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  2.4 特殊功能输人／输出

    在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定如定位、快速输入、频率等　。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从耗时的任务处理中解脱出来。

    2.5 智能式输入／输出

    当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入／输出模块。一般智能式输入／输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可tigaoPLC的处理速度并节省存储器的容量。

    智能式输入／输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作编码输人）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII／BASIC处理器、RS—232C／422接口模块等。表3归纳了选择I/O模块的一般规则。

表3 选择 PLC 的 I/O 接口模块的一般规则
 

    3 PLC存储器类型及容量选择

    PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的大存储能力低于6kB，中型机的大存储能力可达64kB，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

    PLC的存储器容量选择和计算的种方法是：根据编程使用的节点数jingque计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，获取存储容量的佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。

表4 控制目的估算存储器容量的方法
 

    4 软件选择

    在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件任务的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。

    5 支撑技术条件的考虑

    选用PLC时，有无支撑技术条件同样是重要的选择依据。支撑技术条件包括下列内容：

    (1) 编程手段

• 便携式简易编程器主要用于小型PLC，其控制规模小，程序简单，可用简易编程器；

• CRT编程器适用于大中型PLC，除可用于编制和输入程序外，还可编辑和打印程序文本；

• 由于IBM-PC已得到普及推广，IBM-PC及其兼容机编程软件包是PLC很好的编程工具。目前，PLC厂商都在致力于开发适用自己机型的IBM-PC及其兼容机编程软件包，并获得了成功。

    (2) 进行程序文本处理

• 简单程序文本处理以及图、参量状态和位置的处理，包括打印梯形逻辑；

• 程序标注，包括触点和线圈的赋值名、网络注释等，这对用户或软件工程师阅读和调试程序非常有用；

• 图形和文本的处理。

    (3) 程序储存方式

    对于技术资料档案和备用资料来说，程序的储存方法有磁带、软磁盘或EEPROM存储程序盒等方式，具体选用哪种储存方式，取决于所选机型的技术条件。

    (4) 通信软件包

    对于网络控制结构或需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用PLC的主要依据。通信软件包往往和通信硬件一起使用，如调制解调器等。

    6 PLC的环境适应性

    由于PLC通常直接用于工业控制，生产厂都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。

    一般PLC及其外部电路（包括I/O模块、辅助电源等）都能在表5所列的环境条件下可靠工作。

表5 PLC的工作环境
 

    7 结束语

    随着科技的不断进步，PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的控制系统。

 （二）开关量I/O

    开关量I/O接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于消除错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。

    （三）模拟量I/O

    模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量liuliang、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10～+10V、0～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。

    （四）特殊功能I/O

    在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定（如定位、快速输入、频率等）。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从繁重的任务处理中解脱出来。

    （五）智能式I/O

    当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的I/O模块。一般智能式I/O模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可tigaoPLC的处理速度并节省存储器的容量。

    综上，表3归纳了选择I/O模块的一般规则。   

表3 选择PLC的I/O接口模块的一般规则

    三、存储器类型及容量选择

    PLC系统所用的存储器基本上由PROM、EPROM及RAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的大存储能力低于6kB，中型机的大存储能力可达64kB，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。

     PLC的存储器容量选择和计算的种方法是：根据编程使用的节点数jingque计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，获取存储容量的佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。

表4 控制目的估算存储器容量的方法

    四、编程器和外部设备的选择

    在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能及编程器有所了解。通常情况下，小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器，如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强、编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏RAM中的用户程序，可以选用EEP-ROM模块作为外部设备。

    五、实例

    （一）利用三菱PLC实现对印刷机的jingque控制

    印刷机的一套电气设计属于系统设计，为了使产品性能稳定，易于维护，采用以PLC为主控器的控制方案。印刷机要求易于操作，精度高，输入、输出点较多，因此采用双机通讯。上位机采用三菱高性能的FX2N-80MR、FX2N-80MR自带I/O接口，可以接40点输入，40点输出，主要负责主传动的控制，各机组离合器的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用三菱FX2N-64MR、FX2N-64MR可以接32点输入，32点输出，主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。上位机与下位机采用RS485, 通讯，通讯方便，可靠。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。本系统运行可靠，维护方便，操作简便直观，大大tigao了胶印机的档次。

