【正文】 用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。(4) 容易改造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造。(5) 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC硬件設(shè)計(jì) PLC機(jī)型的選擇一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)。(1) 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小,一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I／O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 (2) 安裝方式的選擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I／O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I／O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。 (3) 相應(yīng)的功能要求 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。 對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 (4) 響應(yīng)速度要求 PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I／O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。 (5) 系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 (6) 機(jī)型盡量統(tǒng)一 一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問(wèn)題。 ① 機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理。 ② 機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。 ③ 機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 (7) 是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。PLC的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC，其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程。(8) PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度：工作溫度0～55℃，最高為60℃。儲(chǔ)存溫度：40℃～＋85℃。濕度：相對(duì)濕度5%～95%(無(wú)凝結(jié)霜)。振動(dòng)和沖擊：滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。電源：交流200V，允許變化范圍為15%～＋15%，頻率為47～53Hz瞬間停電保持l0ms 。 環(huán)境：周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。 PLC容量的選擇用戶程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差25％之多，所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。PLC的I／O點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I／O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加20％~30％的裕量。存儲(chǔ)容量（字節(jié)）＝開(kāi)關(guān)量I／O點(diǎn)數(shù)10 ＋ 模擬量I／O通道數(shù)100另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類型的選擇。 I/O點(diǎn)數(shù)的選擇PLC平均的I／O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I／O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I／O點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。通常I／O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10％~15％的裕量來(lái)確定?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。(1) 確定I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。(2) 開(kāi)關(guān)量I/O標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號(hào)為24～240V（AC），直流I/O信號(hào)為5～24V（DC）。 (3) 選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮① 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。一般24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過(guò)10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。② 高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。(4) 選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮。① 輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交／直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大開(kāi)閉頻率不得超過(guò)1Hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間會(huì)產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。② 輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。③ 允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許電流值。 PLC電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則：(1) 確定電源的輸入電壓。(2) 將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電流值。(3) I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流。① 框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值。② 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。(4) 如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理。① 列出將來(lái)要擴(kuò)展的I/O模塊所需的背板電流。② 將所有擴(kuò)展的I/O模塊的總背板電流值與步驟。(5) 在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。(6) 根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。 其他相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還有其他的硬件設(shè)備，同時(shí)它們的選擇同等重要，它們與PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)信號(hào)的輸入及信號(hào)的輸出，是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行工作。要結(jié)合輸入輸出的電流電壓來(lái)控制負(fù)載，所以要進(jìn)行硬件的選擇，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 電磁閥的選擇追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國(guó)內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類（即：直動(dòng)式、分步式、先導(dǎo)式）而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類（直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)）。1. 直動(dòng)式電磁閥原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開(kāi)；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過(guò)25mm。2. 分布直動(dòng)式電磁閥原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒(méi)有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開(kāi)；當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動(dòng)壓差時(shí)通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開(kāi)。斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。特點(diǎn)：在零壓差或真空，高壓時(shí)亦能動(dòng)作，但功率較大，要求必須水平安裝。3. 先導(dǎo)式電磁閥原理：當(dāng)電磁閥線圈通電，動(dòng)鐵芯與靜鐵芯吸合使導(dǎo)閥孔開(kāi)放，閥芯背腔的壓力通過(guò)導(dǎo)閥孔流向出口，此時(shí)閥芯背腔的壓力低于進(jìn)口壓力，利用壓差使閥芯脫離主閥口，介質(zhì)從進(jìn)口流向出口。當(dāng)線圈斷電，動(dòng)鐵芯與靜鐵芯脫離，關(guān)閉了導(dǎo)閥孔，閥芯背腔壓力受進(jìn)口壓力的補(bǔ)充逐漸趨于和進(jìn)口平衡，閥芯因彈簧力作用下 把閥門緊密關(guān)閉。特點(diǎn)：功率消耗低、通徑較大，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方向任意，但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場(chǎng)合。電磁閥的選用原則有以下四點(diǎn)。1. 安全性(1) 腐蝕性介質(zhì)：宜選用塑料王電磁閥和全不銹鋼；對(duì)于強(qiáng)腐蝕的介質(zhì)必須選用隔離膜片式。例CDF. Z3CF。中性介質(zhì)，也宜選用銅合金為閥殼材料的電磁閥，否則，閥殼中常有銹屑脫落，尤其是動(dòng)作不頻繁的場(chǎng)合。氨用閥則不能采用銅材。(2) 爆炸性環(huán)境：必須選用相應(yīng)防爆等級(jí)產(chǎn)品，露天安裝或粉塵多場(chǎng)合應(yīng)選用防水，防塵品種