【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 a 高可靠性 (1) 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 (2) 各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms。 (3) 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 (4) 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 (5) 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 (6) 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 15 頁(yè) (7) 大型 PLC還可以采用由雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 b 豐富的 I/O 接口模塊 (1) PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。 (2) 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕 。行程開(kāi)關(guān) 。接近開(kāi)關(guān) 。傳感器及變送器 。電磁線(xiàn)圈 。控制閥 。 (3) 直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊 。 為 了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 c 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合 。 d 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線(xiàn)路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 e 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC 的分 類(lèi) A 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 16 頁(yè) 湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 B 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256～ 1024 點(diǎn)之間。I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶(hù)程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模 塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 C 大型 PLC 一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀(guān)點(diǎn)說(shuō)法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)， PLC 各廠(chǎng)家均有采用。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程 (特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng) )來(lái)講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開(kāi)放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來(lái)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深 入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用性等具體問(wèn)題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 由于各 PLC 廠(chǎng)家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶(hù)要求不 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 17 頁(yè) 同，近年來(lái) IEC 制訂了基于 Windows 的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) IEC611313(1993 年IEC 頒布可編程序控制器的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC1131)，它規(guī)定了指令表 (IL)、梯形圖 (LD)、順序功能圖 (SFC)、功能塊圖 (FBD)、結(jié)構(gòu)化文本 (ST)五種編程語(yǔ)言。這包括了文本化編程 (IL、 ST)和圖形編程 (LD、 FBD)兩 個(gè)方面，而SFC 則在兩類(lèi)編程語(yǔ)言中均可使用 。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟及內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)較大的 PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮許多因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，一般都要按圖 所示的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行系統(tǒng)設(shè) 計(jì)。 分析評(píng)估及控制任務(wù) 隨著 PLC 功能的不斷提高和完善， PLC 幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)。但 PLC 還是有它最適合的應(yīng)用場(chǎng)合，所以在接到一個(gè)控制任務(wù)后，要分析被控對(duì)象的控制過(guò)程和要求，看看用什么控制裝備（ PLC、單片機(jī)、 DCS 或 IPC）來(lái)完成該任務(wù)最合適。比如儀器及儀表裝置、家電的控制就 要用單片機(jī)來(lái)做；大型的過(guò)程控制系統(tǒng)大部分要用 DCS 來(lái)完成。而PLC 最適合的控制對(duì)象是：工業(yè)環(huán)境較差，而對(duì)安全性、可靠性要求較高，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入 /輸出以開(kāi)關(guān)量為主的工業(yè)控制系統(tǒng)或裝置。其實(shí)，現(xiàn)在的可編程控制器不僅處理開(kāi)關(guān)量，而且對(duì)模擬量的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況下，也可以取代工業(yè)控制機(jī)（ IPC）作為主控制器，來(lái)完成復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)?？刂茖?duì)象及控制裝置（選定為 PLC）確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。一般來(lái)說(shuō)，能夠反映生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，能用傳感器進(jìn)行直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由 PLC 完成。另外，如緊急停車(chē)等環(huán)節(jié)，對(duì)主要控制對(duì)象還要加上手動(dòng)控制功能，這就要在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)原理圖與編程時(shí)統(tǒng)一考慮。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 18 頁(yè) 圖 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 分析評(píng)估控任務(wù)制任務(wù) PLC 機(jī)選型， I/O 設(shè)備選擇 I/O 地址分配 程序設(shè)計(jì) 電氣系統(tǒng)安裝 檢查修改程序 調(diào)試程序 設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)接線(xiàn)圖和控制柜 滿(mǎn)足要求 ? 檢查硬件接線(xiàn) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 編制技術(shù)文件 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試 交付使用 滿(mǎn)足要求 ? N N N Y Y 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 19 頁(yè) PLC 的選擇 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后，選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。 