PLC控制系統(tǒng).doc

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PLC控制系統(tǒng) 1、簡(jiǎn)介 PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。 自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 可程式控制器在發(fā)表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡(jiǎn)稱PLC, 最先的目的是取代繼電器，從而執(zhí)行繼電器邏輯及其他計(jì)時(shí)或計(jì)數(shù)等功能的順序控制為主, 所以也稱順序控制器,其結(jié)構(gòu)也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC),直到1976年,美國(guó)電機(jī)制造協(xié)會(huì)正式給予命名為Programmable Controller, 即可程式控制器,簡(jiǎn)稱PC,由于目前個(gè)人電腦(Personal Computer)極為普遍, 加上常與可程式控制器配合使用,為了區(qū)分兩者, 所以一般都稱可程式控制器為PLC 以加以分別. 目前市面上之PLC控制器種類繁多,依照制造廠商及適用場(chǎng)所的不同而有所差異, 但是每種廠牌可依機(jī)組復(fù)雜度分為大、中、小型;而一般工廠及學(xué)校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我國(guó)A系列PLC較受國(guó)人愛(ài)用. 而本CAI將以三菱FX2 PLC控制器 為主加以介紹,望使用者能對(duì)PLC有更深的瞭解, 在使用PLC時(shí)能更得心應(yīng)手. 可程式控制器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可用下圖來(lái)表示, 其內(nèi)部處單元包括CPU、輸入模組、輸出模組三大部門, PLC控制器的CPU 會(huì)經(jīng)由輸入模組取得輸入元件所產(chǎn)生的訊號(hào), 再?gòu)挠洃涹w中逐一取出原先以程式書寫器中輸入的控制指令, 經(jīng)由運(yùn)算部門邏輯演算後,再將結(jié)果通過(guò)輸出模組加以驅(qū)動(dòng)外在的輸出元件. 1.1、PLC控制器的發(fā)展歷程 作為離散控制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC控制器年增長(zhǎng)率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC控制器市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC控制器是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC控制器只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC控制器的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC控制器的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC控制器每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC控制器，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC控制器使用另外一個(gè)CPU來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。 相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC控制器比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來(lái)，隨著PLC控制器價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC控制器進(jìn)行控制，PLC控制器在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC控制器在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用PLC控制器應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC控制器相對(duì)一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC控制器或定制PLC取代嵌入式控制器。 1.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC控制器在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC控制器最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC控制器可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC控制器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC控制器能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC控制器也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC控制器通信含PLC控制器間的通信及PLC控制器與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC控制器廠商都十分重視PLC控制器的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC控制器都具有通信接口，通信非常方便。[6] 1.3 PLC的輸出類型 PLC控制器數(shù)字量輸出類型分為：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出三種類型。 繼電器輸出 不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2A/點(diǎn)；但繼電器輸出方式不適用于高頻動(dòng)作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決 定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬(wàn)次至幾百萬(wàn)次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬(wàn)次以上，響應(yīng)時(shí)間為10ms。 