【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn)為目標(biāo)，則把可靠性放在首位，甚至可構(gòu)成冗余控制系統(tǒng)。如果要求改善信息管理，則把PLC 與上位計(jì)算機(jī)通信能力作為選擇的依據(jù)。選擇機(jī)型一般來說，各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品在可靠性上都是過關(guān)的，機(jī)型的選擇主要是指功能上如何滿足自己的需要，而不浪費(fèi)機(jī)器容量。在選擇機(jī)型前，用戶首先襖對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行下列估計(jì)：1)有多少個(gè)開關(guān)量輸入，電壓分別為多少；2)有多少個(gè)開關(guān)量輸出，輸出功率為多少；3)有多少模擬量輸入輸出點(diǎn)；4)是否有特殊控制要求，如高速計(jì)數(shù)器等；5)機(jī)房與現(xiàn)場的最遠(yuǎn)距離為多少；6)現(xiàn)場對(duì) PLC 的響應(yīng)速度有何要求；xx 大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 14 頁 共 40 頁這里所講的實(shí)時(shí)響應(yīng)性主要是指 PLC 的掃描速度。要求處理現(xiàn)場信號(hào)的場合，掃描速度將成為選擇的依據(jù)。影響 PLC 響應(yīng)時(shí)間的因素有輸入信息時(shí)間、中央處理機(jī)解讀用戶邏輯網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，并作為技術(shù)指標(biāo)衡量機(jī)械性能，一般都在 10ms/1KB 左右。PLC 的實(shí)時(shí)響應(yīng)性還將受到系統(tǒng)中速度最慢設(shè)備的限制，與上位機(jī)的通信也將增加服務(wù)時(shí)間。1） 內(nèi)存估計(jì)：用戶程序所需的內(nèi)存量受下述四個(gè)因素的影響： 內(nèi)存利用率； 開關(guān)量輸入輸出的點(diǎn)數(shù)； 模擬量輸入輸出的點(diǎn)數(shù)； 程序編寫者的編程水平；在編程器上用圖形編輯的程序，最后是以機(jī)器語言的形式存放于內(nèi)存中。同樣的圖形、不同廠家的產(chǎn)品，在把圖形變成機(jī)器語言存放時(shí)所需的內(nèi)存量不同。我們把一個(gè)圖形中的觸點(diǎn)數(shù)與存放該圖形所代表的機(jī)器語言時(shí)所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率。它與產(chǎn)品品種和編程水平有關(guān)。2） I/O 模塊配置及系統(tǒng)電源容量校驗(yàn)：模塊確定后，要根據(jù)每個(gè)模塊各支路同時(shí)工作，即系統(tǒng)最大可能工作需要的電流數(shù)來校核電源容量，當(dāng)各機(jī)架負(fù)載不勻時(shí)，亦可將模塊的配置予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。編制程序編程時(shí)，首先要合理劃分模塊，其次是合理利用指令，嚴(yán)格注意信息名稱定義。最后經(jīng)過單塊調(diào)試，軟硬件聯(lián)調(diào)與系統(tǒng)總調(diào)。程序必須經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，才可以投入實(shí)際現(xiàn)場工作。PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1） 存儲(chǔ)器（包括 RAM 和 ROM）空間的分配。它與開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)、模擬量 I/O 點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存利用率和程序編寫者的編程水平有關(guān)。2） 專用寄存器的確定。3） 系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計(jì)。4） 主程序的編制及調(diào)試。5） 故障應(yīng)急措施。6） 其他輔助程序的設(shè)計(jì)。7） 各功能塊子程序的編制。xx 大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁 共 40 頁8） 如果有通信網(wǎng)絡(luò)，還需通信網(wǎng)絡(luò)有關(guān)程序的設(shè)計(jì)。 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：1） 最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與工藝、機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切集合，共同擬訂電氣設(shè)計(jì)方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 可編程控制器的選擇隨著 PLC 的推廣普及，PLC 產(chǎn)品的在種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國等國引進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號(hào)。PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有不同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇恰當(dāng)?shù)?PLC 去控制一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)過程時(shí)，不僅應(yīng)考慮應(yīng)用系統(tǒng)目前的需求，還應(yīng)考慮那些包含于工廠未來目標(biāo)的小需要。這樣，才會(huì)使你用最小的代價(jià)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改變或增加新功能。若考慮周到，則存儲(chǔ)器的擴(kuò)充需求只要再安裝一個(gè)存儲(chǔ)器模塊即可滿足；如果具有可用的通信接口，就能滿足增加一臺(tái)外部設(shè)備的需要。對(duì)局域網(wǎng)的考慮可允許在將來將單個(gè)控制器集成為一個(gè)廠級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)。 