西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8参数选型

西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8参数选型

　0 引言

　　随着计算机技术的成熟和发展，微机控制系统产生了PLC 控制和单片机控制两大分支。PLC 以其高可靠性，使用简便等优点，以高价格占据了工业微控市场;单片机又以其体积小，重量轻，价格便宜等优势广泛应用于家电产品。本文主要阐述了应用MCS-51 单片机仿真三菱FX2N-16MR-001 型号PLC 控制的原理。

　　1 单片机与PLC 的联系与区别

　　1.1 基本结构

　　单片机是将计算机的基本环节：如CPU，存储器，总线，输入输出接口等，采用集成电路技术集成在一块硅基片上。因此，从控制的观点，我们也常称它为单片控制器。PLC 的硬件系统主要由五部分组成：CPU、存储器模块、输入输出模块、编程器、电源。

　　CPU 是两者的控制中枢，起运算和控制的作用。存储器主要功能是存储程序和数据。单片机一般都是将已设计好的程序固化在存储器中。PLC 对于不同控制系统的程序可将存储器中的程序清除重新编写。它是使用编程器进行编程，现在一般都使用个人电脑进行编程，将编写好的程序通过编程电缆下载到PLC 的用户存储器中。单片机的工作电源是直流5V，PLC 内部有一个专用的开关式稳压电源，将交/ 直流供电电源转换为PLC 内部电路需要的工作电源(5V 直流)。

　　PLC 目前大量的应用单片机制成，PLC 是单片机在继电器控制系统中的应用。

　　1.2 工作原理

　　单片机和PLC 的基本工作原理是一样的，即：

　　1)从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。这些信息主要包括两部分的来源一部分是来自于诸如温度、压力等传感器的信息;另一部分是来自人工干预的一些手动信息，如开关、按钮等;

　　2)CPU 根据存储器中的程序对输入的数据进行高速运算处理;

　　3)将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构，如继电器，电机，灯泡等。上面3 步不断重复，即系统中的微电脑不断监视着各种信息，并及时做出不同的处理使系统正常运行。

　　1.3 应用场合

　　由于单片机体积小，功能强，因而广泛用于电子设备中做控制器之用。目前，大到导弹火箭国防武器，小至电视机微波炉等现代家用电器，都运用单片机作为控制器。PLC 一般用于工业控制领域。

　　2 单片机仿真PLC 的原理

　　硬件仿真的原理：

　　1)输入输出模块

　　单片机具有简单的输入输出结构，PLC 的输入/ 输出接口部分采取了光电隔离、滤波等抗干扰技术措施，具有很高的可靠性。

　　所以单片机仿真PLC 时，单片机的作为输入的接口应按照实际应用需要接有光电耦合器隔离、消除抖动及噪声的RC 滤波器、电平转换等部分。PLC 的输出模块可以有晶体管输出型、继电器输出型、晶闸管输出型等，如仿真继电器输出型PLC 时，作为单片机输出口的部分也可接上光电耦合电路和驱动电路，控制继电器。

　　2)接口电路

　　PLC 是可通过计算机直接编程下载的。单片机仿真PLC 时，由于单片机内部是TTL 电平，计算机采用的是232 电平。为了能与计算机直接进行通信，系统可扩展RS-232C 接口电路。单片机的RXD 和TXD 信号经RS-232C 电平变换后接至9 芯插座。由此可与计算机机进行串行通信。一方面，在编程状态时，可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的指令代码，并存入程序存储器;另一方面，在运行状态时，可将I/O 口的状态和处理结果实时地发送给上位机。

　　3 软件仿真的原理

　　由于单片机具有布尔代数指令，特别是其中的位操作的逻辑指令，可以用这些位操作逻辑指令来替换PLC 梯形图中的对应的基本逻辑指令。例如：可以用MCS-52 的位与指令来替换PLC 的接点串联指令，可以用MCS-52 的位或指令来替换PLC 的接点并联指令。下面以MCS-52 单片机仿真日本三菱FX2N 系列PLC 为例，将在仿真过程中经常用到的可以替换的指令用表列出。

　　4 实现仿真的意义

PLC 由于可靠性高、使用方便等优点，价格较为昂贵。单片机价格低廉，应此我们在教学过程中可以用单片机仿真PLC，一方面可以为学校节约资金，另一方面这样不仅使学生分别掌握PLC梯形图和单片机的编程，更能理解单片机和PLC 的联系和本质区别。