晶體管輸出 適應(yīng)于高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶 DC 5—30V的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為0．5A/點(diǎn)，但每4點(diǎn)不得大于0.8A。 晶閘管輸出 晶閘管（可控硅）帶負(fù)載能力為0.2A/點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為1ms。 2 、PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.1 PLC的結(jié)構(gòu) PLC控制器實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。且各種PLC的組成結(jié)構(gòu)基本相同，主要有CPU，電源，儲(chǔ)存器和輸入輸出接口電路等組成。 中央處理單元 中央處理單元(CPU)是PLC控制器的控制中樞。中央處理器單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與儲(chǔ)存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口相連。CPU是PLC的核心，它不斷采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。它按照PLC控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高PLC控制器的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩種。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。現(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲(chǔ)器來(lái)作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。 電源 PLC控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V、12V、24V直流電源，使PLC能正常工作。 輸入輸出接口單元 PLC的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)輸入CPU；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。 PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時(shí)間比較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的輸入電源改為220V交流電源。 輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來(lái)控制外部負(fù)載。 擴(kuò)展接口和通信接口 PLC的擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過(guò)這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的PLC或是計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對(duì)話。 2.2 PLC的工作原理 1）掃描技術(shù) 當(dāng)PLC控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 2）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 3）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 4）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC控制器的真正輸出。 同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。 一般來(lái)說(shuō)，PLC控制器的掃描周期包括自診斷、通訊等，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 2.3 PLC的分類 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同。一般有以下幾種分類方法。 2.3.1 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 一般而言，處理I/O點(diǎn)數(shù)越多，控制關(guān)系就越復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量越大，要求PLC指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程也比較快。按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。 （1）小型機(jī) 小型機(jī)PLC的功能一般以開(kāi)關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K左右?，F(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備和開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。 典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。 （2）中型機(jī) 中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256到2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右。中型PLC不僅具有開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過(guò)程控制系統(tǒng)場(chǎng)合。 典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。 （3）大型機(jī) 大型機(jī)總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序儲(chǔ)存器容量達(dá)到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與大型PLC的輸入、輸出工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些PLC還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示，能夠表示過(guò)程的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺(tái)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過(guò)程自動(dòng)化控制和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。 典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。 2.3.2按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。 （1）整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CUP板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過(guò)擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本底，安裝方便。微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的S7-200系列。 （2）模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CUP模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個(gè)模塊功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。 目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。 整體式PLC每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。 2.3.3.按功能分類 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 高檔PLC除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 2.4 PLC的選型方法 隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。近年來(lái)，從美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列、上百種型號(hào)。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。 一、機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。 在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱?chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。 對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。 而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。 對(duì)于一個(gè)大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理；同時(shí)，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開(kāi)發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。 二、輸入/輸出的選擇 PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離，為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，一般情況下，PLC都有許多I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。 1、確定I/O點(diǎn)數(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)應(yīng)再增加10%～20%的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能。對(duì)于一個(gè)控制對(duì)象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。表1列出了典型傳動(dòng)設(shè)備及常用電氣元件所需的開(kāi)關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù)。 表1 典型傳動(dòng)設(shè)備及常用電氣元件所需的開(kāi)關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù) 序號(hào) 電氣設(shè)備、元件 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 序號(hào) 電氣設(shè)備、元件 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 1 Y-起動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī) 4 3 12 光電管開(kāi)關(guān) 2 - 2 單向運(yùn)行的籠型異步電動(dòng)機(jī) 4 1 13 信號(hào)燈 - 1 3 可逆運(yùn)行的籠型異步電動(dòng)機(jī) 5 2 14 撥碼開(kāi)關(guān) 4 - 4 單向變極電動(dòng)機(jī) 5 3 15 三檔波段開(kāi)關(guān) 3 - 5 可逆變極電動(dòng)機(jī) 6 4 16 行程開(kāi)關(guān) 1 - 6 單向運(yùn)行的直流電動(dòng)機(jī) 9 6 17 接近開(kāi)關(guān) 1 - 7 可逆運(yùn)行的直流電動(dòng)機(jī) 12 8 18 制動(dòng)器 - 1 8 單線圈電磁閥 2 1 19 風(fēng)機(jī) - 1 9 雙線圈電磁閥 3 2 20 位置開(kāi)關(guān) 2 - 10 比例閥 3 5 21 單向運(yùn)行的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 3 4 11 按鈕 1 - 22 可逆運(yùn)行的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 4 5 2、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口可從傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）接收信號(hào)。