對(duì)一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)都找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量 I/O 以及這 些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)主要指它們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類(lèi)型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的PLC 的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類(lèi)和等級(jí)。所以一旦它們是交流 220V 的負(fù)載使用，則直流 24V 的負(fù)載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出電數(shù)的浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等和種類(lèi)的負(fù) 載，比如使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的 PLC 使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，如運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的高速輸出的情況，如運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的高速脈沖輸出，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的 PLC 了。知道這些以后，就可以定下選用多少點(diǎn)和 I/O 是什么類(lèi)型的PLC 了。 PLC 主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。如模擬量單元、顯示設(shè)定單元、位置控制單元或熱電偶單元等。 A PLC 的機(jī)型選擇 a 合理的結(jié)構(gòu)型式 整體式 PLC 一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 一般用 于較復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場(chǎng)合。 b 安裝方式的選擇 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I/O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低。大型系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 20 頁(yè) 統(tǒng)因?yàn)樗鼈兊难b置分布范圍廣，經(jīng)常采用遠(yuǎn)程 I/O 式。多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合。 c 相當(dāng)?shù)墓δ芤? d 響應(yīng)速度的要求 PLC 的掃描工作方式引起的延遲可達(dá) 2~3 個(gè)掃描周期。然而對(duì)于某些個(gè)別場(chǎng)合，選用具有高速度 I/O 處理功能指令的 PLC 和中斷輸入模塊的PLC 等。 e 系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般 PLC 的可靠性均能滿(mǎn)足，對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用 冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 f 機(jī)型統(tǒng)一 B PLC 的容量選擇 a I/O 點(diǎn)數(shù) 應(yīng)該合理選用 PLC 的 I/O 點(diǎn)的數(shù)量，在滿(mǎn)足控制要求的前提下力爭(zhēng)適用的 I/O 點(diǎn)最少，但必須留有一定的備用量（ 10%~15%）。 b 用戶(hù)存儲(chǔ)容量 C I/O 模塊的選擇 a 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇 (1)輸入信號(hào)的類(lèi)型及電壓等級(jí)的選擇 常用的開(kāi)關(guān)量輸入模塊的信號(hào)類(lèi)型有三種：直流輸入、交流輸入和交流 /直流輸入。 (2)輸入接線(xiàn)方式選擇 按輸入電路接線(xiàn)方式的不同，開(kāi)關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種。 b 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 21 頁(yè) (1)輸出方式的選擇 開(kāi)關(guān)量輸出模塊有三中輸出方式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。 (2)輸出接線(xiàn)方式的選擇 PLC 的輸出接線(xiàn)方式不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。 (3)輸出電流的選擇 D 電源模塊及其它外設(shè)的選擇 a 電源模塊的選擇 b 編程器的選擇 I/O 地址分配 輸入 /輸出信號(hào)在 PLC 接線(xiàn)端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)， I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及 PLC 外圍接線(xiàn)來(lái)說(shuō)，只有 I/O 地址確定以后，才可以繪制電氣接線(xiàn)圖、裝配圖，讓裝 配人員根據(jù)線(xiàn)路圖和安裝圖安裝控制柜。分配輸出點(diǎn)地址時(shí)，要注意上面所說(shuō)的負(fù)載類(lèi)型的問(wèn)題。 在進(jìn)行 I/O 地址分配時(shí)最好把 I/O 點(diǎn)的名稱(chēng)、代碼和地址以表格的形式列寫(xiě)出來(lái)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括PLC 及外圍線(xiàn)路圖的設(shè)計(jì)、電氣線(xiàn)路的設(shè)計(jì)和抗干擾措施的設(shè)計(jì)等。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要指編制 PLC 控制程序 選定 PLC 及其擴(kuò)展模塊（如需要的話(huà)）和分配完 I/O 地址后，硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是電氣控制系統(tǒng)原理土的設(shè)計(jì)，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設(shè)計(jì)。電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主 電路和控制電路?？刂齐娐分邪?PLC 的 I/O 接線(xiàn)和自動(dòng)部分、手動(dòng)部分的詳細(xì)連接等，有時(shí)還要在電氣原理圖中標(biāo)上器件代號(hào)或另外配上安裝圖、端子接線(xiàn)圖等，以方便控制柜的安裝。電氣元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 83 頁(yè) 第 22 頁(yè) 保護(hù)電器、接觸器、指示燈和電磁閥等。 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難易程度因控制任務(wù)而異，也因人而異。對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)工作中，受到過(guò)各種各樣的磨練，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，除了一般的編程方法外，更有自己的編程技巧和方法。但不管怎么說(shuō)，平時(shí)多注意積累和總結(jié)是很重要的。 在程序設(shè)計(jì)時(shí)，除 I/O 地址列表外，有時(shí)還要把在程序中用到的中間繼電器（ M）、定時(shí)器（ T）、計(jì)數(shù)器（ C）和存儲(chǔ)單元（ V）以及它們的作用或功能列寫(xiě)出來(lái)，以便編寫(xiě)程序和閱讀程序。 在編程語(yǔ)言的選擇上，用梯形圖編程還是用語(yǔ)句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點(diǎn)： A 有些 PLC 使用梯形圖編程不是很方便（例如書(shū)寫(xiě)不方便），則可用語(yǔ)句表編程，但梯形圖總比語(yǔ)句表直觀(guān)。