PLC原理及应用 第十章 PLC控制系统应用设计
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二、 PLC与常用输出设备的连接 • PLC与输出设备的一般连接方法
Date: 2020/6/17
Page: 19
• PLC与感性输出设备的连接
续流二极管的额定电流为1A、 额定电压大于电源电压的3倍； 电阻值可取50~120Ω 电容值可取0.1~0.47μF， 电容的额定电压应大于电源的 峰值电压。 接线时要注意续流二极管的极 性
• 失压保护与紧急停车措施 PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢 复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。 这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时， 按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。
Date: 2020/6/17
Page: 28
• 远离高压
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安 装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距 离应大于200mm。
• 合理的布线
1) I/O线、动力线及控制线应分开走线，尽量不要在同一线槽中。
2) 交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。
3) 开关量与模拟量的Ｉ/Ｏ线最好分开走线，传送模拟量信号的 Ｉ /Ｏ线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。
Date: 2020/6/17
Page: 33
功能分析：
①原点复位：选定以A缸退回至右极限位置（LS2 ON）、B缸
• PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时， 接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于２mm2。
Date: 2020/6/17
Page: 27
三、必须的安全保护环节
• 短路保护 应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在 每个负载的回路中都装上熔断器。
• 互锁与联锁措施 除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬 件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。
Date: 2020/6/17
Page: 30
五、 采用冗余系统或热备用系统
• 冗余系统
冗余系统是指系统中有多余 的部分，在系统出现故障时， 这多余的部分能立即替代故 障部分而使系统继续正常运 行。
• 热备用系统
热备用系统的结构较冗余系 统简单，虽然也有两个CPU 模块在同时运行一个程序， 但没有冗余处理单元RPU。 系统两个CPU模块的切换， 是由主CPU模块通过通信口 与备用CPU模块进行通信来 完成的。
确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所 需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展 的需要再相应增加 10％～15％的余量
Date: 2020/6/17
Page: 9
三、CPU的速度
CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对 于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般 的PLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统， 则需考虑扫描速度，必须选择合适CPU种类的PLC机型。
存储容量(字节)＝开关量I/O点数×10 ＋ 模拟量I/O通 道数×100
• 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
Date: 2020/6/17
Page: 14
第三节 PLC与输入输出设备的连接 一、 PLC与常用输入设备的连接
• PLC与主令电器类设备的连接
Date: 2020/6/17
UON是负载的开启电压（V），I是输出漏电流 （mA）
Date: 2020/6/17
Page: 21
第四节 提高PLC控制系统可靠性的措施
PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于 恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信 息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。
1） 隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线 连接，以抑制串模干扰；
2）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动 时引起的线路压降；
3） PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压 电源，以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到 错误的信号。
Date: 2020/6/17
Page: 25
• 远离振动和冲击源
远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振 动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影 响。
• 远离强干扰源
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设 备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场 和强放射源，以及易产生强静电的地方。
Date: 2020/6/17
Date: 2020/6/17
Page: 12
六、电源电压的选择
我国优先选择220V的交流电源电压，特殊情况可选择 24V直流电源供电。 输入信号电源，一般利用PLC内部提供的直流24V电源。 对于带有有源器件的接近开关可外接220V交流电源， 提高稳定避免干扰。 选用直流I/O模块时，需要外设直流电源。
为了提高PLC系统运行的可靠性，应注意以下问题： • 适合的工作环境 • 合理的安装与布线 • 正确的接地 • 必须的安全保护环节 • 必要的软件措施 • 采用冗余系统或热备用系统
Date: 2020/6/17
Page: 22
一、适合的工作环境
• 环境温度适宜
通常PLC允许的环境温度约在0~55°C。安装时不要 把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够 的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或 离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所； 安装PLC的控制柜最好有通风的百叶窗，如果控制柜 温度太高，应该在柜内安装风扇强迫通风。
• 逻辑错误检测：编制一些常见故障的异常逻辑关系， 一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。
• 消除预知干扰：某些干扰是可以预知的，如PLC的输 出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作， 常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的 干扰信号可能使PLC接收错误的信息。在容易产生这 些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号， 在干扰易发期过去后，再取消封锁。
Date: 2020/6/17
Page: 10
四、PLC模块的选择
✓ 远程I/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远 离控制站
✓ 高速计数器模块：当PLC内部的高速计数器的最高计数频 率不能满足要求时，可选择使用
