基于PLC 的组合机床控制系统设计.doc

XXXXX 作者：XX 院系：XXXX 学院机电工程系 专业：电气自动化 年级：2007 级 学号： XXXX 指导教师：XXX 毕业设计任务书设计题目：基于PLC 的组合机床控制系统设计 完成期限：自 2010 年 3 月1 日 至 2010 年 4 月 16 日止 为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。用 PLC 模块、变频驱动技术、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。 论文以组合机床的数控化改造为背景，概述了组合机床数控改造的设计方案与应用技术，并对PLC 的发展与应用作了简要介绍。论文介绍了PLC 编程特点和方式，介绍了PLC 编程环境。介绍PLC 的安装维要求及环境。 关键词：PLC; 编程技术；组合机床 目录 第一章 概述 . 1 第二章 组合机床的简介 . 2 第一节 组合机床概述 . 2 第二节 组合机床的特点 . 3 第三节 组合机床装配模型 . 4 第三章 电气控制系统设计 . 6 第一节 PLC 简介 . 6 第二节 PLC 的特点 . 7 第三节 PLC 的结构和工作原理 . 8 第四节 PLC 程序的表达方式 . 10 第五节 基于PLC 控制系统的原理图 . 11 第四章 PLC 的选型及安装维护 . 13 第一节 PLC 的选型及介绍 . 13 第二节 PLC 的安装 . 17 第三节 PLC 的维护检修 . 18 为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。用 PLC 模块、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。 论文概述了组合机床数控化改造的设计方案与应用技术，并对 PLC 的发展与应用作了简要介绍论文介绍了PLC 编程特点和方式，对两工位钻孔、攻螺纹组合机床应用编程作了阐述论文还入一步阐述了PLC 接口与通信技术，介绍了西门子 S7-200系列PLC 的网络协议 一、组合机床发展史 二十世纪70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05 毫米1000 毫米，表面粗糙度可低达2.50.63 微米；镗孔精度可达 IT76 级，孔距精度可达O.03O.02 微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 二、组合机床部件分类 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、 切削头和动力滑台 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机车是由万能机床和专用机床发展来的，它既有专用机床、结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。 组成组合机床的通用部件有如下几类：动力部件动力头，动力滑台和动力箱；工件运送部件回转工作台，移动工作台和回转鼓轮；支承部件立柱，床身，底座和滑座等。控制系统有通用的液压传动装置，电气柜，操纵台等。与万能机床和专用机床相比，有如下特点： （1） 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的7080%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。 （2） 由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。 （3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 （4） 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。 （5）当被加工产品更新时，采用其它类型的专用机床时，其大部分件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。 （6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。 机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。 一、零部件间参数约束的描述 零部件间参数关系可以反映在两个方面：其一为零部件相互约束关系，其二为零部件间可配套约束关系。 对于零部件间位置约束关系的描述首先需要确定一个基准件，该基准件应该是与其它部件发生关系最多的一个零件或部件。以该基准件为核心，分别描述其 它基准件的位置关系，便可建立该产品各个零部件之间的位置约束关系模型。对于组合机床整机而言，各个加工单元都是相对于中间底座或工作台布置的，因而可以将中间底座作为基准件来处理；而对于各个加工单元来说，则可以侧底座或立柱底座作为基准件来来描述该加工单元内各零部件之间位置约束关系。 组合机床标准化、系列化程度较高，在组合机床设计标准中，提供了各通用部件间可供选择的配套关系表。利用该配套关系表作为组合机床的配套性约束，以它作为正确选择所需部件的导航准则。 二、面向对象的组合机床装配模型的定义 面向对象的技术是计算机分析和解决问题的一种新方法，它具有封装、继承和重载等特性，为产品装配模型的描述和定义提供了一个新思路。 面向对象的技术将具有相同的结构、相同的操作，并遵循相同约束规则的对象构成一个类，在同一类中的各个对象都具有相同的属性。因而，可将组合机床定义为一个类，而所设计的每一台具体机床则是该类的一个物件。这种组合机床类是一个复杂的类，它由各种不同的属性所构成。每种属性又包含不同的子类，子类又有子类，形成一种类的层次关系。下面是以类定义的组合床装配模型，在该装配模型中包含如下的属性： 组合机床类 管理属性：机床名称、图号、设计者、设计说明、日期等； 工作属性：工作名称、材料、材料特性、定位基准，CGS 档指针； 功能属性：加工工艺面类 标识、方位、工艺类型、加工孔类 标识、坐标、孔类型、形状参数； 装夹、冷却、照明及其它辅助功能； 工艺属性：切削用量类； 刀具类； 支承导向类； 结构属性：加工单元类标识、方位， 部件类； 装配关系和位置约束； 工作台或中间底座类； 夹具类； 辅助装配类； 装配关系和位置约束； (1)管理属性：包括机床名称、图号、设计者、设计说明等； (2)工件属件：工件是组合机床设计的基础，也是产生工序图的依据，除了工件名称、材料等特性之外，还应包括工件造型的CSG 文件指针、定位基准等信息； (3)功能属性：如第 3.1 节所述，这里主要以加工工艺面类描述所设计机床的功能需求； (4)工艺属性：工艺属性包括切削用量、切削刀具以及刀具的支承导向等工艺内容。