機(jī)型的選擇機(jī)型的選擇基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的功能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：（1）結(jié)構(gòu)合理 對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，選用整體式結(jié)構(gòu) PLC。（2） 功能相當(dāng) 對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無須考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。 對(duì)于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。xx 大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 16 頁 共 40 頁對(duì)于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，PLC 的功能選擇有下面幾種情況。替代繼電器功能要求：繼電器觸點(diǎn)輸入/輸出、邏輯線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器。應(yīng)用場合：替代傳統(tǒng)使用的繼電器，完成條件控制和時(shí)序控制功能。數(shù)學(xué)運(yùn)算功能要求：四則數(shù)學(xué)運(yùn)算、開方、對(duì)數(shù)、函數(shù)計(jì)算、雙倍精度的數(shù)學(xué)運(yùn)算。應(yīng)用場合：設(shè)定值控制、流量計(jì)算、PID 調(diào)節(jié)、定位控制和工程量單位換算。數(shù)據(jù)傳送功能要求：寄存器和數(shù)據(jù)表的相互傳送等。應(yīng)用場合：數(shù)據(jù)庫的生成、信息管理、BATCH（批量）控制、診斷和材料處理等。矩陣功能功能要求：邏輯與、邏輯或、異或、比較、置位（位修改）、移位和變反等。應(yīng)用場合：這些功能是按“位”操作，一般用于設(shè)備診斷、狀態(tài)監(jiān)控、分類和報(bào)警處理等。高級(jí)功能高級(jí)指令：如表與塊間的傳送、檢驗(yàn)和、雙倍精度運(yùn)算、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)、平方根、PID調(diào)節(jié)等。通信能力：通信速度和方式、與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)器等?？蛇x模塊：如為實(shí)時(shí)多任務(wù)處理的協(xié)處理器。遠(yuǎn)程輸入/輸出擴(kuò)展能力、內(nèi)存擴(kuò)充模塊、冗余控制模塊等。診斷功能：PLC 的診斷功能有內(nèi)診斷和外診斷兩種。內(nèi)診斷是 PLC 內(nèi)部各部件性能和功能診斷，外診斷是中央處理機(jī)與 I/O 模塊信息交換診斷。串行接口（RS232C）：一般中型以上的 PLC 都提供一個(gè)或一個(gè)以上串行標(biāo)準(zhǔn)接口（RS232C），以便連接打印機(jī)、CRT、上位計(jì)算機(jī)或另一臺(tái) PLC。（3） 機(jī)型統(tǒng)一 一個(gè)大型企業(yè)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的 PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設(shè)備通用，資源可共享，配以上位計(jì)算機(jī)后，可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái) PLC 連成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。、（4） 是否在線編程 PLC 的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的餓控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。xx 大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 17 頁 共 40 頁P(yáng)LC 的編程分為離線編程和再線編程兩種。離線編程的 PLC，其特點(diǎn)是主機(jī)和編程器共用一個(gè) CPU，在編程器上有一個(gè)“編程/運(yùn)行”選擇開關(guān)或按鍵，選擇編程狀態(tài)時(shí)，CPU 將失去對(duì)現(xiàn)場的控制，只為編程器服務(wù)，這就是所謂的“離線”編程。程序編好后，如選擇運(yùn)行狀態(tài)，CPU 則去執(zhí)行而對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行控制，這時(shí) CPU 對(duì)編程指令將不做出響應(yīng)。此類 PLC，由于編程器和主機(jī)共用一個(gè) CPU，因此節(jié)省了大量的硬件和軟件編程器的價(jià)格也比較便宜。中小型 PLC 多采用離線編程。再線編程的 PLC，其特點(diǎn)是主機(jī)和編程器各有一個(gè) CPU，編程器的 CPU 可以隨時(shí)處理由鍵盤輸入的各種編程指令。主機(jī)的 CPU 則是完成對(duì)現(xiàn)場的控制，并在一個(gè)掃描周期的末尾和編程器通信，編程器把編好或改好的程序發(fā)送給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按照新送入的程序控制現(xiàn)場，這就是所謂的“在線”編程。此類 PLC 由于增加了硬件和軟件，所以價(jià)格貴，但應(yīng)用領(lǐng)域較寬。大型 PLC 都采用在線編程。是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來選擇。對(duì)于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)選用離線編程的 PLC；反之，可考慮選用再線編程的 PLC。輸入輸出的選擇PLC 是一種工藝控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I/O 接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。通過 I/O 接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的信息。同時(shí)控制器又通過 I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。