【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC APLC A上位機(jī) 圖 34 分散控制系統(tǒng) 17 分散控制系統(tǒng)多用于多臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各生產(chǎn)線間有數(shù)據(jù)連接。由于各控制對(duì)象都由自己的 PLC 控制，當(dāng)某一臺(tái) PLC 停運(yùn)時(shí)，不需要停運(yùn)其它的 PLC。 與集中控制系統(tǒng)具有相同 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，雖然分散控制系統(tǒng)多用了一臺(tái)或幾臺(tái) PLC， 導(dǎo)致價(jià)格偏高，但從維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對(duì)象等方面看，其靈活性要大得多。 4 遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng) 遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)就是 I/O 模塊不是與 PLC 放在一起，而是遠(yuǎn)距離放在被控設(shè)備附近。遠(yuǎn)程 I/O 通道與 PLC 之間通過(guò)同軸電纜連接傳遞信息。由于不同廠家的不同型號(hào)的 PLC 所能驅(qū)動(dòng)的同軸電纜長(zhǎng)路是不同的，選擇時(shí)必須按控制系統(tǒng)的需要選用。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，某種型號(hào)的 PLC 雖然滿足所需的功能和要求，但僅由于能驅(qū)動(dòng)同軸電纜的長(zhǎng)度的限制而不得不改用其它型號(hào)的PLC。 圖 35 所示是遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)的構(gòu)成，其中使用 3 個(gè)遠(yuǎn)程 I/O 通道 （ A、B、 C）和一個(gè)本地 I/O 通道（ M）。 遠(yuǎn)程I/O 通 道本地 I/ O 通 道控制 對(duì) 象 C控制 對(duì) 象 A控制 對(duì) 象 B控制 對(duì) 象 CPLC 圖 35 遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng) 如前所示，遠(yuǎn)程 I/O 通道是用于控制對(duì)象原理集中控制室的場(chǎng)合。一個(gè)控制系統(tǒng)需設(shè)置多少個(gè)遠(yuǎn)程 I/O 通道（站），要視控制對(duì)象的分散程度和距離而定，同時(shí)亦受所選 PLC 能驅(qū)動(dòng) I/O 通道數(shù)的限制。 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò) 18 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） 最大限度地滿足被控制對(duì)象的控制要求。 2） 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。 3） 保證控制系統(tǒng)得安全、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。 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出、設(shè)備連接而成的。因此， PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括： 1）選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等元件）以及由于輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥 等）。這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其它有關(guān)書籍中已有介紹。 2） PLC 的選擇。 PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)得技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。 選擇 PLC，應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 3）分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連接圖。 4）設(shè)計(jì)控制程序。包括控制梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）或控制系統(tǒng)流程圖。 5）必要時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制臺(tái)（柜）。 6）編制控制系統(tǒng)得技術(shù)文件，包括說(shuō)明書、電器圖及電器元件明細(xì)表等。 可編程控 制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 1 設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)得一般設(shè)計(jì)步驟 （見(jiàn)圖 36） 1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必須的保護(hù)和連鎖等）、操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)，連續(xù)、單周期、單步等）。 2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備。據(jù)此確定 I/O 點(diǎn)數(shù)。 19 3）選擇 PLC 機(jī)型。如果需要網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，還需選擇網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的類型。 4）給所需要的 PLC I/O 點(diǎn)各分配一個(gè)確定的、在允許范圍內(nèi)的地址編號(hào)。設(shè)計(jì) I/O 連接圖。 5）進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工 。 在設(shè)計(jì)繼電接觸器控制系統(tǒng)時(shí)，必須在控制線路設(shè)計(jì)完后，才能進(jìn)行控制臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工?？梢?jiàn)，采用 PLC 控制，可以使整個(gè)工程設(shè)計(jì)的周期縮短 。 