【正文】 選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面： ① 輸出方式。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)。 ③ 注意同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 (如 32點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 )，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。分組式的開關(guān)量輸入模塊價格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式。 ② 輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn) 式和分組式兩種接線方式。一般5V、 12V、 24V用于傳輸距離較近場合。 四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流 5V、 12V、 24V、 48V、 60V 等；交流 110V、 220V 等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。 表 33 典型傳動設(shè)備及常用電氣元件所需的開關(guān)量的 I/O點(diǎn)數(shù) 序號 電器設(shè)備、元件 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 1 單向運(yùn)行的籠型異步電動機(jī) 4 3 2 單向運(yùn)行的籠型異步電動機(jī) 4 1 3 可逆運(yùn)行的籠型異步電動機(jī) 5 2 4 單向變極電動機(jī) 5 3 5 可逆變極電動機(jī) 6 4 6 單向運(yùn)行的直流電動機(jī) 9 6 7 可逆運(yùn)行的直流電動機(jī) 12 8 8 單線圈電磁閥 2 1 9 雙線圈電磁閥 3 2 10 比例閥 3 5 11 按紐 1 12 光電開關(guān) 2 13 信號燈 1 14 撥碼開關(guān) 4 15 三檔波段開關(guān) 3 16 行程開關(guān) 1 17 接近開關(guān) 1 18 制動器 1 19 風(fēng)機(jī) 1 20 位置開關(guān) 2 21 單向運(yùn)行的繞線轉(zhuǎn)子籠型異步電動機(jī) 3 4 22 可逆運(yùn)行的繞線轉(zhuǎn)子籠型異步電動機(jī) 4 5 （ 1）開關(guān)量輸入模塊的選擇 開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的開關(guān)信號，將信號轉(zhuǎn)換為 PLC內(nèi)部接受的低電壓信號，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)、外信號的電氣隔離。對于一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同， I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。 模擬量輸入模塊 溫度變送器、壓力變送器、濕度變送器、流量變送器、電位器 將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為 PLC可以接受的輸入值 離散輸入模塊和 I/O模塊 選擇開關(guān)、按紐、光電開關(guān)、限位開關(guān)、電路斷路器、接近開關(guān)、液位開關(guān)、電動機(jī)啟動器觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、撥盤開關(guān) 輸入模塊用于將信號傳遞到ON/OFF或 OPEN/CLOSE設(shè)備，離散信號可以是直流的，也可以是交流的 。 PLC的 I／ O模塊有開關(guān)量 I／ O模塊、模擬量 I／ O模塊及各種特殊功能模塊等。根據(jù) 實(shí)際需要，一般情況下， PLC 都有許多 I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊。同時通過 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)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I/O 接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。 ? .智能式 I/O：智能式 I/O 自帶有處理器，對輸入 /輸出信號先進(jìn)行預(yù)處理，將其吃力結(jié)果送入 CPU 或直接輸出， 它能提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 一些廠家通過 提供特殊模擬接口來接受低電平信號（如 RTD、熱偶電阻等）一般四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 這類接口能同時接受同一模塊上的不同類型熱電偶或 RTD 得混合信號。這些接口能測量流量、壓力、溫度等模擬那個的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。三、允許同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)，在設(shè)計(jì)時還要考慮整過模塊的帶負(fù)載能力，允許最大電流不能超過模塊的規(guī)定電流。但是有繼電器有觸電，壽命短，響應(yīng)慢等缺點(diǎn)，適用于動作不頻繁的負(fù)載；二、輸出電流的選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。一般同時接入點(diǎn)數(shù)不超過總數(shù)的 60%。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選擇電壓較高的模塊提高可靠性 。 ① 選擇開關(guān)量 輸入模塊 的一般依據(jù)：一根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與 PLC 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平高低。 ? . 開關(guān)量 I/O：標(biāo)準(zhǔn)的 I/O接口用于開關(guān)和傳感器（按鈕、限位開關(guān)）及控制 (開/關(guān) )設(shè)備（指示燈、報警器、電動機(jī)啟動等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。