1、引言

　　　现代商业生产流通领域中，产品都离不开包装。如牛奶包装箱、水果包装箱等。而包装纸箱的生产中贴箱机每天处理几十万件应是一件量非常大的生产任务，如果不能实现自动化的生产，将会消耗大量的劳动力，而且效率和质量方面都很难tigao。本设计就是将PLC应用于贴箱机系统中，从而使纸箱的生产实现自动化，其主要的任务是如何将纸板加工成型，打包成捆，如何进行生产过程中的自动控制，它是机电一体的纸箱机械产品。总之在保证工艺控制要求的情况下，大大tigao了生产效率，有很广阔的市场前景。

2、系统控制特点及工艺

2.1 控制要求及特点

(1) 吸附进纸，确保了纸板吸进纸的位置准确；
(2) 折叠部上下传输带夹紧纸板送纸、左右吸附腔吸附送纸和运转与众不同的两侧竖带夹紧纸板送纸相互配合，确保折叠纸无歪斜；
(3) 左右下纠偏带各配增减速器，折叠时摩擦强制前后扯动纸板纠偏效果明显；
(4) 采用崭新的分垛逐出装置技术，比国外先进的相似装置的性能更为稳定可靠、运行更为迅速。遇不良纸板时卡纸混乱几率大幅度降低；
(5) 人机界面化，可显示生产速度，纸张数及相关的参数；
(6) 实现了A/M的控制方式。

2.2 工艺简介

　　　本系统以PLC为核心，由于该系统所带负载不大，可用一台达变频器带动一台3.7kW的异步电动机，该电机拖动主传递装置。当物料准备好后，离合器合闸即将送料，左右电机定纸箱的大小，用转速检测装置测速度，用光电传感器检测纸箱的位置信号，从而使伺服机工作。触摸屏可以实现友好的人机界面，可以在线的监视系统的运行情况，并进行相应的参数修改。纸板料从平放台进入机器到完成加工全实现了自动化，其工艺简图参见图1。

图1 系统工艺简图

　　　整个轨道是纸板成型的通道，轨道的形状决定纸板所加工纸箱的形状，以下对各个主要部件做简单的介绍。

(1) 进料装置

　　　由于纸板是流水线加工的，当工作台上放有足够多的加工纸板时，才能进入平稳连续，不重叠的工作状态，tigao了生产率；

(2) 辊矫直机

　　　为了让纸板经过时垂直于传送带，并使其紧贴轨道以便纸板较为准确地成型；

(3) 测速检测

　　　用抗干扰能力强的接近开关作为传感器，并将其所产生的脉冲信号给PLC的高速计数器；

(4) 传送装置

　　　由电动机带动，它控制主生产线的速度，并由变频器进行控制；

(5) 纸板矫正

　　　主要由位置信号传感器和伺服系统组成，它主要是矫正成型的纸箱在轨道上的位置偏移，并为后序的纸箱打包做好准备；

(6) 记数传感器

检测轨道上的纸箱数，以便定量打捆；

(7) 纸箱叠放台

把传送的纸箱给叠放，定数量给推出；

(8) 打捆

将定数量的纸箱捆扎好。

3、控制系统设计

　　　纸板加工成型过程，有一套严格的工艺流程，为了满足系统的控制要求，采用PLC、变频器、伺服机、人机界面及高性能的传感器相结合，有效地解决了实际问题。同时也使系统的构成简单，功能强大，可靠性、可操作性和可视性都tigao了。

3.1 系统的硬件构成

　　　该系统PLC采用OMRON公司的CPM1A-30CDT-A，30点I/O口，18点输入，12点输出，且还留有扩展的余地。该机型属于欧姆龙公司C系列的小型机，结构紧凑，功能性强，有很好的性能价格比。变频器(VFD-B-5.5kW)和伺服装置(AC servo HO系列)以及触摸屏(PWS717-STN)都采用了功能性比较强的台达系列产品。各硬件构成可见图2的硬件构成框图。

图2 系统硬件构成框图

3.2 变频器

　　　本系统采用了较为先进的台达变频器进行调速，它调速方便可靠，且调速的精度高。为了适应这种工艺负载，需要在调速时使电动机输出恒定的转矩，应用V/F控制特性的变频器在基频应用V/F控制特性的变频器在基频(台达A型机的参数是Pr04)以下调速。本系统应用两台台达变频器，它们是主从的关系，即从变频器的频率的给定必须得跟随主变频器的给定频率的变化，且保证从变频器的频率输出略高于主变频器的频率输出。