典型的交流輸入/輸出信號(hào)為24～240V，直流輸入/輸出信號(hào)為5～240V。 盡管輸入電路因制造廠家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除錯(cuò)誤信號(hào)的抖動(dòng)電路；免于較大瞬態(tài)過(guò)電壓的浪涌保護(hù)電路等。此外，大多數(shù)輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設(shè)有可選的隔離電路。 在評(píng)估離散輸出時(shí)，應(yīng)考慮熔絲、瞬時(shí)浪涌保護(hù)和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開(kāi)始時(shí)花費(fèi)較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。 3、模擬量輸入/輸出 模擬量輸入/輸出接口一般用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。這些接口可用于測(cè)量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。這些接口的典型量程為－10～+10V、0～+10V、4～20mA或10～50mA。 一些制造廠家在PLC上設(shè)計(jì)有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號(hào)如RTD、熱電偶等。一般來(lái)說(shuō)，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不同類型的熱電偶或RTD混合信號(hào)。 4、特殊功能輸人/輸出 在選擇一臺(tái)PLC時(shí)，用戶可能會(huì)面臨一些特殊類型且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實(shí)現(xiàn)的I/O限定如定位、快速輸入、頻率等。此時(shí)用戶應(yīng)當(dāng)考慮供銷廠商是否提供有特殊的有助于最大限度減小控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而使CPU從耗時(shí)的任務(wù)處理中解脫出來(lái)。 5、智能式輸入/輸出 當(dāng)前，PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入/輸出模塊。一般智能式輸入/輸出模塊本身帶有處理器，可對(duì)輸入或輸出信號(hào)作預(yù)先規(guī)定的處理，并將處理結(jié)果送入CPU或直接輸出，這樣可提高PLC的處理速度并節(jié)省存儲(chǔ)器的容量。 智能式輸入/輸出模塊有高速計(jì)數(shù)器（可作加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)）、凸輪模擬器（用作絕對(duì)編碼輸人）、帶速度補(bǔ)償?shù)耐馆喣M器、單回路或多回路的PID調(diào)節(jié)器、ASCII/BASIC處理器、RS-232C/422接口模塊等。表2歸納了選擇I/O模塊的一般規(guī)則。 表2 選擇PLC的I/O接口模塊的一般規(guī)則 I/O模塊類型 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或操作（舉例）說(shuō)明 離散輸入模塊和I/O模塊 選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、電路斷路器、接近開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、撥盤開(kāi)關(guān)輸入模塊用于接收ON/OFF或OPENED/CLOSED（開(kāi)/關(guān)）信號(hào)，離散信號(hào)可以是直流的，也可以是交流的 離散輸出模塊和I/O模塊 報(bào)警器、控制繼電器、風(fēng)扇、指示燈，揚(yáng)聲器、閥門、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、電磁線圈輸出模塊用于將信號(hào)傳遞到ON/OFF或OPENED/CLOSED（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備。離散信號(hào)可以是交流或直流 模擬量輸入模塊 溫度變送器、壓力變送器、濕度變送器、流量變送器、電位器將連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC處理器可接受的輸入值 模擬量輸出模塊 模擬量閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、圖表記錄器、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、模擬儀表將PLC處理器的輸出轉(zhuǎn)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用的模擬量信號(hào)（通常是通過(guò)變送器進(jìn)行） 特種I/O模塊 電阻、電偶、編碼器、流量計(jì)、I/O通信、ASCII、RF型設(shè)備、稱重計(jì)、條形碼閱讀器、標(biāo)簽閱讀器、顯示設(shè)備通常用作位置控制、PID和外部設(shè)備通信等專門用途 三、PLC存儲(chǔ)器類型及容量選擇 PLC系統(tǒng)所用的存儲(chǔ)器基本上由PROM、E-PROM及PAM三種類型組成，存儲(chǔ)容量則隨機(jī)器的大小變化，一般小型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力低于6KB，中型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可達(dá)64KB，大型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可上兆字節(jié)。使用時(shí)可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要來(lái)選用合適的機(jī)型，必要時(shí)也可專門進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)。 PLC的存儲(chǔ)器容量選擇和計(jì)算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲(chǔ)器的實(shí)際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照表4的公式來(lái)估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%～30%的裕量，獲取存儲(chǔ)容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶便可確定準(zhǔn)確的存儲(chǔ)容量。