2 PLC 程序設(shè)計(jì)的步驟 1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，也可省去這一步。 2）涉及梯形圖。根據(jù)流程圖，將整個(gè)控制系統(tǒng)分成若干個(gè)基本功能塊，然后逐個(gè)設(shè)計(jì)基本功能塊的梯形圖，最后，把各個(gè)梯形圖按順序組合起來(lái)。 3）根據(jù)梯形圖編制程序清單（語(yǔ)句表）。 4）用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶存儲(chǔ)器中，并 檢查鍵入的程序是否正確。 5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 6）待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行連接調(diào)試。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。 7）編制技術(shù)文件。 8）交付使用。 20 否是否否是工藝過(guò)程交付使用編制技術(shù)文件滿足要求聯(lián)機(jī)調(diào)試修改現(xiàn)場(chǎng)連線設(shè)計(jì)控制臺(tái)滿足要求調(diào)試輸入程序并檢查編制程序清單設(shè)計(jì)梯形圖設(shè)計(jì)流程圖控制臺(tái)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工PLC程 序設(shè)計(jì) 分 配I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)I/O連 接圖選擇PLC確定用戶I/O設(shè) 備分析控制要求 圖 36 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 21 可編程控制器的選擇 隨著 PLC 的推廣普及， PLC 產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。 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(chǎng) 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)得技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。 選擇恰當(dāng)?shù)?PLC 區(qū)控制一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)過(guò)程時(shí)，不僅應(yīng)考慮應(yīng)用系統(tǒng)目前的需要，還要考慮到那些包含于工廠未來(lái)目標(biāo)的需要。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)充需要也許只要再安裝一個(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(lái)將單個(gè)控制器集成為一個(gè)廠級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)。 1 機(jī)型的選擇 機(jī)型選擇的基本原則應(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)考慮一下幾方面： （ 1）結(jié)構(gòu)合理 對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較好）的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu) PLC；其它情況則選用模塊式結(jié)構(gòu) PLC。 （ 2）功能相當(dāng) 對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無(wú)需考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。 根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象， PLC 的功能選擇有下面積中情況。 1） 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(chǎng)合：替代傳統(tǒng)使用的繼電器，完成條件控制和時(shí)序控制要求。 2） 數(shù)學(xué)運(yùn)算 功能要求：四則數(shù)學(xué)運(yùn)算 、開(kāi)放、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(chǎng)合：設(shè)定值控制、流量計(jì)算、 PID 調(diào)解、定位控制和工程量單位換算。 3） 數(shù)據(jù)傳送 功能要求：存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)表的相互傳遞等。 應(yīng)用場(chǎng)合：數(shù)據(jù)庫(kù)的生成、信息管理、 BATCH 控制、診斷和材料處理等。 4） 矩陣功能 功能要求：邏輯與、邏輯或、異或、比較、置位、位移和變反等。 22 應(yīng)用場(chǎng)合：這些功能是按“位”操作，一般用于設(shè)備診斷、狀態(tài)控制、分類和報(bào)警處理等。 5） 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、 PLD 調(diào)解等。 通 信功能：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。 可選模塊：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。 6）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。 7）串行接口（ RS232 C）：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。 （ 4）是否在線編程 PLC 的特點(diǎn)之一是適用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。 PLC 的編程分成離線編程和在線編程兩種。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(kāi)關(guān)或按鍵，選擇編程狀態(tài)時(shí)， CPU 將失去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，只為編程器服務(wù)，這就是所謂的“離線”編程。 2 輸入 /輸出的選擇 PLC 是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工藝生產(chǎn)過(guò)程，他的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。