摘要：計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相組合的產(chǎn)物是PLC，它是一種用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，它的基礎(chǔ)是CPU，所以可編程控制器的重要結(jié)構(gòu)和普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是相差無(wú)幾的。工程設(shè)計(jì)選型的重要依據(jù)是在符合基本控制要求和大小的條件下，能夠確?？刂瓶煽?、維護(hù)操作方便以及最優(yōu)的功能比。

關(guān)鍵詞：PLC；工程設(shè)計(jì)選型；計(jì)算機(jī)技術(shù)；控制技術(shù)；可編程控制器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2015）11-0086-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.043

1 PLC簡(jiǎn)介

可編程控制器的硬件主要由寄存器、中央處理器、I/O接口、擴(kuò)展接口電路、通訊接口等單元構(gòu)成。PLC的基礎(chǔ)是CPU，實(shí)現(xiàn)連接現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備與CPU之間的是輸入單元與輸出單元，通訊單元是用來(lái)跟編程器與工控機(jī)等這些外部單元連接。

1.1 中央處理單元（CPU，中央處理器）

和普通的計(jì)算機(jī)設(shè)備一樣，中央處理器是PLC的核心?？删幊炭刂破髦兴渲锰幚砥麟S機(jī)型而異，小型通常選擇單片微處理器和8位微處理器；多數(shù)中型選擇單片微處理器或16位微處理器；多數(shù)大型選擇高速位片式微處理器。

1.2 存儲(chǔ)器主要有兩種類型的記憶

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的讀寫操作是其中一個(gè)，另一個(gè)只讀存儲(chǔ)器PROM、ROM、EPROM和EPROME。在PLC中，功能是用來(lái)存儲(chǔ)重要程序、系統(tǒng)程序及通訊信息。

由可編程控制器的廠商編寫的重要程序，與PLC的硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)。用于實(shí)現(xiàn)命令解釋、排除故障、語(yǔ)言運(yùn)算、功能子程序調(diào)用管理、通訊及各種相關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，為可編程控制器的可靠控制提供展示空間?？删幊炭刂破鞯男阅芘c用戶程序系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，在可編程控制器使用過(guò)程當(dāng)中數(shù)據(jù)不會(huì)有所更改，因此在只讀存儲(chǔ)器PROM、ROM或EPROM中是由制造者完全固化，用戶是不能夠隨便訪問(wèn)和修改的。

1.3 輸入/輸出單元

輸入/輸出接口一般被稱作I/O模塊或I/O單元，是可編程控制器與生產(chǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)兩者的銜接結(jié)構(gòu)?？删幊炭刂破髂軌驒z測(cè)被控單元的各種信息是通過(guò)I/O單元的，這些信息是被控單元被PLC進(jìn)行控制的根據(jù)，并且可編程控制器再選擇輸出單元將處理數(shù)據(jù)傳輸被控制單元，用來(lái)達(dá)到控制的目的。

1.4 通信接口

PLC利用通訊模塊可以完成通信與監(jiān)控、打印機(jī)、電腦和其他裝置。PLC與顯示器連接，可以操作圖像的顯示形式；和其他的可編程控制器連接時(shí)，能構(gòu)成聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)或多機(jī)局域網(wǎng)，還能夠完成大范圍的控制。當(dāng)PLC與工控機(jī)連接時(shí)，可以構(gòu)成多層集散控制系統(tǒng)，能夠達(dá)到操作與管理相結(jié)合效果。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也一定要配備有這些通信接口模塊。

1.5 智能單元模塊

智能單元模塊是個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其有獨(dú)立的中央處理器、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)程序和與可編程控制器連接的接口。它是作為可編程控制器的一個(gè)單元，經(jīng)過(guò)接口與可編程控制器連接信息來(lái)進(jìn)行交換，并且在可編程控制器的協(xié)調(diào)管理下完成控制。

1.6 編程裝置

編程、調(diào)試、輸入用戶程序是編程設(shè)備的功能，還能夠在線監(jiān)控可編程控制器的參數(shù)和在可編程控制器內(nèi)部的情況，和可編程控制器進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。編程設(shè)備是維護(hù)、開發(fā)、應(yīng)用可編程控制器不可缺少的軟件。編程設(shè)備可以是一個(gè)特殊的程序，也可以是一個(gè)通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備了一個(gè)特殊的編程軟件包。由PLC專用編程器，一些可編程控制器產(chǎn)品的制造商使用，這主要是由一個(gè)鍵盤，顯示器和外置存儲(chǔ)器插座和其他單元組成。專用編程一般分為智能型編程和簡(jiǎn)易型編程兩種。

可編程邏輯控制器通用性強(qiáng)，使用方便；編程軟件簡(jiǎn)易，容易掌握；功能性強(qiáng)，適應(yīng)面廣；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)方便；體積小，質(zhì)量輕，功耗低的特性和優(yōu)勢(shì)，迅速而廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。但可編程控制器種類繁多，它的電源、性能、大小、指令功能、編程語(yǔ)言等有自己的特點(diǎn)，控制要求也各有不同。