✓ 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位 ✓ 通信联网模块：PLC与PLC之间，或PLC与计算机之间的
Page: 15
• PLC与拨码开关的连接
Date: 2020/6/17
Page: 16
• PLC与旋转编码器的连接
Date: 2020/6/17
Page: 17
• PLC与传感器类设备的连接
Date: 2020/6/17
I ----传感器的漏电流（mA） UOFF----PLC输入电压低电平的上限值（V ） RC----PLC的输入阻抗（KΩ）
4) PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高， 很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。
5）PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线。
6) 与PLC安装在同一控制柜内的感性元件，最好有消弧电路。
Date: 2020/6/17
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二、 正确的接地
• PLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁 止使用串联接地方式
➢结构形式
整体式 模块式
➢安装方式 ➢功能要求
集中式 远程I／O式 分布式
➢响应速度
➢系统可靠性
➢机型统一
Date: 2020/6/17
Page: 6
二、PLCI/O端口选择
➢ 输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入
信号的器件。
✓分类 主令器件 检测器件
按钮、选择开关、数字开关 行程开关、接近开关、光电开关、继 电器行触程点开，关接、触接器近辅开助关触、点光电
通信与联网 ✓ 模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风
力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进 行输入、输出。
Date: 2020/6/17
Page: 11
五、PLC外围设
PLC的外围设备主要是人—机对话装置，用于PLC的 编程和监控。通过人—机对话装置可以进行编程、调试 及显示图形报表、文件复制、报警等。PLC外围外围设 备有编程器、打印机、EPROM写入器、显示器等。
Page: 24
• 注意电源安装
• PLC的I／O电路都具有滤波、隔离功能，所以对外部 电源要求不高
• 内部电源的性能好坏直接影响到PLC的可靠性，对其要 求较高。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该 用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在 隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时 还应注意以下问题：
PLC控制系统设计步骤流程图
Date: 2020/6/17
Page: 4
第二节 PLC的硬件设置
❖ PLC机型的选择 ❖ I/O点的数量和种类 ❖ CPU的速度 ❖ 内存容量 ❖ 编程器 ❖ 打印机 ❖ I/O模块 ❖ 通讯接口模块 ❖ 通讯传输电缆
Date: 2020/6/17
Page: 5
一、PLC机型选择
运行结果的器件。
分类：驱动负载 显示负载
接触器、继电器、电磁阀
指示灯、数字显示装置、电 铃、蜂鸣器
继电器输出 输出端口： 晶体管输出
晶闸管输出
交直流负载 直流负载 交流负载
Date: 2020/6/17
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二、PLC I/O端口选择
➢ I/O点数的确定 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。
Date: 2020/6/17
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【应用范例1】机械手臂控制
Date: 2020/6/17
Page: 32
控制说明：
⑥LS0→D点有无工件侦测用限制开 关 LS2→A缸退回限制开关（右极限）
LS4→B缸上升限制开关（上极限）
LS1→A缸前行限制开关（左极限） LS3→B缸下降限制开关（下极限） LS5→E点有无工件侦测用限制开关
Date: 2020/6/17
Page: 20
• PLC与输出设备连接的其它注意事项 1）除了PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端 与输出公共端一般不能接在一起；
2）PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流， 尤其是晶闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。 所以要在负载两端并联一个旁路电阻，旁路电阻R的阻 值估算可由下式确定：
Date: 2020/6/17
Βιβλιοθήκη Baidu
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存储容量的选择
• 存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能 实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序 员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量 可能相差25％之多。
• 在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后， 再加20％~30％的裕量。
四、必要的软件措施
• 消除开关量输入信号抖动
Date: 2020/6/17
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• 故障的检测与诊断
• 超时检测：设备在各工步的动作所需的时间一般是不 变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为 参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开 始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正 常情况下该动作的持续时间长20％左右。
第十章 PLC控制系统应用设计
第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤 第二节 PLC的硬件设置
第三节 PLC与输入输出设备的连接
第四节 PLC在机械手臂控制中的应用
Date: 2020/6/17
Page: 1
Date: 2020/6/17
Page: 2
Date: 2020/6/17
Page: 3
• 环境湿度适宜
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以 保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/ 输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨 淋的场所
Date: 2020/6/17
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• 注意环境污染
不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁 粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有 腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。
有源触点输入器件 无源触点输入器件
模拟信号
开关、继电器触点，接触器 行程开关、辅接助近触开点关、光电 开关、继电器触点，接触器 压力传感器辅、助温触度点传感器
✓输入信号 数字信号 开关信号
数字开关 按钮、转换开关、形成开关、
触点
Date: 2020/6/17
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二、PLCI/O端口选择
➢ 输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序
