【文章內(nèi)容簡介】 式的不同， PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。 （ 1）整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將 PLC 的基本部件，如 CUP 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成 PLC 的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成 PLC 不同的配置。整 體式結(jié)構(gòu)的 PLC 體積小，成本底，安裝方便。 微型和小型 PLC 一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的 S7200 （ 2）模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如 CUP 模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個(gè)模塊功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。 目前大、中型 PLC 都采用這種方式。如西門子的 S7300 和 S7400 系列。 整體式 PLC 每一個(gè) I/O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式 PLC 的硬件組態(tài)方便靈活， I/O 點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式 PLC。 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 PLC 梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是 PLC 梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號和術(shù)語，僅個(gè)別之處有不同。同時(shí)，信號的輸入 /輸出形式及控制功能也基本上是相同的，但是 PLC 的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 （ 1）邏輯 控制 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有 4—— 8 個(gè)對觸點(diǎn)。因此，靈活性和擴(kuò)展性很差。而 PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程技師論文 第 30 頁 共 38 頁 序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。 （ 2）工作方式 電源接通時(shí)，繼電器控制電路中各個(gè)繼電器都同時(shí)處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)該吸合，不該吸合 的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，屬于串行工作方式。 （ 3）可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。 PLC 還配有自監(jiān)和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 （ 4）控制速度 繼 電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率底，觸點(diǎn)的開閉動作一般在幾十 MS 數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。而 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令執(zhí)行時(shí)間在 數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。 （ 5）定時(shí)控制 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來說，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。 PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器發(fā)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響定時(shí)范圍一般 從 到若干天或更長。用戶和根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，然后用軟件來控制定時(shí)時(shí)間。 （ 6）設(shè)計(jì)和施工 使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長而且修改困難。工程越大著一點(diǎn)就越突出。而用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)（包括梯形圖的設(shè)計(jì)）可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。 從以上幾個(gè)方面的比較可知， PLC 在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但是在很小的系統(tǒng)中使用時(shí)，價(jià)格要高于繼電器系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 使用 PLC 可以構(gòu)成多種形式的控制結(jié)構(gòu)，下面介紹幾種常用的 PLC 控制系統(tǒng)。 技師論文 第 30 頁 共 38 頁 單機(jī)控制系統(tǒng) 單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種 PLC 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺 PLC 控制一個(gè)對象，控制系統(tǒng)要求的 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲器容量都比較小，沒有 PLC 的通訊問題，采樣條件和執(zhí)行結(jié)構(gòu)都比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單明了。 如圖 5 所示是一個(gè)簡單的單機(jī)控制系統(tǒng)，圖中 PLC 可以選用任何一種類型。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般 較明確， I/O 點(diǎn)數(shù)、存儲器容量等參數(shù)的余量適中即可等參數(shù)的余量適中即可。 圖 5 簡單的單機(jī)控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強(qiáng)大的 PLC 監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備，形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中，各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)，連鎖關(guān)系、運(yùn)行順序等統(tǒng)一由中央 PLC 來完成，如圖 6 示 顯然，集中控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的多。但是當(dāng)其中一個(gè)控制對象的控制程序需 要改變時(shí)，必須停止運(yùn)行中央 PLC，其他的控制對象也必須停止運(yùn)行。當(dāng)各個(gè)控制對象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時(shí)，需要大量 的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時(shí)，必須注意選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲器容量時(shí)要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對象的要求。 P L C 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C P L C 控 制 對 象 技師論文 第 30 頁 共 38 頁 圖 6 集中控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖 7 所示，每一個(gè)控制對象設(shè)置一臺 PLC，各臺 PLC 可以通過信號傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或者由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通訊。 分散控制系統(tǒng)常用于多臺機(jī)械生產(chǎn)線 的控制，各個(gè)生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個(gè)控制對象都由自己的 PLC 進(jìn)行控制，當(dāng)其中一個(gè) PLC 停止運(yùn)行時(shí)不需要停止運(yùn)行其他的 PLC。 隨著 PLC 性能的不斷提高，由 PLC 擔(dān)當(dāng)?shù)蛯涌刂迫蝿?wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接， PLC 與過程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。 與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大大加強(qiáng)。