他與工 業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò) I/O 接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 通過(guò) I/O 接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的信息。同時(shí)控制器又是通過(guò) 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(guò)程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。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(kāi)關(guān)量輸入模塊，開(kāi)關(guān)量輸出模塊，模擬兩輸入模塊，模擬量輸出模塊，可以根據(jù)他們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇使用。 （ 1）確定 I/O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)要求，確定所需要的 I/O 點(diǎn)數(shù)，再增加 10%—— 20%的設(shè)備用量，以便隨時(shí) 增加控制功能。 （ 2） 開(kāi)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(kāi)關(guān)及 23 控制設(shè)備接收信號(hào)。典型的輸入輸出信號(hào)為 24 ~ 240V，滯留輸入輸出信號(hào)為 5~240V。 （ 3） 模擬量輸入 /輸出 模擬量輸入輸出接口是用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的。這些接口測(cè)量流量、溫度、和壓力等數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口兩成為 10~+10V、 0~+10V、 4~20mA 或 10~50mA。 （ 4） 特殊功能輸入 /輸出 在選擇一臺(tái) PLC 時(shí)，用戶可能需要一些特殊類型的切不能用便準(zhǔn) I/O 實(shí)現(xiàn) I/O 限制的情況。 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小控制作用的模塊，靈便模塊和特殊接口模塊，都應(yīng)考慮使用。 （ 5） 智能式輸入 /輸出 3 電源選擇 電源模塊的選擇一般只需要考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理模塊、 I/O 模塊、專用模塊等消耗電流的總合。一下屬步驟作為選型的一般規(guī)則： 1） 確定電源的輸入電壓。 2） 確定框架中每塊 I/O 模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出 I/O 模塊所需總背板電流值。 3） I/O 模塊所需的總背板電流值在加上： ① 框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流。 ② 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。 4） 如果框架中留有空槽用作將來(lái)擴(kuò)展時(shí)： ① 列出將來(lái)要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流。 ② 將所需擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟 3)中的計(jì)算值相加。 5） 確定框架中是否有用于電源的空槽，或者將電源撞到框架外面。 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。 4 存儲(chǔ)器類型及容量的選擇 存儲(chǔ)器容量的選擇一般有兩種選擇方法： （ 1）根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算 這種方法可精確的計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)際使用容量，缺點(diǎn)是要編完程序 才能進(jìn)行計(jì)算。 （ 2）估計(jì)法 用戶可以根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按下面給出的公式進(jìn)行計(jì)算。 24 控制目的 公式 代替繼電器 ? ? ? ?? ?DODIKM m ???? 510 模擬量控制 ? ? ? ? ? ?? ?AIDODIKM m ?????? 1 0 0510 多路采樣 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? 0 0510 ????????? 采樣點(diǎn)AIDODIKM m 式中， DI 為數(shù)字量輸入信號(hào) 。DO 為數(shù)字量輸出信號(hào)； mK 為每個(gè)接點(diǎn)所占存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)， M 為存儲(chǔ)器容量。 5 軟件選擇 在系 統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用戶常面臨 PLC 的編程問(wèn)題，因?yàn)檫@是非常重要的。用戶應(yīng)當(dāng)對(duì)選擇的產(chǎn)品軟件功能有一定了解。一般一個(gè)系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，也有應(yīng)用系統(tǒng)需要控制硬件不見(jiàn)以外的軟件功能。 指令集的選擇將決定實(shí)現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度?？捎玫闹噶罴瘜⒅苯佑绊憣?shí)現(xiàn)控制程序所需的時(shí)間和程序執(zhí)行時(shí)間。 6 支撐技術(shù)條件的考慮 選擇 PLC 時(shí)，又無(wú)支撐技術(shù)同樣是重要的選擇依據(jù)。支撐技術(shù)條件包括下列內(nèi)容： （ 1） 編程手段 （ 2） 程序文本處理 （ 3） 程序儲(chǔ)存方式 （ 4） 通信軟件包 7 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性 由于 PLC 是直接用于工業(yè) 控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠的工作。盡管如此，美中 PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，在選擇時(shí)特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要給與充分考慮。 PLC 控制 設(shè)計(jì)選型與設(shè)計(jì) 根據(jù)以上介紹的選擇原則，我選用的是蘇州電子計(jì)