二、 PLC与常用输出设备的连接 • PLC与输出设备的一般连接方法
Date: 2020/6/17
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• PLC与感性输出设备的连接
续流二极管的额定电流为1A、 额定电压大于电源电压的3倍； 电阻值可取50~120Ω 电容值可取0.1~0.47μF， 电容的额定电压应大于电源的 峰值电压。 接线时要注意续流二极管的极 性
• 失压保护与紧急停车措施 PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢 复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。 这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时， 按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。
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• 远离高压
PLC不能在高压电器和高压电源线附近安装，更不能与高压电器安 装在同一个控制柜内。在柜内PLC应远离高压电源线，二者间距 离应大于200mm。
• 合理的布线
1) I/O线、动力线及控制线应分开走线，尽量不要在同一线槽中。
2) 交流线与直流线、输入线与输出线最好分开走线。
3) 开关量与模拟量的Ｉ/Ｏ线最好分开走线，传送模拟量信号的 Ｉ /Ｏ线最好用屏蔽线，且屏蔽线的屏敝层应一端接地。
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功能分析：
①原点复位：选定以A缸退回至右极限位置（LS2 ON）、B缸
• PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时， 接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于２mm2。
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三、必须的安全保护环节
• 短路保护 应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。最好在 每个负载的回路中都装上熔断器。
• 互锁与联锁措施 除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬 件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。
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五、 采用冗余系统或热备用系统
• 冗余系统
冗余系统是指系统中有多余 的部分，在系统出现故障时， 这多余的部分能立即替代故 障部分而使系统继续正常运 行。
• 热备用系统
热备用系统的结构较冗余系 统简单，虽然也有两个CPU 模块在同时运行一个程序， 但没有冗余处理单元RPU。 系统两个CPU模块的切换， 是由主CPU模块通过通信口 与备用CPU模块进行通信来 完成的。
确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所 需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展 的需要再相应增加 10％～15％的余量
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三、CPU的速度
CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对 于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般 的PLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统， 则需考虑扫描速度，必须选择合适CPU种类的PLC机型。
存储容量(字节)＝开关量I/O点数×10 ＋ 模拟量I/O通 道数×100
• 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
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第三节 PLC与输入输出设备的连接 一、 PLC与常用输入设备的连接
• PLC与主令电器类设备的连接
Date: 2020/6/17
UON是负载的开启电压（V），I是输出漏电流 （mA）
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第四节 提高PLC控制系统可靠性的措施
PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于 恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信 息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。
1） 隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线 连接，以抑制串模干扰；
2）系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备起动 时引起的线路压降；
3） PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压 电源，以保证正确的输入信号。否则可能使PLC接收到 错误的信号。
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• 远离振动和冲击源
远离有强烈振动和冲击场所，尤其是连续、频繁的振 动。必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影 响。
• 远离强干扰源
PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设 备和大型动力设备等，同时PLC还应该远离强电磁场 和强放射源，以及易产生强静电的地方。
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六、电源电压的选择
我国优先选择220V的交流电源电压，特殊情况可选择 24V直流电源供电。 输入信号电源，一般利用PLC内部提供的直流24V电源。 对于带有有源器件的接近开关可外接220V交流电源， 提高稳定避免干扰。 选用直流I/O模块时，需要外设直流电源。
为了提高PLC系统运行的可靠性，应注意以下问题： • 适合的工作环境 • 合理的安装与布线 • 正确的接地 • 必须的安全保护环节 • 必要的软件措施 • 采用冗余系统或热备用系统
Date: 2020/6/17
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一、适合的工作环境
• 环境温度适宜
通常PLC允许的环境温度约在0~55°C。安装时不要 把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够 的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或 离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所； 安装PLC的控制柜最好有通风的百叶窗，如果控制柜 温度太高，应该在柜内安装风扇强迫通风。
• 逻辑错误检测：编制一些常见故障的异常逻辑关系， 一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。
• 消除预知干扰：某些干扰是可以预知的，如PLC的输 出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作， 常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的 干扰信号可能使PLC接收错误的信息。在容易产生这 些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号， 在干扰易发期过去后，再取消封锁。
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四、PLC模块的选择