表3同時(shí)給出了存儲(chǔ)器容量的估算方法。 表3 控制目的估算存儲(chǔ)器容量的方法 控制目的 公式說(shuō)明 代替繼電路 M=Km（10DI+5D0）DI為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入信號(hào)；Do為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出信號(hào)；AI為模擬量輸入信號(hào)；Km為每個(gè)接點(diǎn)所點(diǎn)存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)；M為存儲(chǔ)器容量 模擬量控制 M=Km(10DI+5Do+100AI) 多路采樣控制 M=Km[10DI+5Do+100AI+(1+采樣點(diǎn)0.25) 四、軟件選擇 在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，PLC的編程問(wèn)題是非常重要的。用戶應(yīng)當(dāng)對(duì)所選擇PLC產(chǎn)品的軟件功能有所了解。通常情況下，一個(gè)系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，有些應(yīng)用系統(tǒng)也需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實(shí)現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度?？捎玫闹噶罴瘜⒅苯佑绊憣?shí)現(xiàn)控制程序所需的時(shí)間和程序執(zhí)行的時(shí)間。 五、支撐技術(shù)條件的考慮 選用PLC時(shí)，有無(wú)支撐技術(shù)條件同樣是重要的選擇依據(jù)。支撐技術(shù)條件包括下列內(nèi)容： 1、編程手段 便攜式簡(jiǎn)易編程器主要用于小型PLC，其控制規(guī)模小，程序簡(jiǎn)單，可用簡(jiǎn)易編程器。 CRT編程器適用于大中型PLC，除可用于編制和輸入程序外，還可編輯和打印程序文本。由于IBM-PC已得到普及推廣，IBM-PC及其兼容機(jī)編程軟件包是PLC很好的編程工具。目前，PLC廠商都在致力于開(kāi)發(fā)適用自己機(jī)型的IBM-C及其兼容機(jī)編程軟件包，并獲得了成功。 2、進(jìn)行程序文本處理 簡(jiǎn)單程序文本處理以及圖、參量狀態(tài)和位置的處理，包括打印梯形邏輯； 程序標(biāo)注，包括觸點(diǎn)和線圈的賦值名、網(wǎng)絡(luò)注釋等，這對(duì)用戶或軟件工程師閱讀和調(diào)試程序非常有用。 圖形和文本的處理。 3、程序儲(chǔ)存方式 對(duì)于技術(shù)資料檔案和備用資料來(lái)說(shuō)，程序的儲(chǔ)存方法有磁帶、軟磁盤或ＥＥＰＲＯＭ存儲(chǔ)程序盒等方式，具體選用哪種儲(chǔ)存方式，取決于所選機(jī)型的技術(shù)條件。 4、通信軟件包 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)或需用上位計(jì)算機(jī)管理的控制系統(tǒng)，有無(wú)通信軟件包是選用PLC的主要依據(jù)。通信軟件包往往和通信硬件一起使用，如調(diào)制解調(diào)器等。 六、PLC的環(huán)境適應(yīng)性 由于PLC通常直接用于工業(yè)控制，生產(chǎn)廠都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要給予充分的考慮。 一般PLC及其外部電路（包括I/O模塊、輔助電源等）都能在表4所列的環(huán)境條件下可靠工作。 表4 PLC的工作環(huán)境 序號(hào) 項(xiàng)目說(shuō)明 1 濕度工作溫度范圍為0～55℃，最高為60℃，貯存溫度范圍為-40～+85℃ 2 濕度相對(duì)濕度5%～95%*無(wú)凝結(jié)霜） 3 振動(dòng)和沖擊滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 4 電源采用220V交流電源，允許變化范圍為-15%～+15%，頻率為47～53Hz，瞬間停電保持10ms 5 環(huán)境周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體 3、常用PLC與生產(chǎn)廠家 我國(guó)有不少的廠家研制和生產(chǎn)過(guò)PLC，但是還沒(méi)有出現(xiàn)有影響力和較大市場(chǎng)占有率的產(chǎn)品，目前我國(guó)使用的PLC幾乎都是國(guó)外品牌的產(chǎn)品。 在全世界上百個(gè)PLC制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。它們是美國(guó)Rockwell自動(dòng)化公司所屬的A．B(Allen＆Bradly)公司、GE-Fanuc公司，德國(guó)的西門子(Siemens)公司和法國(guó)的施耐德(Schneider)自動(dòng)化公司，日本的三菱公司和歐姆龍(OMRON)公司。這幾家公司控制著全世界80%以上的PLC市場(chǎng)，它們的系列產(chǎn)品有其技術(shù)廣度和深度，從微型PLC到有上萬(wàn)個(gè)I/O(輸入，輸出)點(diǎn)的大型PLC應(yīng)有盡有。 3.1 常用的PLC產(chǎn)品 3.1.1 西門子可編程控制器 德國(guó)西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-1500、S7-400等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。 1. SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU可供選擇使用。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。 2. SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。 ? 模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用 ? 大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù) ? 由于簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式，結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活 ? 