再根據(jù)實(shí)際需要，選擇相應(yīng)的 I/O模塊，包括開關(guān)量輸入 /輸出模塊、模擬量輸入 /輸出模塊等。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平種類不一，而 PLC CPU 處理的信息智能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口還將實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的功能。 通過 I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些數(shù)據(jù)做為控制器對被控對象 進(jìn)行控制的依據(jù)。 通信速度和方式、與上位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)等 7 通信功能 支持多種通信協(xié)議 對通信有特殊要求的用戶 8 診斷功能 有內(nèi)診斷和外診斷。 根據(jù)不同的應(yīng)用對象，表 31 列出了 PLC 的幾種功能選擇 [8]。 ? .在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機(jī)型。 四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 ? .PLC 應(yīng)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一。 ? .PLC 處理速度應(yīng)滿足實(shí)時控制要求： PLC 工作時，從輸入信號到控制輸出存在滯后，一般在 12 個周期后才能反映到輸出端。 CPU 及 I/O 模塊 選型 依據(jù) 選型要點(diǎn) ? .性能和任務(wù)相適應(yīng)： 對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時 ，可選用小型 PLC；對于復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、 PID 調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)等，可選用中大型 PLC。 系統(tǒng) 控制 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)依據(jù) 根據(jù)超純水處理系統(tǒng)具體要求對該控制系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢苑浅７奖憷?PLC 系統(tǒng)所獨(dú)有功能，實(shí)現(xiàn)廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線遠(yuǎn)程診斷功能。這三臺計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時同步顯示，其中一臺用于水處理第一和第二段現(xiàn)場控制，一臺用于水處理第三段現(xiàn)場控制，剩余一臺用于與廠務(wù)系統(tǒng)連接。上位機(jī)采用 ISO 和 TCP/IP 傳輸協(xié)議連接到 100MB/s 高速工業(yè) 以太網(wǎng)而上傳到廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，便于全廠集中、統(tǒng)一計(jì)算機(jī)控制?？刂葡到y(tǒng)和遠(yuǎn)程 I/O 控制站之間采用高性能工業(yè)以太網(wǎng)總線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸?？刂葡到y(tǒng)采用冗余方式，通過遠(yuǎn)程 I/O 方式連接現(xiàn)場需檢測和控制的第 3章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 點(diǎn)，遠(yuǎn)程 I/O 由通訊處理器 CP4431和 I/O模塊構(gòu)成?，F(xiàn)地 LCU布置 在控制現(xiàn)場，公用 LCU 布置在控制室。 整個控制系統(tǒng)采用了兩級控制，第一級采用了一套冗余 PLC 控制系統(tǒng)，完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和整個邏輯順序控制。溫度控制器、流量傳感器、液位傳感器、導(dǎo)電度變送器等通過連接電纜連接到分布式 I/O模塊層，然后通過 ProfibusDP連接到 PLC 控制器。 過程控制分為現(xiàn)場對象層、 I/O 模塊層和 S7400現(xiàn)場主控控制層。順序控制按照工藝要求對純水處理系統(tǒng)的各個單元進(jìn)行先后控制，并對水質(zhì)出現(xiàn)意外情況時進(jìn)行單元順序調(diào)整，從而控制整個制備系統(tǒng)水質(zhì)。 根據(jù)超純水處理工藝要求，系統(tǒng)采用順序和過程控制相結(jié)合的方式。 PLC 控制系統(tǒng)電源由電氣控制室負(fù)責(zé)提供，且配備不斷電系統(tǒng) (UPS)，可以在停電情況下維持系統(tǒng)正常運(yùn)行 一段時間 ，充分降低了系統(tǒng)風(fēng)險因素。整個控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場控制單元、中心控制單元和上位機(jī)三個部分。 ET200M 由以下部分組成 ： ? .IM153 接口 ,用于與 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的連接 ? .各種 I/O 模塊 ,用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi) ,系統(tǒng)運(yùn)行時可更換模塊 ? .電源 (如有必要 ) ? .S7300 自動化單元的所有 I/O 模塊 ,都可應(yīng)用 (功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7 主設(shè)備 ) ? .HART 模塊 ET200M 特點(diǎn)： ? .最多可擴(kuò)展 8個 I/O模塊 ? .每個 ET200M 的最大地址區(qū) :128 字節(jié)輸入和 128 字節(jié)輸出 ? .PROFIBUSDP 和 ET200M 之間的隔離 ? .保護(hù)等級 IP20 ? .數(shù)據(jù)傳輸 速率最大為 12M 位 /S ? .診斷數(shù)據(jù)的集中和分布的分析可運(yùn)行兩種型式的ET200M ? .總線連接器設(shè)計(jì) :在運(yùn)行過程中不能更換模塊 ? .