【正文】 通訊單元式在 CPU 總線單元中根據(jù)前面確定下來(lái)的型號(hào)、 I/O 點(diǎn)數(shù)以及為以后的擴(kuò)展留下 10%~20%余量選擇 CJ。例如，高功能 I/O 單元包括模擬量 I/O單元和高速計(jì)數(shù)器單元。 CJ2 系列的具體配置數(shù)據(jù)如圖 所示 圖 CJ2 系列數(shù)據(jù)配置 通過(guò) I/O 點(diǎn)數(shù)和其它的條件先把 CPU 的型號(hào)確定下來(lái)為 CJ2MCPU13， DC輸入單元的型號(hào)為 CJ1WID211，繼電器接點(diǎn)輸出單元 CJ1WOC211，高速型的位置控制單元（或者定位單元） CJ1WNC214；其中輸入輸出單元都是基本的 16 點(diǎn)輸入輸出單元（輸入輸出分開(kāi)），而定位單元?jiǎng)t是高功能 I/O 單元。 第四章 硬件電路的設(shè)計(jì) PLC 的選取 根據(jù)課題設(shè)計(jì)的需要，我采用了歐姆龍 CJ 系列的 PLC，它的 CPU 裝置室一個(gè)整體式的，包含了 CPU 單元、電源單元、配置單元（基本 I/O 單元、高功能I/O 單元以及 CPU 總線單元）和總端蓋。 超小型： SIMATIC S7200 PLC 小型： SIMATIC S7300 PLC 中型： SIMATIC S7400 PLC 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) （ SIMATIC NET） 人機(jī)界面（ HMI）硬件 SIMATIC S7 工業(yè)軟件 ：編程工具、基于 PC 的控制軟件、人機(jī)界面軟件。 （ 2）歐美 PLC 主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品性能 1）美國(guó)通用電氣公司 GE— Ⅱ 系列 PLC GE公司的代表產(chǎn)品是： 小型機(jī) :GE GE1/J、 GE1/P 中型機(jī) :GEⅢ 大型機(jī) :GEⅤ 2）德國(guó)西門(mén)子（ SIEMENS）公司 S系列 PLC 德國(guó)西門(mén)子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)外 PLC 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 目前，世界上有 200多家 PLC廠商， 400 多品種的 PLC 產(chǎn)品， PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個(gè)流派是美國(guó)產(chǎn)品，一個(gè)流派是歐洲產(chǎn)品，一個(gè)流派是日本產(chǎn)品 。除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（ BASIC、 C 語(yǔ)言等）等。因此， PLC 生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在 PLC 控制系統(tǒng)的故障中， CPU 占 5%， I/O 接口占 15%，輸入設(shè)備占 45%，輸出設(shè)備占 30%， 線路占 5%。 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是 PLC 之間聯(lián)網(wǎng)通信，各 PLC 生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般 PLC 都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。這些帶 CPU 和存儲(chǔ)器的智能 I/O 模塊，既擴(kuò)展了 PLC 功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了 PLC 應(yīng)用范圍。 小型 PLC 由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開(kāi)發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型 PLC，最小配置的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 8～ 16點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及 小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司 α 系列 PLC。 向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 當(dāng)前中小型 PLC 比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后 PLC 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展。 在存儲(chǔ)容量方面，有的 PLC 最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。目前，有的 PLC 的掃描速度可達(dá) 左右。在選擇 PLC 時(shí)經(jīng)常要考慮 PLC 的可擴(kuò)展能力。近年來(lái)各 PLC 生產(chǎn)廠商非常重視特殊功能單元的開(kāi)發(fā) ，特殊功能種類日益增多，功能越來(lái)越強(qiáng)，使 PLC 的控制功能日益擴(kuò)大。這些元件的種類和數(shù)量越多，表示 PLC 的存儲(chǔ)和處理各種信息的能力越強(qiáng)。編程指令的功能越強(qiáng)、數(shù)量越多， PLC 的處理能力和控制能力也越強(qiáng)，用戶編程也越簡(jiǎn)單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制任務(wù)。 PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過(guò)比較各種 PLC 執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來(lái)衡量掃描速度的快慢。 3）掃描速度 掃描速度是指 PLC 執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量 PLC性能的重要指標(biāo)。 2） I/O 點(diǎn)數(shù) 輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)是 PLC可以接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總和，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。用戶程序存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 (3）根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O 信號(hào)，可選用 2重化或 3重化的 I/O 接口單元。 2． I/O 接口單元的冗余 (1)控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配臵。 5)冗余功能的選擇 1．控制單元的冗余 (1)重要的過(guò)程單元： CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng) 1B1 冗余。 4)存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K存儲(chǔ)器選擇。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用 要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。 