    （二）欧姆龙（OMRON）PLC在石油加工工业中的应用

    在石油加工工业中，大型旋转机组是装置设备的重要组成部分，重油催化裂化气压机组的联锁-自保系统从满足工艺生产需求出发，考虑到安全性、可靠性、经济性、可扩展性等因素，采用了OMRON公司生产的CPM2AH型PLC进行系统构建，CPM2AH自带I/O接口，可以接36点输入，24点输出，输出形式是继电器，并且通过RS232C串口与PC机通讯，使生产过程表现稳定，动作可靠，在事故状态下对机组及生产装置实行了自我保护，杜绝了恶性事故的扩大和蔓延，取得了显著的效果。

    六、结束语

    随着科技的不断进步，PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的工业控制系统。

 从去年开始，一股PAC（Programmable Automation Controller）的浪潮在一些自动化供应商的圈子里面涌动。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出，“目前自动化技术领域出现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系统的功能，而同时一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始改变PLC市场格局。相比PLC，这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快的CPU速度，使PLC成为一种通用的自动化平台组件。”同时，他们还对PAC的概念进行了详细定义：诸如在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能；具有公用对象标记和统一数据库的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个过程单元之间的过程流进行控制设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是过程行业的单元运行，都能满足其生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准，能够实现不同供应商的自动化系统之间的数据交换，有利于实现多种产品的网络化集成。

    但是，目前PAC还并未被大多数传统的PLC主流供应商（比如西门子、施耐德、欧姆龙等）所认可并推广。为什么会出现这样的情况？这可能是因为一些供应商在宣传PAC的时候，更多的目的是进行市场宣传，尤其是那些一直倡导并主要生产基于PC控制产品的厂家。当PLC的功能和角色在不断地发生变化时，制造商和开发者们只是简单地想以这样一种方式来概括这些变化。另外一个原因在于，PC容易发生系统崩溃。当的分析师们正在向使用PLC的机械制造商们大谈PAC的时候，似乎没注意到很多厂级控制系统的设计人员正在更深入使用着PLC。PLC的坚固可靠性比工业PC更具有说服力，在过程控制领域中，新一代PLC控制器正受到越来越多的工程师的喜爱。就先进的新一代PLC来说，很多产品发展到已经具备了上述的功能，例如罗克韦尔的ControlLogix平台，三菱的Q系列PLC。不难预见，在不远的将来，无论是PLC、DCS、PC-BASED还是PAC，产品的功能大同小异，只是侧重点不同，叫法各异而已。

    透过PAC的概念，我们也将发现，开放和集成已经是自动化产品和系统发展中不可阻挡的趋势。PAC强调在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种控制，强调公用对象标记和统一数据库，强调网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准以有利于实现多种产品的网络化集成，这都是反映了包括PLC在内的各种控制手段本身的融合与发展。

    从长远来看，如今客户的需求日益繁杂，市场所能提供的产品也越来越多。现在用户的生产系统变得日益庞杂，集成无疑已经成为整合生产体系、tigao效率及工厂信息化的重要途径。当前的自动化产品和系统，不但应该具有良好的内部集成能力，更应该具有良好的向第三方开放的集成能力，只有这样的体系结构才能帮助终用户的设备运行至更高的水平。因此，我们不得不说，“将集成进行到底！”

  1、吸覆机简介

    吸覆机属于木工机械的一种，实现对木板等材料的覆膜功能。它分为单工作台式和双工作台式，主要由传动装置、加热装置、加压装置、加压装置和控制柜组成，如图1所示。

图1

    工作时由电机带动工作台将覆盖膜的木料送入加热箱，通过一定时间的加热将膜软化，再通过真空泵加压后将膜紧紧吸覆到木板上，后把成品送出。工作过程如图2所示。

图2

    2、PLC对吸覆机的控制

    由于卸料和装料过程是由人工完成的，对于双工作台式吸覆机，当一侧工作时，另一侧可以完成卸料和装料，因此，双工作台式吸覆机比单工作台式的节约时间，生产效率高。本文针对双工作台式设计，这样吸覆机既能单台工作，也可以双台工作。

    (1) 控制过程

    该系统设计采用欧姆龙公司生产的CP1L-M40DR-A作为控制系统的核心，其特点为自动化程度高，操作方便，编程灵活，抗干扰能力强，安全性高，使用维护方便。

    通过00100点作为手动/自动选择位，00101点作为停止位，00102和00103分别为左右工作台启动位。为了防止撞车，只有当右工作台的右限位压下时，左工作台才可以启动；同样，当左工作台的左限位压下时，右工作台才可以启动。当手动/自动转换开关选择手动档时，送料、预压、成形、泄压、出料过程分别由相应的按钮控制；当手动/自动转换开关选择自动档时，按下左工作台或右工作台启动按钮即可自动完成从送料到出料的整个加工过程。当左工作台允许启动时，按下左工作台启动按钮，电机正转将料送入工作箱，由TIM000设定定时加热一定时间，开启真空泵电磁阀进行短暂预压（大约三秒，由TIM001设定），然后成形（由TIM002设定），延时一定时间（由TIM003设定），后将产品送出，直到左工作台的左限位压下时，整个工作过程结束。右工作台的工作过程与上述过程相同。