工艺属性和功能属性具有某种对应关系，例如：工艺面中每一加工元素 (譬如加工孔)，都应有相应的刀具、切削用量，以及支承导向与之对应。 (5)结构属性：该属性应能反映出整个机床的配置、布局和装配约束关系。对于机床整体而言，包含有各加工单元、工作台或中间底座、夹具、电气液压系统和其它辅助装置，以及它们之间的装配关系和约束关系；而对于每一加工单元，则又有各个通用和专用部件组成，这些部件又有自身的装配和约束关系，每个部件又有多种零件组成，从而构成了一个具有层次结构的装配树。 PLC 实体图 PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的内存，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机 (Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC，并在美国通用汽车公司的生产自动装配在线首次应用成功，之后得到迅速发展。美国从1971 年开始输出这种技术，1973 年以后，西德、日本、英国、法国相继开发了各自的PLC，并广泛应用。廿余年来，PLC 的发展迅猛异常，它的应用领域可谓是各行各业。PLC 的出现和发展，是工业控制技术上的一个飞跃。需要特别指出的是， PLC 在机械行业的应用有十分重要的意义，已成为当今世界的新潮流，据国外有关资料统计，用于机械行业的PLC 销售额占60，PLC 是实现机电一体化的重要手段，它既能改造传统的机械产品成为机电一体化新一代的产品，又适应于生产过程控制。 PLC 在我国机械、冶金、化工、轻工的大多数工业部门已开始得到广泛应用，取得显著的经济效益。可编程控器的主要特点： 1通用性强：由于采用了微型计算机的基本结构和工作原理，而且接口电路考虑了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象，可以采用相同的硬件，只需编制不同的软件，就可实现不同的控制。 2接线简单：只要将用于控制的接线、限位开关和光电开关等接入控制器的输入端，将被控制的电磁铁、电磁阀、接触器和继电器等功率输出组件的线圈接至控制器的输出端，就完成了全部的接线任务。 3编程容易：一般使用与继电接触器控制电路原理图相似的梯形图或用面向工业控制的简单指令形式编程。因而编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工艺知识的人员可在短时间学会并应用自如。 4抗干扰能力强、可靠性高：PLC 的输入输出采取了隔离措施，并应用大规模集成电路，故它能适应各种恶劣的环境，能直接安装在机器设备上运行。 5容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便。例如一台具有 128 个输入输出点的小型PLC，其尺寸为216×127×110mm3，重约2.3Kg，空载功耗为1.2W，它可以完成相当于400800 个继电器组成的系统的控制功能，而其成本仅相当于相同功能继电器系统的（1020）；PLC 一般采用模块结构，又具有自诊断功能，判断故障迅速方便，维修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。 一、PLC 的基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。 （1） 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、内存、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序内存中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC 的可靠性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 （2）内存 存放系统软件的内存称为系统程序内存。 存放应用软件的内存称为用户程序内存。 （3）电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去 二、PLC 的工作原理 当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其它输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或资料的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。 由PLC 的工作原理可知：PLC 是以程序的形式进行工作的，为此，需要把控制任务变换为程序表达。PLC 的程序表达方法非常灵活，目前常用的表达方法有四种：梯形图、指令、逻辑功能图和高级语言。下面对这些表达方法作简要说明。 一、梯形图 梯形图是一种图形语言，它与传统的继电器电路非常相似，它仍沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语，所不同的是，梯形图中每个组件的名称和编号有 PLC 的特别规定；同一编号继电器的触点（既有常开又有常闭）可以根据需要无限引用；所有触点及其构成的控制回路都是通过软件编程实现其功能的，并无实际联机；此外梯形图中所有的输出元素都是安排在右侧与母线相连，图中每包含一个被控元素的逻辑段称为一个梯级。梯形图中继电器的线圈、常开触点及常闭触点符号常用下图中的符号表示。梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电器控制表达方式的人来说，很容易接受。在PLC 中，它是用得最多的一种程序表达方式。 二、指令（语句表） 指令就是用助记符来表达PLC 的各种功能，它类似于计算机的汇编语言，但又较之简单得多。这种程序表达方式，编程设备简单，逻辑紧凑，目前各种PLC 均有指令的编程功能。 三、逻辑功能图 这种方式基本上是采用半导体逻辑电路的逻辑方块图来表达的。对每一种逻辑功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。常用“与”、“或”、 “非”三种逻辑菜单达控制逻辑。有关的输入均画在方块的左边，输出画在方块的右边。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的人来说，用这种方式编程感到较方便。 四、高级语言 大型PLC 中，为了进行数据处理、完成PID 调节等较为复杂的控制。也采用 BASIC、PASCAL 等高级语言编程。 目前，各类型PLC 都具有两种或两种以上编程语言，其中以梯形图和指令较为常用。 