3)電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電 感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。 2)輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸 入輸出點(diǎn)數(shù)選型。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時(shí)間不大于 ；大中型 PLC的掃描時(shí)間不大于。 處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、 CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。 處理速度 PLC 采用掃描方式工作。通過(guò)軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模 塊圖（ FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語(yǔ)言。在線編程方式： CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速 率應(yīng)大于 1Mbps，通信負(fù)荷不大于 60%。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)。例如采用 PID 控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ) 償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 控制功能 控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID 運(yùn)算等。隨著開(kāi)放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。 3）控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。 2）存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(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，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)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、軟件配臵及功能應(yīng)與裝臵規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。 如： S7200 德國(guó)西門(mén)子公司 FX2N、 FX3U 日本三菱電氣公司 CJ2M、 CJ2H 日本立石公司（歐姆龍） 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 如： S7300 德國(guó)西門(mén)子公司 SU SU6 中外合資無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司 C200H 日本立石公司 （歐姆龍） 大型 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 如： S7400 德國(guó)西門(mén)子公司 Q系列 日本三菱電氣公司 PLC 的型號(hào)選擇 （ 1） PLC 的選型方法 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。 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。 高檔 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。 中檔 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。 低檔 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。 這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。 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。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。模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成。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。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒(méi)有 CPU。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。 整體式 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)。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?，F(xiàn)在已有些 PLC 不再提供編程器，而只提供微機(jī)編程軟件 了，并且配有相應(yīng)的通訊連接電纜。智能型的編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有 LCD 或 CRT 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕對(duì)話。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符 (指令表 )后，才能輸入。 6）編程設(shè)備 編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 圖 PLC 繼電器輸出電路圖 圖 漏型晶體管直流輸出電路圖 圖 源型晶體管直流輸出電路圖 5）通訊接口 現(xiàn)代 PLC 一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是具有通訊功能，目前主流的 PLC 一般都具有RS485（或 RS232）通訊接口，以便連接編程設(shè)備、監(jiān)視器、打印機(jī)等外圍設(shè)備，或連接諸如變頻器、溫控儀等簡(jiǎn)單控制設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的主從式通訊，實(shí)現(xiàn) “ 人一機(jī) ” 或 “ 機(jī) — 機(jī) ’’ 之間的對(duì)話。極大部分的歐美品牌的 PLC 采用源型輸出，而極大部分的亞洲品牌的 PLC 采用漏型輸出。 極大部分的 PLC 的輸出端子采用分組式和分隔式。每種輸出電路都采用電氣隔離技術(shù)，電源由外部提供，輸出電流一般為— 2A，輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、 指示燈等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出單元從廣義上分包含兩部分：一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸出的映像寄存器。圖 和圖 所示分別為采用匯點(diǎn)式的源型和漏型直流輸入電路圖。 PLC 通過(guò)輸入 /輸出端子與控制對(duì)象取得聯(lián)系的， PLC 的輸入 /輸出端子的組織形式通常有三種，即匯點(diǎn)式、分組式和分隔式。 對(duì)于直流輸入，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路形式的不同，分為源型輸入和漏型輸入兩種形式。輸入電路的電源可