在實(shí)現(xiàn)可編程控制器控制設(shè)計(jì)時(shí)，先合理選擇技術(shù)方案，而后對(duì)PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特征和控制要求是PLC選型的重要根據(jù)，選擇的可編程控制器的系統(tǒng)硬件、軟件工具及性能應(yīng)與設(shè)備規(guī)模和控制條件相符合，著重掌握生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)、控制條件，確定控制要求和區(qū)域，確定生產(chǎn)的任務(wù)和動(dòng)作，再依照控制設(shè)計(jì)，計(jì)算I/O接口量、測(cè)試存儲(chǔ)器大小、掌握可編程控制器的功能、外部裝置特性等，最終采用有較高性能價(jià)格比的可編程控制器和設(shè)計(jì)滿足要求的控制系統(tǒng)。

2 工程設(shè)計(jì)選型

工程設(shè)計(jì)選型的重要依據(jù)是在符合基本控制要求和大小的條件下，能夠確?？刂瓶煽俊⒕S護(hù)操作方便以及最優(yōu)的功能比。下面根據(jù)型號(hào)設(shè)計(jì)，介紹說(shuō)明PLC的選型、輸入輸出單元、容量等選擇：

2.1 PLC類型的選擇

可編程控制器按結(jié)構(gòu)分有整體式和模塊式兩種，整體型可編程控制器的全部I/O接口的均價(jià)格比模塊型的低廉，且體積小重量輕，因此通常應(yīng)用在系統(tǒng)工藝生產(chǎn)較為嚴(yán)格的小型控制系統(tǒng)中；模塊式可編程控制器的配置靈活，功能擴(kuò)展方便，提供多種輸入輸出接口或插槽，所以用戶能夠準(zhǔn)確地選擇和配置控制系統(tǒng)的輸入輸出接口量，維修時(shí)只要更換單元，排除故障的設(shè)計(jì)也很簡(jiǎn)單，所以模塊型可編程控制器通常應(yīng)用在很復(fù)雜系統(tǒng)和大中型控制系統(tǒng)。

2.2 輸入輸出模塊的選擇

I/O單元的選擇應(yīng)滿足與應(yīng)用控制的匹配。比如對(duì)輸入單元，應(yīng)滿足數(shù)據(jù)電平、數(shù)據(jù)傳輸距離、數(shù)據(jù)隔離、數(shù)據(jù)供電方式等控制需求。對(duì)輸出單元，應(yīng)滿足選擇的輸出單元類型，一般繼電器輸出單元價(jià)格便宜，能完成啟動(dòng)交流控制，也能夠應(yīng)用直流控制，且選擇電壓范圍很大、過(guò)載能力較強(qiáng)，其歸為有觸點(diǎn)元件，其操作速度不高、壽命不長(zhǎng)，所以只能完成不經(jīng)常通斷的控制；對(duì)于經(jīng)常通斷的控制，應(yīng)選擇晶閘管輸出或晶體管輸出單元，其歸為無(wú)觸點(diǎn)元件，但晶閘管輸出僅可以完成交流負(fù)載，而晶體管輸出單元僅可以完成直流控制，過(guò)載能力不強(qiáng)。還要滿足系統(tǒng)是否有模擬量I/O等條件，可依照控制要求，準(zhǔn)確選擇I/O單元，以便提高控制質(zhì)量和降低投資成本。

2.3 PLC容量的選擇

PLC容量大小的選擇包含輸入輸出接口量和用戶存儲(chǔ)大小兩個(gè)內(nèi)容，輸入輸出接口量估算時(shí)要考慮控制的余量，一般依照記錄的I/O接口量，再擴(kuò)展l0%～20%的可發(fā)展余量后，作為I/O點(diǎn)數(shù)估算信息。在準(zhǔn)備定貨時(shí)，還需依照制造者可編程控制器的產(chǎn)品功能，對(duì)I/O接口量進(jìn)行分配。用戶存儲(chǔ)大小通常依照數(shù)字量輸入輸出接口量的10～15倍，再算上模擬輸入輸出接口量的百倍完成估算，此外再依照這個(gè)數(shù)據(jù)的1/4考慮余量，當(dāng)控制單元較為復(fù)雜、信息采集量較多時(shí)，則依照實(shí)際情況再擴(kuò)展些。

2.4 通信功能的確定

在具體控制中，要求選擇的可編程控制器與工控機(jī)完成通信，因此網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離要符合設(shè)備控制要求；也要滿足維持通訊網(wǎng)絡(luò)的通用性和相互兼容性。

2.5 經(jīng)濟(jì)性的選擇

選擇經(jīng)濟(jì)性時(shí)，要用滿足控制的可擴(kuò)展性、可控制性、投入產(chǎn)出比等要求，結(jié)合參考條件，最后采用經(jīng)濟(jì)較突出的PLC。I/O點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有很多影響。每建立一塊I/O單元就需提高一些投資。當(dāng)接口量建立到固定的數(shù)量后，匹配的存儲(chǔ)器大小、機(jī)架、母板等也要持續(xù)變多，所以點(diǎn)數(shù)的升高對(duì)處理器選擇、存儲(chǔ)器大小、控制功能要求等因素都有影響。在估算和選擇時(shí)應(yīng)全面考慮，使全部控制系統(tǒng)得到最優(yōu)的性能價(jià)格比。

參考文獻(xiàn)

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[2] 秦益霖.西門子S7-400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：龐玉（1984-），女，山東聊城人，濟(jì)寧技師學(xué)院講師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）