方便用戶和簡(jiǎn)易的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì) ? 當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可自由擴(kuò)展 ? 由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁 SIMATIC S7-300 的應(yīng)用領(lǐng)域包括： ? 專用機(jī)床 ? 紡織機(jī)械 ? 包裝機(jī)械 ? 通用機(jī)械工程應(yīng)用 ? 控制系統(tǒng) ? 機(jī)床 ? 樓宇自動(dòng)化 ? 電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。 ? 多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。 ? 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展 SIMATIC S7-300已經(jīng)得到以下國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證： ? DIN ? UL認(rèn)證 ? CSA認(rèn)證 ? FM1級(jí)1區(qū)，A、B、C、D組 ? 溫度組T4(≤135C) ? 船級(jí)認(rèn)證 美國(guó)船級(jí)社 法國(guó)船級(jí)社 挪威船級(jí)社 德國(guó)勞氏船級(jí)社 英國(guó)勞氏船級(jí)社 3. SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級(jí)和充分滿足需要。通過(guò)它，可以使用全集成自動(dòng)化 (TIA)，實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化解決方案。S7-400 是一個(gè)用于制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動(dòng)化平臺(tái)。它靈活的模塊化結(jié)構(gòu)和高度的性能裕量，使 S7-400 比所有其它的 PLC 遠(yuǎn)為優(yōu)越。 其性能為： 可支持多CPU運(yùn)行，多個(gè) CPU 在一個(gè) S7-400 中央控制器中同時(shí)運(yùn)行 通過(guò)多處理器計(jì)算擴(kuò)大 S7-400 的整體性能。例如，復(fù)雜的任務(wù)可以分解為各種技術(shù)，如開(kāi)環(huán)控制、計(jì)算或通訊，并分配給不同的 CPU。每個(gè) CPU 可賦與其本地的 I/O。 模塊化： 功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線和可以直接連接到 CPU 的通訊接口可以實(shí)現(xiàn)許多通訊線路的高性能操作。例如，這允許把一條通訊線路用于 HMI 和編程任務(wù)，一條通訊線路用于高性能和等距運(yùn)動(dòng)控制組件，一條通訊線路用于普通 I/O 現(xiàn)場(chǎng)總線。還可以執(zhí)行額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。 工程和診斷： 尤其是在使用采用高性能工程組件的大量自動(dòng)化解決方案時(shí)，使用 SIMATIC 工程工具可以極為有效地組態(tài)和編程 S7-400。為此，提供有可高級(jí)語(yǔ)言（如 SCL）、用于順序控制的圖形工程工具、狀態(tài)圖和技術(shù)功能圖。 S7-400H 采用冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)。 適合對(duì)故障安全要求很高的應(yīng)用。 滿足重啟動(dòng)費(fèi)用高、昂貴的停機(jī)、極少的監(jiān)控以及很少的維護(hù)的過(guò)程應(yīng)用。 冗余的集中功能。 提高 I/O 的可用性：網(wǎng)管型 I/O 配置。 也可作為標(biāo)準(zhǔn) I/O 使用：?jiǎn)芜吪渲谩? 熱后備：發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切換到備用設(shè)備。 采用 2 個(gè)獨(dú)立機(jī)架或一個(gè)分開(kāi)的中央機(jī)架進(jìn)行配置 經(jīng)過(guò)冗余 PROFIBUS-DP 來(lái)連接切換的 I/O。 S7-400F/FH 故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，大大提高了工廠生產(chǎn)過(guò)程的安全性 符合 IEC 61508 SIL3、DIN V 19250 AK6 和 EN 954-1 Cat.4 等安全要求。 如果需要，也可通過(guò)冗余設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò) 安全相關(guān)的 I/O 不增加接線: 通過(guò)采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 進(jìn)行安全通訊 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和 ET 200M 標(biāo)準(zhǔn)模塊可以使用在自動(dòng)化系統(tǒng)的非故障安全型應(yīng)用場(chǎng)合 隔離模塊，用于在一個(gè) ET 200M 的安全模式中組合使用故障安全型模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。 4. SIMATIC S7-1200 可編程控制器 SIMATIC S7-1200 可編程控制器相當(dāng)于普通的S7-200控制器，但是S7-200的替代，作為中低端的小型 PLC 產(chǎn)品線，其硬件結(jié)構(gòu)由緊湊模塊化結(jié)構(gòu)組成，系統(tǒng) IO 點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量，均比 S7-200 多出 30%，充分滿足市場(chǎng)的針對(duì)小型 PLC 的需求。 SIMATIC S7-1200 PLC具有卓越的靈活性和可擴(kuò)展性，同時(shí)集成高級(jí)功能，如高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、運(yùn)動(dòng)控制等。在研發(fā)過(guò)程中充分考慮了系統(tǒng)、控制器、人機(jī)界面和軟件的無(wú)縫整合和高效協(xié)調(diào)的需求。