【文章內(nèi)容簡介】 的硬件主要由存儲器、通信接口、 CPU、輸出 /輸入單元、擴展接口 等幾部分組成。其中， CPU 為 PLC 的控制中心通常有三類： 1) 單片微處理器（如 803 8096 等）、 2) 通用微處理器（如 Z80、 808 80286 等）、 3) 位片式微處理器 (如 AMD29W 等 )；輸入單元/輸出單元則是 CPU 與現(xiàn)場輸入 /輸出設備之間的接口電路；通信接口 的主要用途是連接 上位計算機 、編程器 等外部設備，其硬件構成圖如圖 13。 南昌工程學院本科畢業(yè)設計 7 圖 13 PLC 硬件結構圖 PLC 的編程語言 PLC 為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下 5種：語句表（ STL）、梯形圖（ LAD）、功能塊圖（ FBD）、結構文本（ ST）和順序功能圖（ SFC）、。 PLC 的特點 （ 1）抗干擾能力強，可靠性好 工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境往往十分惡劣，高溫，沖擊，粉塵，潮濕，振動和強電磁干擾等，單片機作為控制中心 時 ，為了能夠抵御以上 惡劣 環(huán)境，需要建設大量外部電路，即便如此，往往也無法達到控制要求， PLC 作為專門為工業(yè)控制設計的 ，其內(nèi)部已設計建設了大量抗干擾的電路這樣使 PLC 接收，輸出的信號控制變得更加穩(wěn)定 ，能夠很容易的適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 （ 2）功能性強 PLC 是由微電子技術、通信技術和計算機技術 綜合而成，除了具有邏輯、定時、計數(shù)等順序控制功能之外，還具有經(jīng)行各種算數(shù)運算、 PID 調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡通信、遠程I/O 和高速數(shù)據(jù)處理能力，因此可以滿足工業(yè)控制中的各種復雜的功能要求 （ 3）編程方便，易于使用 第 1 章 可編 程控制器 PLC 8 PLC 的程序設計大多采用的類似于繼電器控制線路的梯形圖語言。梯形圖主要是人們熟悉的常開 /常閉觸點，線圈、定時器、計數(shù)器符號等組成。對于使用者來說，只要具備電氣控制方面的相關基礎知識，很容易為一般的工程控制技術人員所理解掌握。 （ 4）安裝簡單，維修方便 PLC 可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接 調(diào)試， 安裝， 運行，使用時只需根據(jù)控制要求編寫程序，將各種現(xiàn)場的 I/O 設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，系統(tǒng)便可以使用。同時由于 PLC比較穩(wěn)定，且有自診斷功能，故而損壞維修變得很方便。 （ 5）采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制的需要，除了單元式的小型 PLC 之外，絕大多數(shù) PLC 采用的是模塊化結構， PLC 中的 CPU、直流電源、 I/O模塊等都采用模塊化 設計，由機架導軌，電纜連接起來。 （ 6）接口模塊豐富 PLC 除了具有 CPU 和存儲器之外，還有很多的 I/O 接口模塊。對于工業(yè)現(xiàn)場的不同信號（直交流，開關量和模塊量、電壓和電流、脈 沖或電位，強電或弱電等） （ 7）系統(tǒng)設計與調(diào)試周期短 用 PLC經(jīng)行系統(tǒng)設計時，用程序代替繼電器硬件繼電器硬線接線，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少，設計和施工可同時經(jīng)行，縮短了施工周期。 PLC 的主要功能 （ 1）計數(shù)控制 PLC 具有計數(shù)功能，可為用戶提供數(shù)十個到數(shù)千個定時器。 （ 2）邏輯開關控制 這是 PLC 最基本的功能，也是最廣泛的應用。 （ 3）步進控制 PLC 具有步進（順序）控制功能。 （ 4）定時控制 PLC 具有定時功能，可為用戶提供數(shù)十個到數(shù)千個定時器。 （ 5）數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)據(jù)處理 能力，可進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、算術運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)轉換，數(shù)據(jù)位移、數(shù)據(jù)顯示等功能 南昌工程學院本科畢業(yè)設計 9 （ 6）模擬量處理與 PID 控制 PLC 具有 A/D 和 D/A 轉換模塊，轉換的位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇，因此能警醒模擬量處理與 PID控制。 （ 7）通信和互聯(lián)網(wǎng)功能 現(xiàn)在的 PLC 具有 RS23 RS42 RS485 或現(xiàn)場總線等通信接口，可經(jīng)行遠程 I/O控制，可實現(xiàn)多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)和通信。 