3.3 伺服纠偏装置

　　　由于纸板在轨道上传送时，难免会出现位置偏差，这就得需要有能够快速矫正其位置的器件，而伺服电动机正好具备这样的功能。它把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速度，加上控制电压，它便马上旋转，去掉控制电压又马上停转，转速高低与控制电压成正比。此装置具有转动惯量小，摩擦转矩小，运行平稳，噪声小等特点。这里主要利用伺服驱动器对伺服电机的运动特性进行设置，并采用了速度和位置相结合的PID调节，从而使纸箱的位置得到很好的纠正。

4、软件设计

4.1 人机界面的设置

　　　要很好的对系统进行控制和监视，就得利用触摸屏。在前先确定好相应设备和信号的端口地址，然后利用触摸屏的编程软件——ADP软件进行界面设置。下图触摸屏的主控画面，它具有友好的人机交流性。通过对触摸屏的操作，我们很容易的了解和监视系统的运行情况，并可以方便的改变系统的运行参数。其主菜单的设计如图3所示。

图3 主菜单界面图

4.2 PLC的程序设计

　　　为了能使系统各部分协调有序、安全可靠地运行就得配以比较优化的软件程序。整个软件程序采用模块化编程的方法，便于调试、修改及扩充，它主要包含三部分:通行协议部分、参数设置部分和自动运行控制部分，程序总的控制框图如图4所示。

图4 程序流程图

4.3 软件的可靠性设计

　　　软件的可靠性措施主要包括3个故障检测程序:

(1) 时间故障检测程序:将工序执行时间某一时间余量作为定时控制时间，超时则报警并停产；

(2) 信号比较检测程序:建立故障扫描时钟，使自动式在运行过程中能自动检测出各段单元，从而清除故障；

(3) 当纸板被卡主或重叠时，进行报警或减速停机。

5、结束语

　　　纸板成型过程的控制，由于PLC及相关的高性能设备引入，解决了繁冗工作生产，实现了全自动化的生产，其产品的质量和产量都得到了显著的tigao。总之在保证工艺控制要求和产品质量的情况下，大大tigao了生产效率，有很广阔的市场前景

一、PLC定义

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程

定义强调了PLC是：1 数字运算操作的电子系统——也是一种计算机

                           2 专为在工业环境下应用而设计

                           3 面向用户指令——编程方便

                           4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作

                           5 数字量或模拟量输入输出控制

                           6 易与控制系统联成一体

                           7 易于扩充

二、PLC特点

为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：

1. 可靠性高，抗干扰能力强

    工业生产对控制设备的可靠性要求：

①平均故障间隔时间长

②故障修复时间（平均修复时间）短

  任何电子设备产生的故障，通常为两种：

     ①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。

     ②性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。

如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能tigao平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

·硬件措施：

主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。

①    屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

②    滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

③    电源调整与保护——对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

④    隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。

⑤    采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。

·软件措施：

    有极强的自检及保护功能。

①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。

②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

③设置警戒时钟WDT（看门狗）——如果程序每循环执行时间超过了规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。

⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。

    PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1μS的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万～上千万小时；制成系统亦可达4～5万小时甚至更长时间。

2 .通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

3.功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

4.编程简单，容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。

5.减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代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，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24～128点。

三、PLC的应用范围

目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断tigao，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：

1.开关量逻辑控制

利用PLC基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机qunkong制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC基本的应用，也是PLC广泛的应用领域。

 2.运动控制

大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。

3.过程控制

大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。

4.数据处理

 现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。

 5.通信联网

 PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。

四、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。

    1．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。

    2．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、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，适用于复杂控制系统。

    （3）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。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。

3．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PLC——I/O点数< 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。

如：GE-I型     美国通用电气（GE）公司

    TI100      美国德洲仪器公司

    F、F1、F2  日本三菱电气公司

    C20 C40    日本立石公司（欧姆龙）

    S7-200     德国西门子公司

    EX20 EX40  日本东芝公司

    SR-20/21   中外合资无锡华光电子工业有限公司

(2). 中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K

如：S7-300     德国西门子公司

SR-400     中外合资无锡华光电子工业有限公司

SU-5、SU-6   德国西门子公司

C-500        日本立石公司

GE-Ⅲ        GE公司

  (3). 大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K

    如：S7-400  德国西门子公司

GE-Ⅳ   GE公司

C-2000  立石公司

K3      三菱公司等

    价格 几百到1000多，我喜欢用信捷的PLC，一体机，800多18点的

五、电器控制系统的组成

1 电器控制系统的组成

任何一个电器控制系统，都是由输入部分、输出部分和控制部分组成，如图1所示。

图1  电器控制系统的组成

其中输入部分是由各种输入设备，如按钮、位置开关及传感器等组成；控制部分是按照控制要求设计的，由若干继电器及触点构成的具有一定逻辑功能的控制电路；输出部分是由各种输出设备，如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成。电器控制系统是根据操作指令及被控对象发出的信号，由控制电路按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备去实现各种操作。由于控制电路是采用硬接线将各种继电器及触点按一定的要求连接而成，所以接线复杂且故障点多，同时不易灵活改变。