一、HY-P 型恒压供水系统 1.HY-P 型恒压供水系统是该公司于一九九四年开发并于一九九八年改进的新型全数字化、带模糊控制的系统。该系统选用进口可编程控制器（PLC）作为中心，基本控制单元，进口变频调速器作为执行机构，配以功能强大、组织灵活的应用软件及设置方便的显示设定单元，可适用于各种供水场合，并可按用户的需要开发出各种特殊的功能。 HY-P 型恒压供水系统的原理图 图1 某组合机床液压滑台进给运动示意图 二、基于PLC 组合机床液压滑台进给运动菜单图 某组合机床液压滑台进给运动示意图如图1所示，其工作过程分成原位、快进、工进、快退四步，相应的转换条件为SB、SQ1、SQ2、SQ3。液压滑台系统各液压组件动作情况如下表所示。根据上述菜单图的绘制方法，液压滑台系统的菜单图如下图所示。 组件 工步 YV1 YV2 YV3 原位 快进 工进 快退 表1 液压组件动作表 图2 液压滑台系统的菜单图 如果PLC 已经确定，可直接用编程组件M300M303（FX 系列）来代表这四步，设输入/输出设备与PLC 的I/O 点对应关系如表2所示，则可直接画出如图2b 所示的菜单图接线图，图中M8002为FX 系列PLC 的产生初始化脉冲的特殊辅助继电器。 PLC I/O X0 X1 X2 X3 Y0 Y1 Y2 输入/输出设备 SB SQ1 SQ2 SQ3 YV1 YV2 YV3 表2 输入/输出设备与PLC I/O 对应关系 在PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC 工程设计的选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC 及有关设备应该是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程控器、菜单图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需内存容量、确定PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC 和设计相应的控制系。 一、输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、内存容量的估算 内存容量是可编程控器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是内存中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于内存容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用内存容量的估算来替代。 内存内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O 点数的1015 倍，加上模拟I/O 点数的100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (一)运算功能 简单PLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC 的运算功能还包括数据移位元、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC 中还有模拟量的PID 运算和其它高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC 中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID 运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能 控制功能包括PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC 的处理速度和节省内存容量。例如采用PID 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC 码转换单元等。 (三)通信功能 大中型PLC 系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网路。 PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO 通信口、工业以太网、常用DCS 接口等；大中型PLC 通信总线（含接口设备和电缆）应1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 PLC 系统的通信网路中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC 系统的通信网路主要形式有下列几种形式：1）PC 为主站，多台同型号PLC 为从站，组成简易PLC 网络；2）1 台PLC 为主站，其它同型号PLC 为从站，构成主从式PLC 网络；3）PLC 网络通过特定网络接口连接到大型DCS 中 作为DCS 的子网；4）专用PLC 网络（各厂商的专用PLC 通信网路）。 为减轻CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)编程功能 离线编程方式：PLC 和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各自的CPU，主机CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC 中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (五)诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC 的CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (六)处理速度 PLC 采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC 将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU 处理速度、软件质量等有关。目前，PLC 接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型 PLC 的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC 的扫描时间不大于0.2ms/K。 