PLC 從現(xiàn)場搜集的這些信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過一定的距離，為了確保這些信息的正確無誤，PLC 的 I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC 相應(yīng)有許多種 I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊，開關(guān)量輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，可以根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇使用。(a) 確定 I/O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，確定所需要的 I/O 點(diǎn)數(shù)，再增加 10％20％備用量，以便隨時(shí)增加控制功能，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)就有所不同。開關(guān)量輸入/輸出 標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口可用于從傳感器和開關(guān)（如按鈕，限位開關(guān)等）及控制（開/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等）接受信號(hào)。典型的交流輸入/輸出信號(hào)為 24240V，支流輸入/輸出信號(hào)為 5240V。a) 模擬量輸入/輸出 模擬量輸入輸出接口是用來感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的。這些接口測量流量、溫度和壓力的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口量程為10+10V、0+10V、420mA 或 1050mAxx 大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 18 頁 共 40 頁b) 特殊功能輸入/輸出 在選擇一臺(tái) PLC 時(shí)，用戶可能會(huì)面臨需要一些特殊類型的切不能用標(biāo)準(zhǔn) I/O 實(shí)現(xiàn)的 I/O 限定（如定位、快速輸入、頻率等）的情況。用戶應(yīng)當(dāng)考慮供銷廠商是否提供一些特殊的有助于最大限度減少控制作用的模塊。靈便模塊和特殊接口的模塊，都應(yīng)考慮使用。有的模塊自身能夠處理一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使 CPU 從處理耗時(shí)任務(wù)中解脫出來。c) 智能式輸入/輸出 當(dāng)前，PLC 的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入/輸出模塊。所謂智能式輸入/輸出模塊，就是模塊本身帶有處理器，對(duì)是湖如或輸出信號(hào)作預(yù)先處理，將其處理結(jié)果送入 CPU 或直接輸出，這樣可提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器的容量。智能式輸入/輸出模塊有高速計(jì)數(shù)器（可做加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)）。凸輪模擬器（用于絕對(duì)編碼輸入）、帶速度補(bǔ)償?shù)耐馆喣M器、單回路或多回路 PID 調(diào)節(jié)器、ASCII/BASIC 處理器、RS232C/422 接口模塊等。表 28 歸納了選擇 I/O 模塊的一般規(guī)則。表 28 選擇 I/O 模塊的一般規(guī)則I/O 模塊類型現(xiàn)場設(shè)備或操作（舉例） 說明離散輸入模塊和 I/O 模塊選擇開關(guān)、按鈕、光電開關(guān)、限位開關(guān)、電路斷路器、接近開關(guān)、液位開關(guān)、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、撥盤開關(guān)輸入模塊接受 ON/OFF 或OPENED/CLOSED（開或關(guān)）信號(hào)離散信號(hào)可以是直流的，也可以是交流的離散輸出塊和 I/O 模塊報(bào)警器、控制繼電器、風(fēng)扇、指示燈、揚(yáng)聲器、閥門、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、電磁線圈輸出模塊將信號(hào)傳遞到 ON/OFF或 OPENED/CLOSED（開或關(guān)）設(shè)備。離散信號(hào)可以是交流或直流的模擬量輸入模塊溫度變送器、壓力變送器、濕度變送器、流量變送器、電位器將連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC 處理器可接受的輸入值模擬量輸出模塊模擬量閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、圖表記錄器、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、模擬儀表將 PLC 的輸出轉(zhuǎn)為現(xiàn)場設(shè)備使用的模擬量信號(hào)（通常是通過變送器進(jìn)行）特殊 I/O模塊編碼器、流量計(jì)、I/O 通信、ASCII、RF 型設(shè)備、稱重計(jì)、條形碼閱讀器、標(biāo)簽閱讀器、顯示設(shè)備通常用作如位置控制、PID 和外部設(shè)備通信等專門用途xx 大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 19 頁 共 40 頁電源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，以下述步驟作為選型的一般規(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： 框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值。 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)，加上其最大電流值。4） 如果框架中留有空槽用作將來擴(kuò)展時(shí)： 列出將來要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流。 將所有的擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟 3）中計(jì)算得出的總背板電流值相加。5） 確定在框架中是否有用于電源的空槽，或者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。存儲(chǔ)器類型及容量的選擇PLC 系統(tǒng)所用存儲(chǔ)器基本上由 PROM、EPROM 及 PAM 三種類型所組成，存儲(chǔ)能力的大小則隨機(jī)器的大小而變化，