具有相同 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺或幾臺 PLC，導(dǎo)致價(jià)格偏高，但是從維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對象等方面來看，其靈活性要大的多，總的成本核算是合理的。 圖 7 分散控制系統(tǒng) PLC 網(wǎng)絡(luò)及特點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)概述 分散控制系統(tǒng)的控制思想就是集中操作、分散操作。一個(gè)實(shí)際的工業(yè)控制過程中是比較復(fù)雜的，一個(gè)控制過程可能由多個(gè)控制任務(wù)完成。這些控制任務(wù)既有獨(dú)立性，有與其他任務(wù)有聯(lián)系，而這些相對獨(dú)立的任務(wù)需要構(gòu)成一個(gè)整體。當(dāng)控制系統(tǒng)達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，分散控制系統(tǒng)解決方案并不理想，因此許多廠家開發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。雖然現(xiàn)在對網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等問題還沒有同意的標(biāo)準(zhǔn)，但是很顯然，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)比分散控制系統(tǒng)更能準(zhǔn)確的描述現(xiàn)實(shí)控制系統(tǒng)，并 且控制、改變更加靈活，組態(tài)也更容易，能夠?qū)崿F(xiàn)管控一體化的控制思想。 上機(jī)位 PLC A PLC B PLC C 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 技師論文 第 30 頁 共 38 頁 網(wǎng)絡(luò)工廠 隨著低層控制單元 PLC 價(jià)格的減低、技術(shù)的成熟，以及各種行業(yè)的 I/O 標(biāo)準(zhǔn)化，必然會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)工廠的實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。在工廠里，每臺設(shè)備都帶有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，可以隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)，而每臺設(shè)備都處于網(wǎng)絡(luò)的不同層次中，各個(gè)操作控制點(diǎn)可根據(jù)不同組態(tài)時(shí)分配給它的功能發(fā)揮不同的作用。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1）對大、中、小控制任務(wù)都具有適應(yīng)性； （ 2）與現(xiàn)存系統(tǒng)有可連接性； （ 3）保證系統(tǒng)有長期的使用價(jià)值。 網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng) PLC 的影響 PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展，使 PLC 的應(yīng)用更加廣泛。許多 PLC 產(chǎn)品都在 PLC 上加上了具有網(wǎng)絡(luò)功能的硬件和軟件，因此，組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)非常方便。 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對任何一個(gè)站的操作都和使用同 PLC 一樣方便，并且在網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)站都可以對其他站的元件及數(shù)據(jù)乃至程序進(jìn)行操作。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在輔助繼電器（位）、數(shù)據(jù)繼電器（字）專門開辟一個(gè)地址范圍，將其分配個(gè)各臺PLC，使得臺 PLC 可以寫其中一些元件而其他所有的站都可以讀這些元件，然后再由這些元件去驅(qū)動其本身的軟件，以達(dá)到通訊的目的。 各站主機(jī)之間元件狀態(tài)信息的交換是由 PLC 系統(tǒng)自己去完成的，不需要用戶管理，這是現(xiàn)在比較通用的設(shè)計(jì)思想。由于各個(gè) PLC 廠家各自開發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，采用自己的通行協(xié)議和接口，設(shè)備的不兼容想限制的 PLC 的進(jìn)一步發(fā)展，為此美國通用汽車公司編制了一個(gè)工廠自動化協(xié)議（ MAP）。希望各個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備能用一種同意的語言標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通訊。 MAP 的體系結(jié)構(gòu)是以估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）推薦的開發(fā)系統(tǒng)互連（ OSI）參考模型為基礎(chǔ)，對參考模型的每一層都列出了合適于工業(yè)應(yīng)用的特定標(biāo)準(zhǔn)。 訪問控制技術(shù) 最常用的訪問控制技 術(shù)有：查詢、沖突檢測和令牌傳遞。一般查詢和令牌傳遞沒有沖突檢測的速率高，但是可靠性好，最大延遲時(shí)間可以控制，控制網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常采用這種控制技術(shù)；沖突檢測通訊效率較高，速度較快，但各個(gè)站點(diǎn)通訊機(jī)會不均，在商務(wù)網(wǎng)絡(luò)中使用較多。 技師論文 第 30 頁 共 38 頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí) PLC 的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對于設(shè)計(jì)一個(gè)較大的 PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設(shè)計(jì)步驟來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。但是 PLC 還是有最適合它的應(yīng)用 場合，所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設(shè)備來完成該任務(wù)最合適。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開關(guān)量，而且對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)控制計(jì)算機(jī)（ IPC）作為主控器 控制對象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC 控制來完成。 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后。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 以及外設(shè)。 對第一個(gè)問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量 I/O 模擬量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。 I/O 點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(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)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，這一組的輸出只能有一個(gè)電源的種類和等級。 對于第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （ 1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但是對于某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。如對 PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的 PLC 品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （ 2）價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價(jià)必須是需要考慮的。 （ 3）個(gè)人喜好 方面 有些工程技術(shù)人員對某種品牌的 PLC 熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。 技師論文 第 30 頁 共 38 頁 分 析 評 估 控 制 任 務(wù)P L C 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 圖 和 控 制 柜滿 足 要 求檢 查 硬 件 接 線連 機(jī) 調(diào) 試滿 足 要 求編 制 技 術(shù) 文 件現(xiàn) 場 安 裝 調(diào) 試交 付 使 用NYNNY 圖 8 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 輸入 /輸出信號在 PLC 接線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)。對軟件設(shè)計(jì)來說， I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對