一个环节通信出错，BUSY信号无法给出，就会造成后面的通信无法进行，那么该如何结合呢？那就是用时间间隔来确定从站之间的通信间隔，而同一个从站的读写就用功能块信号触发，这样即使通信有错误，也只是影响一个从站。
我们为每个从站分配30毫秒的时间，那么轮询10个从站只需要300毫秒，这基本能满足我们的需求，而又能***每个站的通信时间。因为超过10个从站，就不建议用MODBUS通信了，那样就要考虑使用总线了。而一个从站内部，要读写多次的时候，就用BUSY信号触发。这样，即使一个从站通信出现问题，也不会影响下一个从站的通信。
