基于PLC的切片机的电气控制(共51页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 学号： 毕业设计说明书题目：基于PLC的切片机的电气控制Electrical Control of the Slicing Machine Based on PLC学院 机电学院 专业 机械设计制造及其自动化 班级 学生 指导教师（职称） （副教授） 完成时间 2015 年 3 月 12 日至 2015 年 6 月 1 日专心-专注-专业摘要随着科学技术的发展，泡沫塑料切片机在现在加工行业中应用越来越广泛。泡沫塑料是由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料，具有质轻、隔热、吸音、减震等特性，且介电性能优于基体树脂，用途很广。几乎各种塑料均可作成泡沫塑料，

2、发泡成型已成为塑料加工中一个重要领域。本文是介绍可编程序控制器泡沫塑料切片机的结构及工作原理上，设计了一个关于PLC控制的泡沫塑料切片加工控制器。主要设计切片控制器的硬件电路图、控制程序方框图，并对一些相关的元器件及PLC进行了选型分析和设计。这次所设计的泡沫塑料切片机主要操作对象是工业中的塑料泡沫，采用的是自动化控制技术，从生产而言，基本上实现了泡沫塑料切片机在生产过程中的半自动化和自动化。与以前手工切片机相比在效率上有明显的提高。关键词：泡沫塑料；半自动控制；自动控制；切片机；可编程控制器 AbstractWith the development of science and techno

3、logy, application and foam cutting machine in the processing industry is now more widely. This paper is this paper introduces the structure and working principle of the program controller foam cutting machine, a PLC control foam automatic slicing processing controller is designed. Foam is consists o

4、f a large number of microporous gas liquid dispersion in solid plastic to form a kind of high polymer material, which has the characteristics of lightweight, heat insulation, sound-absorbing, shock and and dielectric properties superior to the base resin, a wide range of uses. Almost all kinds of pl

5、astic can be made into foam, foaming molding has become an important area of plastic processing.Main design automatic slicing controller hardware circuit diagram, control program block diagram, and the selection of analysis and design of some related components and PLC. The design of the foam automa

6、tic slicing machine main operation object is industrial plastic foam, the is automatic control technology, from the production, basically realized foam cutting machine in the production process automation. Compared with the previous manual slicer has obvious improvement in efficiency.Keywords: foam;

7、 semi-automatic control; automatic control; slicing machine; programmable controller目录摘要IAbstractII第一章 概述11.1泡沫塑料切片机的发展状况11.2 本毕业设计的目的11.3本毕业设计的主要内容及要求2第二章 硬件设计4 2.1切片机对电气控制的特性要求4 2.1.1控制方式4 2.1.2选择最佳控制方案4 2.2 PLC概述4 2.2.1 PLC发展及应用概况4 2.2.2 PLC的基本组成及特点6 2.2.3 PLC的基本工作原理7 23 PLC常用机型介绍9 24 PLC的分类10 2.

8、5 PLC的选型10 2.5 PLC系统的设计14 2.6 主电路的设计17 2.7.1电机的原理与选择18 2.7.2 接触器19 2.7.2.1交流接触器20 2.7.2.2 直流接触器21 2.7.3 继电器22第三章 软件设计24 3.1 PLC控制系统设计24 3.2系统统控制的I/O图25 3.4程序说明26结 论32致 谢33参考文献34附件35外文资料35中文翻译40第一章 概述11泡沫塑料切片机的发展状况泡沫塑料切片机作为生产切削的主要机械，它的功能是将泡沫塑料切成厚度一定的一片片,其驱动部分由台面,刀架,转轮,刀片,滑套以及左,右丝杆组成。其基本工作原理是:台面带动泡沫塑料