 2 PLC控制系统的组成

由PLC构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成。

   PLC控制系统的输入、输出部分和电器控制系统的输入、输出部分基本相同，但控制部分是采用“可编程”的PLC，而不是实际的继电器线路。因此，PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。

六、PLC的选型方法

    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，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，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。

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10～15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、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，tigaoPLC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。

(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，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。

(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(IEC6113123)，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0.2～0.4Ls，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tigao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)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。

(五)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，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。

七、PLC应用中需要注意的问题

    PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管PLC有可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要tigaoPLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家tigao设备的抗干扰能力;另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：

1.工作环境

(1)温度

   PLC要求环境温度在0~55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

(2)湿度

   为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。

(3)震动

   应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

(4)空气

   避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

(5)电源

   PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹的影响，容易使PLC接收到错误信息。

八、PLC的维修保养

一、 保养规程、设备定期测试、调整规定
（1） 每半年或季度检查PLC柜中接线端子的连接情况，若发现松动的地方及时重新坚固连接；
（2） 对柜中给主机供电的电源每月重新测量工作电压；
二、 设备定期清扫的规定
（1） 每六个月或季度对PLC进行清扫，切断给PLC供电的电源把电源机架、CPU主板及输入/输出板依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全部连接恢复后送电并启动PLC主机。认真清扫PLC箱内卫生；
（2） 每三个月更换电源机架下方过滤网；
三、 检修前准备、检修规程
（1） 检修前准备好工具；
（2） 为保障元件的功能不出故障及模板不损坏，必须用保护装置及认真作防静电准备工作；
（3） 检修前与调度和操作工联系好，需挂检修牌处挂好检修牌；
四、 设备拆装顺序及方法
（1） 停机检修，必须两个人以上监护操作；
（2） 把CPU前面板上的方式选择开关从“运行”转到“停”位置；
（3） 关闭PLC供电的总电源，然后关闭其它给模坂供电的电源；
（4） 把与电源架相连的电源线记清线号及连接位置后拆下，然后拆下电源机架与机柜相连的螺丝，电源机架就可拆下；
（5） CPU主板及I/0板可在旋转模板下方的螺丝后拆下；
（6） 安装时以相反顺序进行；
五、 检修工艺及技术要求
（1） 测量电压时，要用数字电压表或精度为1%的表测量
（2） 电源机架，CPU主板都只能在主电源切断时取下；
（3） 在RAM模块从CPU取下或插入CPU之前，要断开PC的电源，这样才能保证数据不混乱；
（4） 在取下RAM模块之前，检查一下模块电池是否正常工作，如果电池故障灯亮时取下模块PAM内容将丢失；
（5） 输入/输出板取下前也应先关掉总电源，但如果生产需要时I/0板也可在可编程控制器运行时取下，但CPU板上的QVZ（超时）灯亮；
（6） 拨插模板时，要格外小心，轻拿轻放，并运离产生静电的物品；
（7） 更换元件不得带电操作；
（8） 检修后模板安装一定要安插到位；

九、PLC的编程算法

  PLC中无非就是三大量：开关量、模拟量、脉冲量。

1、 开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF。它是常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC基本的应用。

   开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。所以，有时也称其为顺序控制。

而顺序控制又分为手动、半自动或自动。而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。

2、 模拟量是指一些连续变化的物理量，如电压、电流、压力、速度、liuliang等。

PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。

     由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。

     模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。同时还要有模拟量输入单元(A/D)，把这些标准的电信号变换成数字信号;模拟量输出单元(D/A)，以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。例如：

    PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。那么0—32767对应0—100℃的温度值。然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。如果想把温度值jingque到0.1℃，把327.67/10即可。

    模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。这些都是PLC内部数字量的计算过程。

3、 脉冲量是其取值总是不断的在0(低电平)和1(高电平)之间交替变化的数字量。每秒钟脉冲交替变化的次数称为频率。

    PLC脉冲量的控制目的主要是位置控制、运动控制、轨迹控制等。例如：脉冲数在角度控制中的应用。

十、PID（比例-积分-微分）控制器

    当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。

    在工程实际中，应用为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到jingque的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。