SIMATIC S7-1200 集成了PROFINET接口，使得編程、調(diào)試過(guò)程以及控制器和人機(jī)界面的通信可以全面地使用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，并對(duì)現(xiàn)有的PROFIBUS系統(tǒng)的升級(jí)提供了很好的支持。 同時(shí)，SIMATIC S7-1200 小型控制器的設(shè)計(jì)具備可擴(kuò)展性和靈活性，使其能夠精確完成自動(dòng)化任務(wù)對(duì)控制器的復(fù)雜要求。CPU本體可以通過(guò)嵌入輸入/輸出信號(hào)板完成靈活擴(kuò)展?！靶盘?hào)板” 是S7-1200的一大亮點(diǎn)，信號(hào)板嵌入在CPU模塊的前端，可以提供兩個(gè)數(shù)字量輸入/數(shù)字量輸出接口或者一個(gè)模擬量輸出。這一特點(diǎn)使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，配置靈活。同時(shí)通過(guò)獨(dú)立的RS-232 或 RS-485通信模塊可實(shí)現(xiàn)S7-1200通信靈活擴(kuò)展。 5、SIMATIC S7-1500 可編程控制器 作為新一代大中型PLC，S7-1500比S7-300/400的各項(xiàng)指標(biāo)有很大的提高。CPU1516-3PN編程用的塊的總數(shù)最多為6000個(gè)，數(shù)據(jù)塊最大5MB，F(xiàn)B、FC、OB最大512KB。用于程序的工作存儲(chǔ)器5MB，用于數(shù)據(jù)的工作存儲(chǔ)器1MB；插槽式裝載存儲(chǔ)器（SIMATIC存儲(chǔ)卡）最大2GB，可存儲(chǔ)項(xiàng)目數(shù)據(jù)、歸檔、配方和有關(guān)的文檔；S7定時(shí)器、計(jì)數(shù)器分別有2048個(gè)，IEC定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的數(shù)量不受限制；位存儲(chǔ)器（M）16KB；I/O模塊最多8192個(gè)，過(guò)程映像分區(qū)最多32個(gè)，過(guò)程映像輸入、輸出分別為32KB；每個(gè)機(jī)架最多32個(gè)模塊；運(yùn)動(dòng)控制功能最多支持20個(gè)速度控制軸、定位軸和外部編碼器，有高速計(jì)數(shù)和測(cè)量功能。 3.1.2 AB：ROCKWELL-羅克韋爾自動(dòng)化 羅克韋爾自動(dòng)化(中國(guó))有限公司(NYSE: ROK)是全球最大的致力于工業(yè)自動(dòng)化與信息化的公司，致力于幫助客戶提高生產(chǎn)力，以及世界可持續(xù)發(fā)展。羅克韋爾自動(dòng)化總部位于美國(guó)威斯康星州密爾沃基市，在全球80多個(gè)國(guó)家設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。在中國(guó)設(shè)有37個(gè)銷售機(jī)構(gòu)（包括香港和臺(tái)灣地區(qū)），5個(gè)培訓(xùn)中心，1個(gè)位于上海的全球研發(fā)中心，大連軟件開(kāi)發(fā)中心，深圳、上海和北京OEM應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心，位于上海和哈爾濱的三個(gè)生產(chǎn)基地。 AB的PLC目前主要分5類： 1. 低端為MicroLogix1500，編程軟件為RS Logix500。目前最新版本為 V6.0。 2.中端小型機(jī)為SLC500，編程軟件為RS Logix500。目前最新版本為 V6.0。可以支持多種網(wǎng)絡(luò)，最多支持4096點(diǎn)I/O. 3. 中端新貴族則為CompactLogix，編程軟件為RS Logix5000。目前最新版本為V13.0。 4.高端主流機(jī)型為ControlLogix5000，編程軟件為RS Logix5000。目前最新版本為 V13.0。最大支持128K點(diǎn)I/O. 功能十分強(qiáng)大，甚至西門子S7-400H都不能相比。 5.高端老機(jī)型為PLC-5，編程軟件為RS Logix5。目前最新版本為V5.5。 PLC-5基本上已經(jīng)停止生產(chǎn)了，目前只是備件供應(yīng)。其地位將完全由ControlLogix5000替代，約于08年以前停止備件供應(yīng)。 1、SLC500系列PLC（中型控制系統(tǒng)） 型號(hào)多以1746、1747開(kāi)頭。屬于中型PLC系統(tǒng)，應(yīng)用非常廣泛。Allen-Bradley SLC 500 PLC是一個(gè)基于機(jī)架的中型控制系統(tǒng)，由控制器、離散量模塊、模擬量模塊和特殊輸入輸出模塊、外圍設(shè)備組成。 SLC 500系列功能強(qiáng)大、配置靈活，可以提供廣泛的通訊配置、特點(diǎn)和內(nèi)存選項(xiàng)。RSLOGIX 500梯形圖邏輯編程軟件包提供了靈活的編輯器、點(diǎn)擊式的輸入輸出配置、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器，此外還帶有診斷和排錯(cuò)工具以節(jié)省項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間和最大限度提高效率。 簡(jiǎn)單易用、高效的編程軟件 RSLOGIX 500 經(jīng)由其簡(jiǎn)單易用的編輯器、點(diǎn)擊式配置方式、強(qiáng)大的診斷和排錯(cuò)功能，RSLOGIX 500融合了最新的技術(shù)以幫助用戶提高性能和減少開(kāi)發(fā)的時(shí)間。它直觀的界面以及穩(wěn)定的可靠性轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的增長(zhǎng)。RSLOGIX500允許建立、修改、監(jiān)控應(yīng)用程序，使得編程工作大為簡(jiǎn)化。 2、ControlLogix控制系統(tǒng) Controllogix集中了Logix通用平臺(tái)的多種優(yōu)點(diǎn)---通用的編程環(huán)境、通用的通訊網(wǎng)絡(luò)、通用的控制引擎---提供了一個(gè)既能滿足您高性能應(yīng)用需求又易于使用的環(huán)境。Controllogix在編程軟件、控制器和輸入輸出諸方面的緊密集成降低了在試運(yùn)行和正常操作的開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。 Controllogix系統(tǒng)以緊湊的、經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品提供離散控制、驅(qū)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、安全控制、便利的通訊連接、藝術(shù)級(jí)的輸入輸出功能。