9、向前行,到达后限位时刀架下移切片,之后刀架上移,台面后退返回初始位置,周而复始。早期的切片机每次切片后进给量是通过时间继电器控制普通的三相异步电动机来实现的，靠电磁刹车停止进给,但由于三相异步电动机的转速因负载的不同而变化，所以每次进给量是不相同的，最终造成压力不均，致使切片厚度不同，甚至无法切片。也有通过调整微动开关的位置来控制进给电机的停止，来实现压力控制，但由于微动开关调整要凭借经验，所以也不利于调整。随着工控技术的不断发展,可编程序控制器的性能价格比越来越高,步进电机受脉冲控制,位移量取决于脉冲数,而PLC又具有脉冲输出、脉冲控制功能，PLC与步进电机很容易实现位置控制功能。由PLC控

10、制步进电机,构成开环控制来实现精确进给。12 设计目的通过实际的设计，使我们所学的理论知识与生产实践更紧密地结合起来，从而避免大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个重要环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。在作毕业设计的过程中，可以综合性地运用几年内所学知识去分析、解决问题，所学知识得到疏理和运用，使自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争、去创造的自信心。本毕业设计是在学完可编程控制器课程之后综合利用所学可编程控制器知识完成一个可编程控制器应用系统设计。该课程设计的主要任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深“可编程控制器原理与应用”课程中所

11、学的理论知识和实验能力，基本掌握可编程控制器应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对可编程控制器软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。本课题把PLC作为开发工具，泡沫塑料切片机进行系统的控制设计。设计要求具备了一定的PLC硬,软件的设计能力。通过本课题的设计，使我们了解了用PLC进行设计的基本方法和步骤。由于设计主要是独立完成的，因此培养了我们分析问题、综合运用知识去解决问题的能力，以及独立工作的能力。此外，设计脱离实际，使毕业设计更有针对性。显然，本课题作为毕业设计题目是很有意义的。本题目中，主要对切片机的控制系统进行综述并设计，确定

12、切片机控制系统的总体方案，阐述切片机的工作原理，通过对PLC的选取与控制设计，从而实现泡沫塑料切片机的手动,自动控制。毕业设计的目的是培养实际应用的能力，具体要求是：（1）熟悉常用控制电器的结构原理、用途，具有合理选择、使用主要控制电器的能力。（2）熟悉掌握继电接触器控制线路的基本环节，具有阅读和分析电气控制线路的工作原理的能力。（3）掌握PLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编写应用程序。（4）增强电气设计的安全观念，有必要的保护措施。13本毕业设计的主要内容及要求泡沫塑料切片机的功能是将泡沫塑料切成厚度一定的一片片。其驱动部分由台面、刀架、转轮、切片、滑套以及

13、左右丝杆组成。切片过程为：先将泡沫块放在台面上 台面后退到限定位置 刀架下移一定位置量并锁住 台面带动泡沫块一起前移到限定位置 刀架下移切片旋转随之切割出一定厚度的海绵台面后移至限位，同时刀架上移动到初始位置。不断重复上述过程。本设计的软件设计：系统的控制部分由手动程序、单机半自动、全线全自动程序设计等组成。 图 1-1 泡沫塑料切片机第二章 硬件设计21 切片机对电气控制的特性要求211 基本方式泡沫塑料切片机的控制采用手动控制,自动和半自动三种工作方式。212 选择最佳控制方案可编程控制器（简称PLC），是随着现代社会生产的发展和技术的进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞

14、速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型的工业控制装置，是将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。本设计用PLC进行设计。22 PLC概述可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程

15、序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。221 PLC发展及应用概况PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。（一）技术发展动向：1、 产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。可编程序控制器向大型化方向发展主要表现在下列几方面：（1）与DCS、SCADA的相互渗透，出现“你中有我，我中有你”的情况。为了在工业控制领域有

16、较大的应用市场，各制造厂商纷纷学习其他厂商产品的优点，取长补短，从而使产品的适用范围更广，应用规模也从几十点扩展到成百上千点，功能扩展也从单一的逻辑运算扩展到几乎能满足所有的用户需求。使可编程序控制器不仅可以完成模拟量的控制，还可以完成优化、计划和调度等管理功能。加上开放和通信功能的策略，开放系统的互连使不同产品之间的数据通信成为成为可能，也使应用范围趋向多元化。基于个人微机的控制技术使可编程序控制器得到发展，从而出现同一控制设备能适应不同应用要求的情况，例如，可编程序控制器可用于有模拟量控制的场合，DCS能完成有关生产过程的逻辑控制和信号采集等。一些DCS的产品也在PLC的产品一览表中出现，