    (2) PLC程序
   
    对于不同的材料，要求加热的时间不同，我们可以通过CP1H的外部模拟电位器来方便的设定时间，而不需频繁读写程序来改变定时器的设定值。它的使用方法是在CP1HCPU单元的外部模拟设定输入端子上施加0～10V的电压，则输入电压可进行A/D转换，并可将特殊辅助继电器A642CH的当前值在0～225的范围内自由变更。将A642CH的内容存入D2中，将其转换为BCD数，然后乘以一定的倍数后存入D0，把D0内的值作为定时器的设定值即可实现。程序实现如图3。

图3

    左右工作台的PLC控制程序类似，在此只给出左工作台的PLC程序，如图4所示。

图4

    3、系统功能特点
   
    （1）手动/自动选择
   
    考虑到生产过程中有时需要手动操作，系统设置了手动/自动选择。自动工作方式下，吸覆机能够自动完成整个生产过程，生产效率tigao。
   
    （2）安全节能
   
    加热箱固定，热量损失极少，补升温快，保温节能。自动定时加热加压及泄压，安全方便，并在加热箱设置观察口，操作成品率高。
   
    （3）适应性
   
    对不同材料，如PVC、木皮等，所需的加热时间不同，通过面板上的电位器即可设定时间，而不需改动程序。

  在过去的几十年里，可编程逻辑控制器（PLC）一直被广泛用于自动化领域，而在可预知的未来，PLC仍将长盛不衰。面向离散控制而设计PLC的实际上已经成为工业领域一个具有伟大意义的统治性工具。

    然而，随着工业用机器和工厂系统的复杂性的增加，PLC已经很难而且也不可能成为完成所有自动化任务。现在的自动化系统已经超越了PLC的功能范围，使得工业机器领域的工程师必须在自动化系统中集成更多更先进的I/O、处理和控制策略。

    新的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很容易整合到PLC系统中，给工业机器增加更多的先进功能，并tigao机器的效率。

    1、需求：如何tigao机器的效率

    如何tigao机器的效率？让我们来看看Integrated Industrial Systems （I2S）公司是如何做的。I2S在现有的PLC系统上实现极大的改进。这是一个来自美国的私有原始设备制造商，数十年以来一直致力于制造的轧制设备和控制系统，用于全世界的铁和非铁金属行业。在这一领域的雄厚技术底蕴使之成为行业的。

    I2S也曾经长期使用PLC来自动化和控制生产的轧制设备。近几年他们一直在试图更新轧制设备控制系统，以tigao效率和质量。为了tigao炼钢设备的效率和质量，他们主要对其伽马测量系统进行了改进，以便能更准确地控制金属厚度。

    数年以来，伽马测量系统一直是I2S产品家族中的标志性产品，现在依然广受欢迎，但是系统的很多硬件和软件特征都已经过时了。为了更新该系统并改进其机器，I2S公司需要一个具有更jingque的模拟输入分辨率的方案，以连接伽马测量传感器和信号处理，从而从传感器中获取模拟信号，实现高度jingque的厚度测量，再由PLC使用在轧制机器的控制系统中。

    2、伽马测量仪技术

    伽马测量仪使用“镅”作为恒发射源，这一发射源位于“C”框架组装的较低部。结构的顶部是一个接收器和前置放大器。当通过发射源和接收器之间的间隔时，金属带会吸收一部分辐射，吸收量视其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器进行测量，并转化成带厚度测量。

    实施改造步：现有设备试验

    为了节省时间和费用，I2S先试着在已有的PLC系统中进行模拟测量和处理。但是，PLC的模拟I/O和信号处理无法达到所需的jingque度。I2S公司要确保运行于PLC中的控制系统不会因为额外I/O和处理的增加而减少。

    因此，他们需要这么一个系统，这个系统能够从伽马传感器中获取模拟信号并进行处理以计算jingque的厚度测量值，并能将这个厚度测量插入到PLC控制系统中。但是，所用的PLC不适合高性能处理和高速模拟I/O。

