【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的硬件主要由存儲(chǔ)器、通信接口、 CPU、輸出 /輸入單元、擴(kuò)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?jiǎng)t是 CPU 與現(xiàn)場(chǎng)輸入 /輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口 的主要用途是連接 上位計(jì)算機(jī) 、編程器 等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖 13。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 13 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 為用戶提供了完善的編程語(yǔ)言來(lái)滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語(yǔ)言通常有以下 5種：語(yǔ)句表（ STL）、梯形圖（ LAD）、功能塊圖（ FBD）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）和順序功能圖（ SFC）、。 PLC 的特點(diǎn) （ 1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境往往十分惡劣，高溫，沖擊，粉塵，潮濕，振動(dòng)和強(qiáng)電磁干擾等，單片機(jī)作為控制中心 時(shí) ，為了能夠抵御以上 惡劣 環(huán)境，需要建設(shè)大量外部電路，即便如此，往往也無(wú)法達(dá)到控制要求， PLC 作為專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的 ，其內(nèi)部已設(shè)計(jì)建設(shè)了大量抗干擾的電路這樣使 PLC 接收，輸出的信號(hào)控制變得更加穩(wěn)定 ，能夠很容易的適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。 （ 2）功能性強(qiáng) PLC 是由微電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù) 綜合而成，除了具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能之外，還具有經(jīng)行各種算數(shù)運(yùn)算、 PID 調(diào)節(jié)、過(guò)程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)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(fù)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(shè)計(jì)大多采用的類似于繼電器控制線路的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖主要是人們熟悉的常開(kāi) /常閉觸點(diǎn)，線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器符號(hào)等組成。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，只要具備電氣控制方面的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，很容易為一般的工程控制技術(shù)人員所理解掌握。 （ 4）安裝簡(jiǎn)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(yùn)行，使用時(shí)只需根據(jù)控制要求編寫(xiě)程序，將各種現(xiàn)場(chǎng)的 I/O 設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，系統(tǒng)便可以使用。同時(shí)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(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)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(jié)構(gòu)， PLC 中的 CPU、直流電源、 I/O模塊等都采用模塊化 設(shè)計(jì)，由機(jī)架導(dǎo)軌，電纜連接起來(lái)。 （ 6）接口模塊豐富 PLC 除了具有 CPU 和存儲(chǔ)器之外，還有很多的 I/O 接口模塊。對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的不同信號(hào)（直交流，開(kāi)關(guān)量和模塊量、電壓和電流、脈 沖或電位，強(qiáng)電或弱電等） （ 7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短 用 PLC經(jīng)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，用程序代替繼電器硬件繼電器硬線接線，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)經(jīng)行，縮短了施工周期。 PLC 的主要功能 （ 1）計(jì)數(shù)控制 PLC 具有計(jì)數(shù)功能，可為用戶提供數(shù)十個(gè)到數(shù)千個(gè)定時(shí)器。 （ 2）邏輯開(kāi)關(guān)控制 這是 PLC 最基本的功能，也是最廣泛的應(yīng)用。 （ 3）步進(jìn)控制 PLC 具有步進(jìn)（順序）控制功能。 （ 4）定時(shí)控制 PLC 具有定時(shí)功能，可為用戶提供數(shù)十個(gè)到數(shù)千個(gè)定時(shí)器。 （ 5）數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)據(jù)處理 能力，可進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)位移、數(shù)據(jù)顯示等功能 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 （ 6）模擬量處理與 PID 控制 PLC 具有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)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(chǎng)總線等通信接口，可經(jīng)行遠(yuǎn)程 I/O控制，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái) 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(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)將控制系統(tǒng)的控制方案確定下來(lái)，這之后的下一步工作就是確定 PLC 的工程設(shè)計(jì)選型，確定選型前應(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動(dòng)作。確定 PLC 的功能、所需存儲(chǔ)器容量、估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 一、確定控制方案 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的第一步，就是要明確整套設(shè)備的相關(guān)信息，包括是否需要做閉環(huán)控制，大機(jī)的機(jī)型特點(diǎn)，所有電機(jī)的類型，所有保護(hù)性元器件（包括低壓設(shè)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(jié)合技術(shù)規(guī)格書(shū)等的要求，確定 PLC系統(tǒng)的 品牌、系列和網(wǎng)絡(luò)圖概況，并對(duì) PLC 系統(tǒng)所需要用到的通訊方式和特殊模塊有一個(gè)大概的考慮。 二、輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)， I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)還應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚砸?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)。 另外 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。 三、存儲(chǔ)器容量的估算 程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小， 存儲(chǔ)器容量是 PLC 本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，因此 存儲(chǔ)器容量大于 程序容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此， 設(shè)計(jì)階段工程師是不知道 程序容量 的 ， 只要等到程序設(shè)計(jì)完成， 在程序調(diào)試之后 工程師 才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算， 一般情況下估算存儲(chǔ)器容量 替代 程序容量 。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算 不定，許多文獻(xiàn)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(diǎn)數(shù)的 12 倍 左右 ，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍 左右 ，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)第 1 章 可編 程控制器 PLC 10 （ 16 位為一個(gè)字），另外再按估算的這個(gè)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(chǔ) 器容量，必須確保 CPU 存儲(chǔ)器容量大于所需。其次，對(duì)于一些大型設(shè)備，在軟件的設(shè)計(jì)上需要 CPU 有足夠的運(yùn)算速度和處理能力，比如做防搖系統(tǒng)，這時(shí)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(jì)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(kuò)展的通訊方式的 CPU。最后，還需考慮到整機(jī) PLC 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布置，確保主站和各個(gè)分站能可靠對(duì)接。 五、輸入輸出模塊的選擇 在某個(gè)項(xiàng)目啟動(dòng)前， I\O 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)考慮高低 電平 信號(hào)、 傳輸 信號(hào)的 距離、 隔離 信號(hào) 之間的影響 等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)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(yīng)時(shí)間較長(zhǎng) 、價(jià)格低、等特點(diǎn) 的繼電器輸出模塊 ；適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合 可控硅輸出模塊 ，過(guò)載能力較差 ，但價(jià)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(yīng)用要求應(yīng)一致。 可根據(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。 同時(shí)還要考慮擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/O 機(jī)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(jì)數(shù)器模塊和模擬量模塊等。 對(duì)于通訊模塊，需要考慮以下幾點(diǎn)： 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(diǎn)都有其常用的通訊方式，比如，在使用西門子 S7300系列 PLC 時(shí)，以上兩點(diǎn)一般采用 Profibus 網(wǎng)絡(luò)連接，而對(duì)于 AB 的 PLC 和變頻器，以上兩點(diǎn)一般采用 ControlNet網(wǎng)絡(luò)連接。 PLC 系統(tǒng)與儀器儀表的通訊方式 現(xiàn)在很多設(shè)備都要求檢測(cè)儀表具有通訊功能，而常用的檢測(cè)儀表一般是串口通訊，所以需要考慮串口設(shè)備 接入整套系統(tǒng)的方式方法。 PLC 系統(tǒng)與上位機(jī)等的通訊方式 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 現(xiàn)在，很多設(shè)備，特別是大型設(shè)備，要求具有無(wú)線接收功能，常用的一般是無(wú)線以太網(wǎng)，同時(shí)，很多設(shè)備