【正文】 數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC的重要參數(shù)，它們決定著 PLC的工作速度， IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O模塊集成了 PLC的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 常用的 I/O分類(lèi)如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類(lèi)型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除 了上述通用 IO外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 電源模塊 PLC電源用于為 PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（ 220VAC或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式 PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè)共 24 頁(yè) PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人 機(jī)界面非常普及。 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說(shuō)法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC與 PLC 之間、 PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口（ MPI）的數(shù)據(jù)通訊、 PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián) 網(wǎng)。 PLC 的系統(tǒng)模塊選擇方法 在 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。 PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)， PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間。 相應(yīng)模塊的估算 工程設(shè)計(jì)選型應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作，和求價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)最后選擇有較高性能價(jià)估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量。 ． 1 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴(kuò)展 余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容張小波 :基于 PLC 的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)共 24 頁(yè) 量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O點(diǎn)數(shù)的 10～ 15倍，加上模擬 I/O點(diǎn)數(shù)的 100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量 。 相應(yīng)模塊的選擇 估算好相應(yīng)的模塊之后，就要進(jìn)行相應(yīng)模塊的選擇。包括輸入輸出模塊的選擇，電源的選擇及存儲(chǔ)器的選擇。 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/O機(jī)架等。 電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿(mǎn)足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。 存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此 ，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè)共 24 頁(yè) 第三章 電機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 PLC 的選取 可編程控制器（ Programmable Logical Controller）是 20 世紀(jì) 70年代以來(lái)以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，由于它具有功能強(qiáng)，可靠性高，配置靈活，使用方便以及體積小，重量輕等 它的優(yōu)點(diǎn)，使其在自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)由于微電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，使具有完全功能的超大規(guī)模集成電路的價(jià)格日趨便宜，同樣也促進(jìn)可編程控制器成本大大降低，對(duì)于采用可編程控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器 — 接觸器電氣控制的系統(tǒng)來(lái)改造傳統(tǒng)機(jī)床，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)上，還是可靠性，維修性，工作壽命上來(lái)說(shuō)，都是十分經(jīng)濟(jì)和劃算的，也是可行的優(yōu)選方案。 鑒于以上原因，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 PLC電機(jī)故障診斷系統(tǒng)。 PLC 的選取及介紹 由于本文設(shè)計(jì)采用的機(jī)型是西門(mén)子生產(chǎn)的 S7200系列 PLC，下面對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 德國(guó)西門(mén)子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門(mén)子（ SIEMENS）公司的 PLC產(chǎn)品包括 LOGO， S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)， HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門(mén)子 S7 系列 PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7 系列 PLC產(chǎn)品可分為微型 PLC（如 S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7200 PLC 的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7200PLC可提供 4個(gè)不同的基本型號(hào)與 8種 CPU可供選擇使用 SIMATIC S7300 PLC 張小波 :基于 PLC 的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè)共 24 頁(yè) S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿(mǎn)足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與 S7200 PLC比較， S7300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（ ~μ s）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶(hù)接口的軟件工具方便用戶(hù)給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。 SIMATIC人機(jī)界面（ HMI）從 S7300中取得數(shù)據(jù)， S7300按用戶(hù)指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 S7300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送； CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶(hù)高度、有效地保護(hù)其 技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改； S7300 PLC設(shè)有操作方式選擇開(kāi)關(guān)，操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫(xiě)用戶(hù)程序。具備強(qiáng)大的通信功能， S7300 PLC 可通過(guò)編程軟件 Step 7的用戶(hù)界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。 S7300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過(guò)多種通信處理器來(lái)連接 ASI 總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（ MPI）集成在 CPU中，用于同時(shí)連接編程器、 PC機(jī) 、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 SIMATIC S7400 PLC S7400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7400 PLC 采用模塊化無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）的 CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶(hù)能根據(jù)需要組合成不同的專(zhuān)用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級(jí)和充分滿(mǎn)足需要。 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) 通訊網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱，西門(mén)子的全集成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供了從控制級(jí)一直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的一致性通訊，“ SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱(chēng)，他們能在工廠的不同部門(mén)，在不同的自動(dòng)化站以及通過(guò)不同的級(jí)交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。 人機(jī)界面（ HMI）硬件 HMI 硬件配合 PLC使用，為用戶(hù)提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板 TD200（可顯示中文）， OP3， OP7， OP17等；圖形 /文本操作面板 OP27， OP37等，觸摸屏操作面板 TP7， TP27/37，TP170A/B等； SIMATIC面板型 PC670等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）也可以作為 HMI硬件使用。 HMI硬件需要經(jīng)過(guò)軟件（如 ProTool）組態(tài)才能配合 PLC使用。 SIMATIC S7 工業(yè)軟件 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè)共 24 頁(yè) 西門(mén)子的工業(yè)軟件分為三個(gè)不同的種類(lèi)： （ 1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于 PLC或 PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護(hù)等控制所需的工具。 STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包 SIMATIC S7 是用于 S7300/400， C7 PLC 和 SIMATIC WinAC基于 PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具， STEP 7Micro/WIN是在 Windows平臺(tái)上運(yùn)行的 S7200系列 PLC的編程、在線仿真軟件。 （ 2）基于 PC的控制軟件 基于 PC 的控制系統(tǒng) WinAC 允許使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為可編 程 序控制器（ PLC）運(yùn)行用戶(hù)的程序，運(yùn)行在安裝了 Windows 操作系統(tǒng)的 SIMATIC 工控機(jī)或其它任何商用機(jī)。 WinAC 提供兩種 PLC，一種是軟件 PLC，在用戶(hù)計(jì)算機(jī)上作為視窗任務(wù)運(yùn)行。另一種是插槽 PLC（在用戶(hù)計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè) PC 卡），它具有硬件 PLC的全部功能。 WinAC 與 SIMATIC S7 系列處理器完全兼容，其 編程采用統(tǒng)一的 SIMATIC 編程工具（如 STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在WinAC上，也可運(yùn)行在 S7系列處理器上。 （ 3）人機(jī)界面軟件 人機(jī)界面軟件為用戶(hù)自動(dòng)化項(xiàng)目提供人機(jī)界面（ HMI）或 SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺(tái)。人機(jī)界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機(jī)器級(jí)的 ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)