    第二步：如果现有设备无法奏效，就试试其它方法

    在认识到PLC无法提供连接伽马测量传感器所需的I/O和处理后，I2S转向了PAC技术。它选择了国家仪器的CompactRIO PAC，以提供改进轧制机器质量所必须的附加功能。CompactRI/O是一个可重置嵌入式系统，既结合了传统PLC的优点和可靠性，又能提供更多I/O和处理。国家仪器的所有PAC都可以通过其LabVIEW图形编程工具来编程，因此可以很容易进行编程和配置。

    第三步：添加I/O

    CompactRIO有一个嵌入式现场可编程门阵列（FPGA）芯片和实时处理器，可通过内置的LabVIEW功能块来编程。另外，它还拥有超过30个模拟和数字I/O模块，具有内置信号调节（反锯齿、隔离、ADC、DAC等）、高速计时（模拟I/O速度达到800kHz ，数字I/O速度达到30 MHz）和高分辨率（24b ADC），可与任何工业传感器或者触发器连接。

图1 CompactRI/O架构

    I2S使用CompactRI/O模拟输入模块来连接伽马级厚度传感器，以提供jingque测量所需的高速计时和分辨率。由于每个I/O模块都是直接和FPGA相连的，工程师们于是能使用LabVIEW FPGA来轻松自定义CompactRIO的模拟I/O速率。

    第四步：添加处理

    从伽马传感器获得模拟数据之后，CompactRIO使用内置的NI LabVIEW实时浮点功能块来在实时处理器中对数据进行处理，并将之转化成jingque的厚度测量。

    LabVIEW的实时功能块对数据进行确定的对数处理（如下面的等式1和等式2所示），以进行计算厚度测量值。由于LabVIEW Real-Time具有内置计算和分析功能，PAC能够很容易进行这一操作。

    等式1：log I = （log I0）y/μ = （y/μ） log I0
    等式2: y/μ = log I0/log I = log （I0-I）

    CompactRIO系统在FPGA和实时处理器中进行所有的I/O和信号处理，并将高jingque度厚度测量传输到相连的PLC上，又不会降低现有PLC控制系统的速率。借助于CompactRIO的性能，I2S的工程师可以为伽马级传感器添加这一自定义测量和分析功能，而不需要牺牲轧制机器的控制速度。

    第五步：整合PAC

    每个轧制机器都带有三个形成网络的CompactRIO系统。这三个系统都是智能节点，能利用一个工业标准Modbus/TCP、TCP/IP或UDP协议进行通信。其中有两个系统与伽马级传感器连接，并进行模拟输入测量和处理，来计算jingque厚度测量值。

图2 典型系统拓扑

    第三个CompactRIO系统则从另外两个系统中取得厚度值，并转换成模拟输出测量值，输入到正在控制轧制机器的PLC上。所有三个系统都通过以太网连接实现了互连，并使用一个UDP以太网信息协议来传输厚度测量值计算。将PAC连接到现有PLC架构上有三个基本方法：

    1. 基本模拟和数字I/O。模拟/数字信号能够从PAC输出到PLC中。这是将PAC整合到PLC的一个基本的方法。I2S公司就是运用这种方法来将处理过的数据从CompactRIO PAC传输到运行轧制机器控制系统的PLC上的。

    2. 工业网络。大多数PAC产品都支持工业协议，如DeviceNet、Profibus 、 CANopen以及基于以太网的协议如TCP/IP、UDP和Modbus TCP/IP。这使得工程师在连接PAC到PLC上时有很多网络选择。I2S公司运用的是以太网协议来在CompactRIO PAC之间传输数据，并将PAC和PLC连接到形成网络的HMI。

    3. OPC Connectivity PAC还可以作为OPC客户端或者服务器，并通过OPC标签来收发网络数据到PLC或其它PAC上。OPC标准提供了一套标准的流程，让不同厂商的自动化系统之间可以很容易实现连接。

    处理过的数据会以不到20毫秒的间隔在通过以太网互连的CompactRIO系统之间传输。CompactRIO测量值的获得、处理和传输速度都很快，因此，将jingque厚度测量值键入到PLC控制系统的过程丝毫不会降低整个系统的速度。

    I2S公司可以很容易通过基于LAN的CompactRIO系统和10/100 Mbps以太网接口将系统连接到形成网络的Allen Bradley PLC，并利用一个标准的TCP/IP协议将之连接到人机接口（HMI）系统。轧制机器中的所有仪器都通过以太网实现了连接，因此不需要在一个电器噪音嘈杂的环境下长距离地传输模拟信号了。

    3、总结

    在未来的几年，PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率tigao的需求，PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的补充，增加了传统PLC所不能提供的高性能I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多，所以工程师们将能够很容易地改进其基于PLC的自动化系统。