17、或反之。此外，出现了包括DCS、PLC和工业PC三种平台模块的通用组态工具，通用的底版母线，采用OPC技术，能用于顺序控制、回路控制、批量控制和混合控制，能进行计算机功能模块的组合，可连接到以太网实现远程组态、诊断、监视和控制等。计算机技术、通信技术、网络技术、半导体集成技术、控制技术、显示技术等高新科学技术的发展，为可编程序控制器的发展创造了条件，同时，可编程序控制器的发展和生产过程控制要求的提高反过来影响了这些新技术的发展，以适应它们发展的需要。（2）CIMS、CIPS发展，成为它们的一部分。制造业的发展离不开可编程序控制器的发展，CIMS、CIPS、机器人和柔性制造系统等的实施也离不开可

18、编程序控制器的发展。因此对可编程序控制器提出了功能、速度、通信、管理等方面的要求，这为可编程序控制器向大型化方向发展提供了用武之地。（3）硬件性能的发展。可编程序控制器的硬件性能有了飞速的进展。它的处理器字长从1位，向4位、8位、16位、32位发展，大型可编程序控制器已采用64位处理器。处理速度也大大提高，它的晶振频率也从几MHz，发展到几十MHz，几百MHz，直到几GHz。处理器的数量从单个的处理器到双处理器，直到多处理器。存储器的容量也成倍增加，从几KB发展到几MB，几十MB，直到几GB等。开放和通信功能的增强使可编程序控制器不仅能与同类型的可编程序控制器通信，还可与其他开放的可编程序控制

19、器、DCS和上位机通信，组成管控一体化的综合自动化系统。因此硬件性能的提高，使可编程序控制器向大型化方向有了可喜的发展。（4）软件功能的发展是可编程序控制器向大型化方向发展的重要标志。软件的发展表现在两个方面。首先，可编程序控制器制造厂商对软件的开发进行投资。例如，收购和兼并软件厂商，在公司内部成立软件开发部。其次，采用标准化的软件产品。例如，采用基于组件的面向对象的软件。它以网络为基础，具有良好的人机界面，使用户易于编程和组态；可远程诊断、在线修改；控制功能除了离散控制、常规控制外，还包括运动控制、位置控制等；不同类型的软件可组合和分开。标准化减少了工程和硬件费用，缩短了软件开发、设计和调试

20、等时间，增强了系统的可靠性和维护性。同时高等院校等部门开设的可编程序控制器等应用课程提高了技术人员的编程能力，标准化的软件使技术人员再培训时间缩短。国外统计表明，由于采用标准化软件使系统的执行速度加快约30，编程和设计的工作量减少约10。（5）可编程序控制器的应用领域越来越广。可编程序控制器的应用早已从机械制造行业的应用向各行各业的应用拓展。例如食品加工、炼油化工、冶金、纺织、制浆和造纸、废水处理、制药和电子等行业的应用，正如雨后春笋，不断壮大。根据国外估计，虽然可编程序控制器的价格不断下降，但销售总费用不断增长。例如北美洲可编程序控制器的总销售额到2005年预计可达13.9亿美元。此外，可编

21、程序控制器的应用亦从顺序逻辑控制向过程控制冗余、安全系统、批量控制等功能发展，从而扩展了它的应用领域。（二）国内发展及应用概况我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（19731979）位处理器为主的工业控制器（19791985）8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。222 PLC的基本组成及特点基本组成可归为四大部件：中央处理单元（CPU板）控制