✓ 远程I/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远 离控制站
✓ 高速计数器模块：当PLC内部的高速计数器的最高计数频 率不能满足要求时，可选择使用
✓ 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位 ✓ 通信联网模块：PLC与PLC之间，或PLC与计算机之间的
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• PLC与拨码开关的连接
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• PLC与旋转编码器的连接
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• PLC与传感器类设备的连接
Date: 2020/6/17
I ----传感器的漏电流（mA） UOFF----PLC输入电压低电平的上限值（V ） RC----PLC的输入阻抗（KΩ）
4) PLC的基本单元与扩展单元之间电缆传送的信号小、频率高， 很容易受干扰，不能与其它的连线敷埋在同一线槽内。
5）PLC的I/O回路配线，必须使用压接端子或单股线。
6) 与PLC安装在同一控制柜内的感性元件，最好有消弧电路。
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二、 正确的接地
• PLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁 止使用串联接地方式
➢结构形式
整体式 模块式
➢安装方式 ➢功能要求
集中式 远程I／O式 分布式
➢响应速度
➢系统可靠性
➢机型统一
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二、PLCI/O端口选择
➢ 输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入
信号的器件。
✓分类 主令器件 检测器件
按钮、选择开关、数字开关 行程开关、接近开关、光电开关、继 电器行触程点开，关接、触接器近辅开助关触、点光电
通信与联网 ✓ 模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风
力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进 行输入、输出。
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五、PLC外围设
PLC的外围设备主要是人—机对话装置，用于PLC的 编程和监控。通过人—机对话装置可以进行编程、调试 及显示图形报表、文件复制、报警等。PLC外围外围设 备有编程器、打印机、EPROM写入器、显示器等。
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• 注意电源安装
• PLC的I／O电路都具有滤波、隔离功能，所以对外部 电源要求不高
• 内部电源的性能好坏直接影响到PLC的可靠性，对其要 求较高。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该 用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在 隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时 还应注意以下问题：
PLC控制系统设计步骤流程图
Date: 2020/6/17
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第二节 PLC的硬件设置
❖ PLC机型的选择 ❖ I/O点的数量和种类 ❖ CPU的速度 ❖ 内存容量 ❖ 编程器 ❖ 打印机 ❖ I/O模块 ❖ 通讯接口模块 ❖ 通讯传输电缆
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一、PLC机型选择
运行结果的器件。
分类：驱动负载 显示负载
接触器、继电器、电磁阀
指示灯、数字显示装置、电 铃、蜂鸣器
继电器输出 输出端口： 晶体管输出
晶闸管输出
交直流负载 直流负载 交流负载
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二、PLC I/O端口选择
➢ I/O点数的确定 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。
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【应用范例1】机械手臂控制
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控制说明：
⑥LS0→D点有无工件侦测用限制开 关 LS2→A缸退回限制开关（右极限）
LS4→B缸上升限制开关（上极限）
LS1→A缸前行限制开关（左极限） LS3→B缸下降限制开关（下极限） LS5→E点有无工件侦测用限制开关
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• PLC与输出设备连接的其它注意事项 1）除了PLC输入和输出共用同一电源外，输入公共端 与输出公共端一般不能接在一起；
2）PLC的晶体管和晶闸管型输出都有较大的漏电流， 尤其是晶闸管输出，将可能会出现输出设备的误动作。 所以要在负载两端并联一个旁路电阻，旁路电阻R的阻 值估算可由下式确定：
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存储容量的选择
• 存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，还与功能 实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序 员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量 可能相差25％之多。
• 在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后， 再加20％~30％的裕量。
四、必要的软件措施
• 消除开关量输入信号抖动
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• 故障的检测与诊断
• 超时检测：设备在各工步的动作所需的时间一般是不 变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为 参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开 始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正 常情况下该动作的持续时间长20％左右。
第十章 PLC控制系统应用设计
第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤 第二节 PLC的硬件设置
第三节 PLC与输入输出设备的连接
第四节 PLC在机械手臂控制中的应用
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• 环境湿度适宜
PLC工作环境的空气相对湿度一般要求小于85％，以 保证PLC的绝缘性能。湿度太大也会影响模拟量输入/ 输出装置的精度。因此，不能将PLC安装在结露、雨 淋的场所
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• 注意环境污染
不宜把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁 粉等）、腐烛性气体和可燃性气体的场所，尤其是有 腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。
有源触点输入器件 无源触点输入器件
模拟信号
开关、继电器触点，接触器 行程开关、辅接助近触开点关、光电 开关、继电器触点，接触器 压力传感器辅、助温触度点传感器
✓输入信号 数字信号 开关信号
数字开关 按钮、转换开关、形成开关、
触点
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二、PLCI/O端口选择
➢ 输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序