PLC与现场设备的联接形式

周曰初

摘要：本文主要讲述了在PLC控制中，PLC与各类被控设备的联接形式，网络化控制

的组织形式，以便更好理解大型PLC控制系统。

关键词：I/O模块 ET200 DP网络 PROFIBUS通讯

前言

随着国能电气的发展，生产的系列产品越来越多的应用到大型生产线的控制中，成为控制系统中的一个重要组成部分。本文主要讲述PLC控制系统中，PLC与现场被控设备的联接方式，MCC柜与PLC的联接方式，较继电器控制的优点，通过简单的示例，讲述PLC网络控制的优势。

一、 PLC控制与传统继电器电路的联接方式

图一所示是在MCC柜中常见的电机直接启动的基本电路，设置有本地/远程控制方式。由图可知，当选择远程PLC控制时，MCC柜内给PLC提供4对无源输入接点作为DI信号接入PLC。分别是：控制方式选择、准备好信号、运行反馈信号和故障反馈信号。PLC的一对DO输出接点驱动中间继电器用于远程启动电机。

在大型的PLC控制系统中，PLC控制的点位达数千个甚至更多，为了缩短PLC的扫描时间，在编制程序时，会在满足相应条件时才调用相关程

图一：MCC直接启动原理图 序块或功能块。所以在图一中，可以看到MCC柜的DI信号中有“工作方式”反馈和“准备好”信号反馈，这样有利于PLC程序的调用和HMI交互界面的编辑。

图二：PLC柜内的DI原理图 图三：PLC柜内的DO原理图

图二和图三分别为PLC柜内输入/输出模块的原理图。结合图一可以看出，在电机的直接启动电路中，要完成PLC远程控制，MCC柜与PLC柜相联接时，4对DI信号至少需要一根5芯电缆与PLC的DI模块相联，1对DO信号则一根2芯电缆与PLC的DO模块相联。所以，要完成PLC的远程启停，至少需要7芯电缆。

二、 ET200远程站的联接

前面已经分析了，直接启动电路中，MCC柜与PLC相联接至少需要7芯电缆。一般PLC柜放置在主控制室内，而主控室作为整个生产线的控制中心，一般位于生产线的中心或环境

相对较好的地点。也就是说，大多数情况是主控室与MCC电气室的距离较远，并且大型生产线有多个MCC电气室，如果MCC柜与PLC的连接按前面所述的方式直接相联接，那么MCC室与主控制室间将有大量的电缆需要敷设，这种方式不仅电缆的费用较大，而且远距离的电缆敷设，对PLC信号干扰也较大，特别是AI/AO信号。如果PLC的I/O模块能设置在MCC室内，那么不仅可以节约大量电缆，减少电缆布线，还能解决信号的干扰问题。也就是说，PLC如果将I/O模块设置在信号采集现场点，就可以解决上述问题。

分布式I/O就是可以分布在现场的远程PLC的输入/输出点，ET200就是基于PROFIBUS DP现场总线的分布式I/O。也就是说，在PLC被控制设备的现场，如果设有ET200站点，前面MCC柜与PLC柜间的连线就不必敷设到主控制室，而只需要敷设到就近的ET200站。ET200站与PLC间与的联接则可以通过ET200站与PLC主站的通信模块采用DP网络联接。

同理，生产线现场的设备、仪表也可以直接连接到就近的ET200站，而不需要敷设到主控制室。

通过前面的图一、图二、图三可以看出PLC与MCC间的连接，但是如何实现远程操作的呢？除了可以在OPT上直接操作外，工业现场还要求通过现场的机旁操作箱或主控室内的主操台上的按钮来进行手动操作。在传统的继电器电路中，如果要在机旁或主操台通过按钮进行手动操作，则需要通过电缆将相关按钮、指示灯联接到MCC柜内。如果现场操作箱或主操作台与MCC电气室间距离较远，则又需要大量敷设控制电缆，如果还要与其他设备联锁或有自动控制仪表需要接入，则电路更加繁杂。但在PLC控制系统中，由于采用了分布式I/O，那么现场的操作按钮或自动化仪表可以直接接入就近的ET200站，而不必直接与MCC柜或PLC柜相连，并且与其他设备的联锁线路也可不必敷设，而是通过PLC程序进行联锁。

图四：操作台（箱）的DI原理 图五：操作台（箱）的DO原理

图四、图五分别是现场操作台箱接入ET200站的I/O原理图。要实现两地或多地操作，只需要以相同的方式接入就近的ET200站点就可以了，不需要复杂的接线，只在PLC程序中做相应修改。

图六：只一个远程操作箱时的程序段

图七：两个远程操作箱时的程序段

图六是一个操作箱时的程序段，图七则是两个操作箱时的在程序中需要修改的程序段。增加操作按钮并不需要直接与MCC控制柜相连，不同地点的操作箱也不必进行电缆的联接，通过PLC程序的修改，同样可以满足联锁的需要。

三、 DP网络的联接、工业以太网的联接

由于采用了现场分布式I/O接入点，现场设置了多个ET200站点，则ET200站与PLC间，ET200站点间的联接就形成了网络。它们之间的通信，一般都采用相同的PROFIBUS通信协议，这种网络就叫做PROFIBUS DP网络。

图八：DP网络图

图八为某生产线PLC控制系统DP网络的一部分。从该图中可以看出ET200站点间及与PLC间的联接方式。

对于支持PROFIBUS通信协议的设备和仪表如变频器、逆变器等设备，可以直接通过DP网线与PLC相连，相关指示及反馈信息可以通过DP网络传输，而没必要对二次控制线进行布线。

随着集成芯片的集成规模越来越大，运算速度越来越快，处理数据的能力越来越强，PLC已不仅仅用于传统的继电器电路，已开发出诸如高速计算模块、PID运算模块、温控模块等专用功能模块，PLC控制系统在大型控制系统中已得到全面应用。一个大型的控制系统往往由多个PLC组成，把这些PLC通过网络的方式联接起来，就可以形成MPI网络。为了获得更高的传输速率，更多级别的PLC控制系统，甚至可以采用光纤传输，组成工业以太网。

结论

随着科技的发展，生产线越来越大型化，其控制系统也越来越大型化，因此PLC控制系统也在不断发展，网络化控制成为必然。并且，由于被控设备的数量及类型不同，网络的层级也向多层级发展，由此形成了不同规模的PLC网络。本文为便于读者理解，并未严格按相关专业术语的定义来进行表述，不够严谨的地方请读者予以谅解。

作者简介：周曰初（1976 ~ ），湖北宜昌人，电气技师。1997年参加工作，长期从事低压电气，自动化仪表的运行、维护、设计等工作，具有丰富的自动化控制经验。