22、器的核心； 整体结构的PLC四部分装在同一机壳内；模块式结构的PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成；I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合；另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内；PLC的基本组成框图：图 2-1 PLC的基本组成框图可编程序控制器为了适应在工业环境中使用，有如下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）控制程序可变，具有很好的柔性；（3）编程简单，使用方便；（4）功能完善；（5）减少了控制系统设计及施工的工作量；（6）体积小、重量轻、是“机电一体化”特有的产品；（7）环境要求低；由于PC具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好的融在一

23、起，他的应用几乎覆盖了所有工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适应于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。223 PLC相对于继电器线路的优势1、功能强，性能价格比高。一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编

24、程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 3、可靠性高，抗干扰能力强。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 4、系统

25、的设计、安装、调试工作量少。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 5、编程方法简单。梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其

26、电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 6、维修工作量少，维修方便。PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7、体积小，能耗低。对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继

27、电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服。从以上几方面的比较可知：PLC在性能方面比继电器控制逻辑优异，可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、维护方便，但价格高于继电器控制。224 PLC相对于微型计算机的优势1、应用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。而PLC主要应用于工业控制。2、使用环境：微机对环境要求很高，一般要在干扰小，具有一定的温度

28、和湿度要求的机房内使用。而PLC适用于工程现场的环境。3、输入输出：微机系统的I/O设备与主机之间采用微机联系，一般不需要电气隔离。而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光-电”耦合，输出还采用继电器，晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。4、程序设计：微机具有丰富的程序设计语言，例如：汇编语言、FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具备一定水平的计算机硬件和软件的知识。而PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。5、系统功能：微机系统一般配有较强的系统软件，例如：操作系统，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等。它

29、还配有许多应用软件，以方便用户。而PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户的程序输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。6、运算速度和存储容量：微机运算速度快，一般为微秒级。因有大量的系统软件和应用软件，故存储容量大。而PLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。一般接口响应速度为2ms，PLC的巡回检查速度为每千字8ms。PLC的软件少，编程简短，故内存量少。7、价格：微机是通用机，功能完善，故价格较高。而PLC是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一。从以上几个方面的比较可知：PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握。价格也比一般

30、的微机系统便宜。23 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。231 按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。（1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源

31、等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口

32、等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。232 按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系

33、统。（3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。233 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。（1）小型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K。24 PLC的选型PLC机型选择方法的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优化的机型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要

34、依据。PLC及有关设备应是集成的、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。熟悉可编程序控制器、功能表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、所需存储器容量、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统。 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，

35、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、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。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，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器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

36、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。(1) 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、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运算和其他高级运算功能。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

37、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。(2) 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的处理速度和节省存储器容量。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。(3) 通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标

38、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，应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、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系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络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，其他同型号P

39、LC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通信网络）。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。(4) 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

40、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。(5) 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

41、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。(6) 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

42、于0.2ms/K。四、机型的选择（1）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。（2）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

43、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，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。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。（3）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

44、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。（4）存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。（5）冗余功能的选择1控制单元的冗余（1）重要的过程单元：CPU（包括存储器）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

45、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，应考虑性能价格比。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，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、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是一

46、种计算机化的高科技产品，相对继电器而言价格相对较高。因此，在应用PLC之前，首先应考虑是否有必要使用PLC。如果被控制系统很简单，I/O点数很少，或者I/O点数虽多，但是控制要求并不复杂，各部分的相互联系也很少，就可以考虑采用继电器控制的方法，而没有必要使用PLC。在下列情况下，可以考虑使用PLC：1、系统的开关量I/O点数很多，控制要求复杂。如果用继电器控制，需要大量的中间继电器时间继电器，计数器等器件。2、系统对可靠性的要求高，继电器控制不能满足要求。3、由于生产工艺流程或产品的变化，需要经常改变系统的控制关系，或需要经常修改多项控制参数。4、可以用一台PLC控制多台设备的系统；遵行以上原则，为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，本控制系统采用PLC控制。25 PLC系统的设计PLC是一种计算机化的高科技产品，相对继电器而言价格相对较高。因此，在应用PLC之前，首先应考虑是否有必要使用PLC。如果被控制系统很简单，I/