【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ~40%。在這時(shí)期， PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。 國(guó)控制類產(chǎn)品市場(chǎng) PLC的占有率已超過(guò) 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(huì)被先進(jìn)的 FCS 控制所取代 ,但是目前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間 , PLC 還會(huì)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(dòng)化、信息化、開(kāi)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(lái)。企業(yè)投入大量的人力和財(cái)力建立起來(lái)的 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)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(fèi)。 (2) 基于以上市場(chǎng)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(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級(jí)網(wǎng)絡(luò) ,開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)軟件 ,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化、信息化 ,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。 (3) 目前 , PLC 的功能增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化 , IO 模塊趨向分散化、智能化 ,編程工具和編程語(yǔ)言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化。 (4) PLC 的聯(lián)網(wǎng)通 信能力增強(qiáng) , 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開(kāi)放式的通信發(fā)展。 (5) 現(xiàn)在的 PLC 系統(tǒng)與 DCS 技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線 IO 技術(shù)相結(jié)合 ,結(jié)構(gòu)開(kāi)放、擴(kuò)展方便、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉。由以上分析可以預(yù)見(jiàn) ,未來(lái) PLC 將朝著多功能化、集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化的方向發(fā)展 ,故 PLC 雖然面臨其它自動(dòng)化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn) ,但同時(shí)也在吸收它們的優(yōu)點(diǎn) , 互相融合 ,不斷創(chuàng)新 ,在今后一段時(shí)間內(nèi)將與其它先進(jìn)控制方式并存 ,共同發(fā)展。 可編程序控制器 PLC 的分類 PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì) PLC的分類 ，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。 （ 1） 按結(jié)構(gòu)形式分類：根據(jù) PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC分為整體式和模塊式兩類。 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2020 屆 機(jī)械設(shè)計(jì) 制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型 PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC由不同 I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O 接口、與 I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或 EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O和電 源等，沒(méi)有 CPU。賦予基本單元和擴(kuò)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(kuò)展。 PLC是將 PLC各組成部分，分別作成若干個(gè)單獨(dú)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(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型 PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些 PLC將整體式和 模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)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(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)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(jù) 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(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、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(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)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(jī)控制系統(tǒng)。 PLC 除 具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、 PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 （ 3） 按 I/O點(diǎn)數(shù)分類：根據(jù) PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC分為小型、中型和大型三類。 PLC—— I/O點(diǎn)數(shù)小于 256點(diǎn)；單 CPU、 8位或 16位處理器、用戶存儲(chǔ)器容量 4K 字以下。 2. 中型 PLC—— I/O點(diǎn)數(shù) 256～ 2048點(diǎn)；雙 CPU，用戶存儲(chǔ)器容量 2～ 8K。 PLC—— I/O點(diǎn)數(shù) 2048 點(diǎn)；多 CPU， 16位、 32位處理器，用戶存儲(chǔ)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(shè)備組成，各個(gè)模塊之間又有不同的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)。 CPU 的構(gòu)成 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2020 屆 機(jī)械設(shè)計(jì) 制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） CPU是 PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC至少有一個(gè) CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程序的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有 關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析 CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)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(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC的重要參數(shù)，它們決定著 PLC的工作速度， IO數(shù)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(guò)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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(hào)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(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)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(shí)，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(jī)架大多數(shù)模塊式 PLC使用 底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)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(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器 PLC一般德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2020 屆 機(jī)械設(shè)計(jì) 制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)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(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 PLC 的系統(tǒng)模塊選擇方法 在 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。 PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí) 間。 相應(yīng)模塊的估算 工程設(shè)計(jì)選型應(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，和求價(jià)格比的 PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)最后選擇有較高性能價(jià)估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量。 ． 1 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴(kuò)展 余量后，作