【文章內容簡介】 ~40%。在這時期， PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高， PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 國控制類產品市場 PLC的占有率已超過 50% , 而且保持著 10%～ 15% 的發(fā)展速度。 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 現(xiàn)在 , 雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的 DCS 和 FCS 控制系統(tǒng) , PLC 控制也終將會被先進的 FCS 控制所取代 ,但是目前以及今后相當長的一段時間 , PLC 還會與 DCS 和 FCS 共存 ,這主要基于以下原因 :(1) 現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展 ,但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒 重來。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的 PLC 控制系統(tǒng)已經成型 ,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系統(tǒng) ,需要更大的資金投入 ,將造成很大的浪費。 (2) 基于以上市場需求 ,許多軟件廠商 (例如 : 華富惠通軟件公司 ) 正在考慮如何利用企業(yè)已經成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網絡 ,開發(fā)控制系統(tǒng)軟件 ,幫助企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化 ,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網絡的集成。 (3) 目前 , PLC 的功能增強、結構優(yōu)化 , IO 模塊趨向分散化、智能化 ,編程工具和編程語言更具標準化和高級化。 (4) PLC 的聯(lián)網通 信能力增強 , 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。 (5) 現(xiàn)在的 PLC 系統(tǒng)與 DCS 技術、現(xiàn)場總線 IO 技術相結合 ,結構開放、擴展方便、技術先進、價格低廉。由以上分析可以預見 ,未來 PLC 將朝著多功能化、集成化、智能化、標準化、開放化的方向發(fā)展 ,故 PLC 雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn) ,但同時也在吸收它們的優(yōu)點 , 互相融合 ,不斷創(chuàng)新 ,在今后一段時間內將與其它先進控制方式并存 ,共同發(fā)展。 可編程序控制器 PLC 的分類 PLC產品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC的分類 ，通常根據其結構形式的不同、功能的差異和 I/O點數的多少等進行大致分類。 （ 1） 按結構形式分類：根據 PLC的結構形式，可將 PLC分為整體式和模塊式兩類。 德州學院 機電工程系 2020 屆 機械設計 制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計） PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內， 具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型 PLC一般采用這種整體式結構。整體式 PLC由不同 I/O點數的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌扔?CPU、 I/O 接口、與 I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有 I/O和電 源等，沒有 CPU。賦予基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 PLC是將 PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如 CPU模塊、 I/O模塊、電源模塊（有的含在 CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式 PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式 PLC的特點是配置靈活，可根據需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型 PLC一般采用模塊式結構。還有一些 PLC將整體式和 模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。 （ 2） 按功能分類：根據 PLC所具有的功能不同，可將 PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 PLC 具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 PLC 除 具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程 I/O、子程序、通信聯(lián)網等功能。有些還可增設中斷控制、 PID控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC機具有更強的通信聯(lián)網功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 （ 3） 按 I/O點數分類：根據 PLC的 I/O點數的多少，可將 PLC分為小型、中型和大型三類。 PLC—— I/O點數小于 256點；單 CPU、 8位或 16位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下。 2. 中型 PLC—— I/O點數 256～ 2048點；雙 CPU，用戶存儲器容量 2～ 8K。 PLC—— I/O點數 2048 點；多 CPU， 16位、 32位處理器，用戶存儲器容量 8～ 16K . PLC 的系統(tǒng)模塊 PLC系統(tǒng)模塊包括 CPU、 I/O、電源模塊和其他設備組成，各個模塊之間又有不同的構成和結構。 CPU 的構成 德州學院 機電工程系 2020 屆 機械設計 制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計） CPU是 PLC的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC至少有一個 CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程序的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有 關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析 CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 CPU的控制器控制 CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內存容量是 PLC的重要參數，它們決定著 PLC的工作速度， IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊 圖 PLC與電氣回 路的接口，是通過輸入輸出部分（ 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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O分為開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 常用的 I/O分類如下：開關量：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：按信號類型分，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點數確定模塊規(guī)格及數量， I/O模塊可多可少，但其最大數受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 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，有的還為輸入電路提供 24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 底板或機架大多數模塊式 PLC使用 底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 PLC 系統(tǒng)的其它設備 編程設備：編程器是 PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、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)場控制運行。小編程器 PLC一般德州學院 機電工程系 2020 屆 機械設計 制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計） 有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體 式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。 PLC 的系統(tǒng)模塊選擇方法 在 PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。 PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時 間。 相應模塊的估算 工程設計選型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，和求價格比的 PLC和設計相應的控制系統(tǒng)最后選擇有較高性能價估算輸入輸出點數、所需存儲器容量。 ． 1 輸入輸出（ I/O）點數的估算 I/O 點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數，再增加 10%～ 20%的可擴展 余量后，作