四、机型的选择 (一)PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU 字长分为1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC 的I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC 提供多种I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因子负荷场合，但价格较贵，超载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出 和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程I/O 机架等。 (三)电源的选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC 的供电电源应设计选用220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (四)内存的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，内存的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC 的内存容量，按256 个I/O 点至少选8K 内存选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的内存。 (五)冗余功能的选择 1控制单元的冗余 (1)重要的过程单元：CPU（包括内存）及电源均应1B1 冗余。 (2)在需要时也可选用PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2 重化或3 重化冗余容错系统等。 2I/O 接口单元的冗余 (1)控制回路的多点I/O 卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点I/O 卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O 信号，可选用2 重化或3 重化的I/O 接口单元。 (六)经济性的考虑 选择PLC 时，应考虑性价比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的内存容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU 选用、内存容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 PLC 适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC 的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC 时，要避开下列场所： （1）环境温度超过0 50的范围； （2）相对湿度超过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其它因素所引起的）； （3）太阳光直接照射； （4）有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等； （5）有打量铁屑及灰尘； （6）频繁或连续的振动，振动频率为10 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）； （7）超过10g（重力加速度）的冲击。 小型可编程控制器外壳的4 个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN 轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可靠，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm 以上间隔。如果周围环境超过55C，要安装电风扇，强迫通风。 为了避免其它外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm 的距离。 当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至永久损坏。 可编程控制器的主要构成元器件是以半导体器件为主体，考虑到环境的影响，随着使用时间的增长，元器件总是要老化的。因此定期检修与做好日常维护是非常必要的。 要有一支具有一定技术水准、熟悉设备情况、掌握设备工作原理的检修队伍，做好对设备的日常维修。 对检修工作要制定一个制度，按期执行，保证设备运行状况最优。每台PLC 都有确定的检修时间，一般以每6个月 1年检修一次为宜。当外部环境条件较差时，可以根据情况把检修间隔缩短。定期检修的内容见表3 。 序号 检修项目 检修内容 判断标准 1 供电电源 在电源端子处测量电压波动范围是否在标准范围内 电 动 波 动 范 围 ： 85 110 供电电压 2 外部环境 环境温度 环境湿度 积尘情况 0 55 3585RH，不结露 不积尘 3 输入输出用电源 在输入输出端子处测电压变化是否在标准范围内 以各输入输出规格为准 4 安装状态 各单元是否可靠固定 电缆的连接器是否完全插紧 外部配线的螺钉是否松动 无松动 无松动 无异常 5 寿命组件 电池、继电器、内存 以各组件规格为准 表3 参考文献 1.杨密：电气与PLC 控制技术课的一体化教学方法探究，新课程研究（中旬刊），2009/09 2.李斌：电气控制与PLC 应用技术仿真教学应用研究，电气电子教学学报，2006/06 3.刘健：高职PLC 原理及应用课程教学改革初探，中国成人教育，2009/14 4.霍俊仪：电气控制与PLC 应用技术仿真教学探讨，中国科技信息，2005/12 5.余慧卿：电气控制与PLC 技术实验教学改革，实验室研究与探索，2005/81 6.邹灿红：电气控制与PLC 应用技术仿真教学的应用，湖北成人教育学院学报，2009/01 7.李宗宝：PLC 控制原理分析及其在工业中的应用，中国高新技术企业，2009/04 8.刘晓雪：浅谈PLC 基本原理应用和检修的教学方法，成才之路，2008/18 9.袁清萍：高职电气控制与 PLC 技术的教学改革初探，铜陵职业技术学院学报， 2009/01 10.许建平：电气控制与 PLC 技术实训装置的研制与应用，九江职业技术学院学报， 2001/04 11.郭东平：高职电气控制与PLC 原理及应用课程实践教学改革初探，杨凌职业技术学院学报，2009/03 12.刘安杰：西门子 PLC 定时器应用原理与编程技巧，可编程控制器与工厂自动化， 2007/02