PLC的選型原則及選型方法 在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應將控制系統(tǒng)的控制方案確定下來，這之后的下一步工作就是確定 PLC 的工程設計選型，確定選型前應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作。確定 PLC 的功能、所需存儲器容量、估算輸入輸出點數(shù)、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統(tǒng)。 一、確定控制方案 PLC 系統(tǒng)設計中的第一步，就是要明確整套設備的相關信息，包括是否需要做閉環(huán)控制，大機的機型特點，所有電機的類型，所有保護性元器件（包括低壓設備、儀器儀表及限位等）的類型，種類，數(shù)量及其與系統(tǒng)的連接方式。然后結合技術規(guī)格書等的要求，確定 PLC系統(tǒng)的 品牌、系列和網(wǎng)絡圖概況，并對 PLC 系統(tǒng)所需要用到的通訊方式和特殊模塊有一個大概的考慮。 二、輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)， I/O 點數(shù)估算時還應考慮適當?shù)挠嗔?，所以?再增加10%～ 20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。 另外 實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 三、存儲器容量的估算 程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小， 存儲器容量是 PLC 本身能提供的硬件存儲單元大小，因此 存儲器容量大于 程序容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此， 設計階段工程師是不知道 程序容量 的 ， 只要等到程序設計完成， 在程序調(diào)試之后 工程師 才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算， 一般情況下估算存儲器容量 替代 程序容量 。 存儲器內(nèi)存容量的估算 不定，許多文獻資料中給出的 公式 也不盡相同 ，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 12 倍 左右 ，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍 左右 ，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)第 1 章 可編 程控制器 PLC 10 （ 16 位為一個字），另外再按估算的這個數(shù) 的 四分之一 考慮余量。 四、 CPU 的選型 選擇 CPU 首先要考慮所需的存儲 器容量，必須確保 CPU 存儲器容量大于所需。其次，對于一些大型設備，在軟件的設計上需要 CPU 有足夠的運算速度和處理能力，比如做防搖系統(tǒng)，這時需要考慮采用雙 CPU 冗余系統(tǒng)。然后，有些 CPU 在通訊接口及支持的通訊方式上有所不同，本著系統(tǒng)經(jīng)濟性和可用性的考慮，選擇已集成本系統(tǒng)需要用到的通訊方式，并且能支持需擴展的通訊方式的 CPU。最后，還需考慮到整機 PLC 系統(tǒng)的網(wǎng)絡布置，確保主站和各個分站能可靠對接。 五、輸入輸出模塊的選擇 在某個項目啟動前， I\O 模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊 ，應考慮高低 電平 信號、 傳輸 信號的 距離、 隔離 信號 之間的影響 等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型， 比如 具有壽命短、 使用電壓范圍廣、 響應時間較長 、價格低、等特點 的繼電器輸出模塊 ；適用于開關頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合 可控硅輸出模塊 ，過載能力較差 ，但價格較貴也是其缺電 。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。 可根據(jù)應用要求，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用成本。 同時還要考慮擴展機架或遠程 I/O 機架的布置等。 六、特殊模塊的選擇 常 用的特殊模塊包括通訊模塊，高速計數(shù)器模塊和模擬量模塊等。 對于通訊模塊，需要考慮以下幾點： 整套系統(tǒng)主站與分站間的通訊方式 PLC 系統(tǒng)與變頻器間的通訊方式 一般不同品牌的 PLC在以上兩點都有其常用的通訊方式，比如，在使用西門子 S7300系列 PLC 時，以上兩點一般采用 Profibus 網(wǎng)絡連接，而對于 AB 的 PLC 和變頻器，以上兩點一般采用 ControlNet網(wǎng)絡連接。 PLC 系統(tǒng)與儀器儀表的通訊方式 現(xiàn)在很多設備都要求檢測儀表具有通訊功能，而常用的檢測儀表一般是串口通訊，所以需要考慮串口設備 接入整套系統(tǒng)的方式方法。 PLC 系統(tǒng)與上位機等的通訊方式 南昌工程學院本科畢業(yè)設計 11 現(xiàn)在，很多設備，特別是大型設備，要求具有無線接收功能，常用的一般是無線以太網(wǎng)，同時，很多設備