有源總線模塊設(shè)計(jì) :在運(yùn)行過程中能更換模塊 圖 210 ET200M 應(yīng)用領(lǐng)域 ： ET200M是高密度配置的模塊化 I/O站 ,保護(hù)等級為 S7300可編程序控制器的信號 ,功能和通訊模塊擴(kuò)展 .由于模塊的種類眾多 ,ET200M尤其適用于復(fù)雜的自 動化任務(wù) .可插入模擬量 HART 的輸入和輸出模塊意味著 ,ET200M 適用于過程工程 .它也適宜于與冗余系統(tǒng)一起使用 . ET200M 是在 PROFIBUSDP 上的被動站 (從站 ). 最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 12M 位 / 也可以在運(yùn)行過程中 ,在有電源情況下配置 S7300 I/O模塊的有源總線模塊 .其余模塊仍繼續(xù)運(yùn)行 。 ET200M 主要有： ET200S、 ET200M、 ET200IS、 ET200X、 ET200ECO、 ET200L. 2． SIMATIC ET 200M ET200M（圖 210） 采用 模塊化設(shè)計(jì)，方便安裝于控制柜。 ? .功能模塊 用于 ET200M 的附加模塊，如計(jì)數(shù)器、步進(jìn)電動機(jī)或者定位模塊。集成的安全技術(shù)顯著的減低了接線費(fèi)用。 ? .變頻器 ET200X 用于電氣傳動工程的模塊提供變頻器的所有功能。 ? .啟動系統(tǒng) 經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐渲茫?ET200M 能用于閥門控制。能提供鏈接光纖的 PREFIBUS 網(wǎng)絡(luò)接口，可以節(jié)省昂貴的抗電磁干擾。 SIMATIC ET 200 分布式 I/O 1． ET200 的特點(diǎn) ET200M 分布式 I/O 是基于 PREFIBUSDP 總線的分布式 I/O，可以經(jīng)過認(rèn)證的非西門子 公司生產(chǎn)的 PREFIBUSDP 主站協(xié)同運(yùn)行。 ② 實(shí)時傳送現(xiàn)場檢測到得數(shù)字 /模擬信號到 PLC，再把經(jīng)過 PLC 處理后的控制信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)行器。使用網(wǎng)段耦合器或 DP/PA 鏈路，可以將 PA 總線段連接到 PROFIBUS DP 總線段上 。此協(xié)議所使用的傳輸率是 kbits/s。在單一總線段上運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)數(shù)目依賴于所用的電源、總線節(jié)點(diǎn)的能耗、總線電纜和總線系統(tǒng)的擴(kuò)展。通過使用網(wǎng)段耦合器， PROFIBUSPA 設(shè)備可以輕松地集成到 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)中。另外，還使用定義了現(xiàn)場設(shè)備響應(yīng)特性的 PA 配置文件。 4. Profibus PA PROFIBUSPA 是為過程處理而特別設(shè)計(jì)的，且允許把傳感器 /執(zhí)行器連接到共享的現(xiàn)場總線電纜 (也可以用于危險 區(qū)域 )。只能在 PROFIBUS 子網(wǎng)上進(jìn)行使用 FMS 服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。在 FMS 所提供的服務(wù)當(dāng)中，通過 FMS連接，可以完成 FMS 協(xié)議的讀取、寫入和信息發(fā)布服務(wù)。 FMS服務(wù)可以看作是 ISO 參考模型第七層的一部分。智能從站的一個特征是： DP 主站可以使用的從站輸入和輸出區(qū)域不能與實(shí)際的物理 I/O設(shè)備一致，但是必須與由預(yù)處理 CPU 所虛擬的輸入和輸出區(qū)域一致。 智能 DP 從站 (IDP從站 )：能預(yù)處理信號的現(xiàn)場設(shè)備被稱為 “ 智能從站 ” 。西門子 ET200M 是該類 DP從站的典型實(shí)例。根據(jù)所需要的 I/O 通道數(shù)量和電壓范圍，可以在 200B 模塊范圍內(nèi)選擇合適的模塊。 第 2章 超純水及處理系統(tǒng)流程 18 緊湊型 DP從站：緊湊型 DP 從站使用一種不能更改的 I/O 結(jié)構(gòu)。二類主站完成非周期性數(shù)據(jù)訪問，如數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等，包括操作員工作站 (如 PC 機(jī)加圖形監(jiān)控軟件 )、編程器、 HMI（人機(jī)界面） 等 。 ProfibusDP 主站分為一類主站和二類主站。此外， PROFIBUS DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理及復(fù)雜設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的確定。主站周期地讀取從站 的 輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。因此這種 PROFIBUS 協(xié)議 (已經(jīng)為快速數(shù)據(jù)交換進(jìn)行了優(yōu)化 )特別適用于現(xiàn)場級的自動化系統(tǒng)和分布式 I/O 設(shè)備之間的通信。 DP主站和 DP從站之間周期性地交換少量數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換的原因是每個過程對象都 是由它在所謂的對象字典 (OD)中的特性 (數(shù)據(jù)類型、存取保護(hù)、物理地址 )所描述的。 ALI：位于第 7層之上的應(yīng)用層接口 (ALI)，構(gòu)成了到應(yīng)用過程的接口。在某些應(yīng)用過程中，還可以通過 FMA7 把各個子層的事件和錯誤顯示給用戶。 四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 PROFIBUS 第 7層 fMA7：與第 2 層類似，第 7 層也有現(xiàn)場總線管理 (FMA7)。借助于此，才可能訪問一個應(yīng)用過程的通信對象。數(shù)據(jù)交換既可是循環(huán)的也可是非循環(huán)的。除了上面 已經(jīng)提到的監(jiān)控連接或數(shù)據(jù)傳輸，LLI 還檢查在建立連接期間用于描述一個邏輯連接通道的所有重要參數(shù)。 （ 4） PROFIBUS 第 7 層。第 3— 6 層在 PROFIBUS 中沒有具體應(yīng)用，但是這些層要求的任何重要功能都已經(jīng)集成在 “ 低層接口 ”(LLI) 中。此外，第 1層和第 2層可能出現(xiàn)的錯誤事件會被傳遞到更高層