Controllogix系統(tǒng)是模塊化的系統(tǒng)，您能有效的設(shè)計(jì)、建立和修改它，這有助于在培訓(xùn)和工程方面顯著的降低成本。 真正意義上的冗余控制器結(jié)構(gòu)提供無(wú)擾動(dòng)切換和高可靠性。 提供眾多的通訊選擇、更多的模擬量、數(shù)字量和特殊輸入輸出模塊。 Controllogix產(chǎn)品通過(guò)了TUV認(rèn)證，能夠應(yīng)用于SIL 2要求的項(xiàng)目中。 Controllogix內(nèi)容容量最大可擴(kuò)展到8M，Controllogix控制器支持高標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制應(yīng)用，提供了在一個(gè)單一的集成環(huán)境中對(duì)運(yùn)動(dòng)控制指令進(jìn)行高速處理的功能。 Controllogix提供了模塊化的通訊網(wǎng)絡(luò)連接選擇，您根據(jù)您的需要購(gòu)買相應(yīng)的通訊模塊即可；提供時(shí)間同步能力，這個(gè)在第一故障條件和過(guò)程順序應(yīng)用中是特別重要的；可以根據(jù)應(yīng)用要求，選用不同存儲(chǔ)容量的Controllogix控制器。可用CompactFlash卡做程序的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。 3、 MicroLogix系列產(chǎn)品 主要提供三種不同級(jí)別的可編程控制器，分別是： MicroLogix1000,MicroLogix1200、MicroLogix1500。 MicroLogix1000體積小巧、功能全面、是小型控制系統(tǒng)的理想選擇； MicroLogix1200能夠在空間有限的環(huán)境中，為用戶提供強(qiáng)大的控制功能，滿足不同應(yīng)用項(xiàng)目的需要； MicroLogix1500不僅功能完善，而且還能根據(jù)應(yīng)用項(xiàng)目的需要進(jìn)行靈活擴(kuò)展，適用于要求較高的控制系統(tǒng)。 4、CompactLogix PLC 提供面向低端到中型應(yīng)用的Logix解決方案。典型的應(yīng)用包括設(shè)備級(jí)別的控制應(yīng)用（只要求有限的輸入輸出數(shù)量以及有限的通訊要求）。 Compactlogix1769-L31提供兩個(gè)串行通訊接口。1769-L32C和1769-L35CR控制器提供一個(gè)集成的ControlNet通訊口。1769-L32E和1769-L35E提供一個(gè)集成的以太網(wǎng)接口。 CompactLogix PLC系統(tǒng)支持：從中心CompactLogix控制器通過(guò)EtherNet/IP、控制網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)來(lái)遠(yuǎn)程控制輸入輸出和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的分布式控制。通過(guò)將CompactLogix控制器連接到EtherNet/IP以太網(wǎng)或ControlNet控制網(wǎng)，您可以以很低的成本將一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)項(xiàng)目集成到一個(gè)工廠范圍控制系統(tǒng)中去。比如：您可以使用1769-L35E控制器連接數(shù)量眾多的產(chǎn)品，如Allen-Bradley PanelView Plus操作員界面、Point I/O、和PowerFlex 70驅(qū)動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)全范圍的集成解決方案。 3.1.3 日本三菱 三菱PLC以其高性能，低價(jià)格應(yīng)和了中國(guó)工控行業(yè)的需要，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。三菱PLC產(chǎn)品系列十分豐富，可以廣泛的滿足不同用戶的需要。三菱電機(jī)公司的PLC產(chǎn)品主要有以下幾個(gè)系列： FX1S系列：三菱PLC是一種集成型小型單元式PLC。且具有完整的性能和通訊功能等擴(kuò)展性。如果考慮安裝空間和成本是一種理想的選擇。 FX1N系列：是三菱電機(jī)推出的功能強(qiáng)大的普及型PLC。最多可達(dá)128點(diǎn)控制，具有擴(kuò)展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴(kuò)展性。是一款廣泛應(yīng)用于一般的順序控制PLC。 FX2N系列：是三菱PLC是FX家族中最先進(jìn)、最高級(jí)的系列。具有高速處理及可擴(kuò)展大量滿足單個(gè)需要的特殊功能模塊等特點(diǎn)，為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。它擁有無(wú)以匹及的速度、更高級(jí)的功能、邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)，F(xiàn)X2N是從16到256路輸入、輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。 三菱FX2N系列PLC的性能： 控制規(guī)模：16~256點(diǎn) 內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K CPU運(yùn)算處理速度0.08μS/基本指令 在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊 基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高20kHz定位功能(晶體管輸出型） FX3U系列：是三菱電機(jī)公司新近推出的新型第三代PLC，可能稱得上是小型至尊產(chǎn)品?；拘阅艽蠓嵘?，晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。FX3U系列產(chǎn)品為FX2N替代產(chǎn)品，F(xiàn)X2N系列產(chǎn)品2012年12月三菱電機(jī)不再供貨。以后大家都會(huì)選用FX3U系列產(chǎn)品。 三菱PLC-FX3U系列產(chǎn)品介紹： ? FX3U系列PLC第三代微型可編程控制器，內(nèi)置高達(dá)64K大容量的RAM存儲(chǔ)器。 ? 內(nèi)置業(yè)界最高水平的高速處理0.065μS/基本指令。 ? 控制規(guī)模:16~384(包括CC-LINK I/O)點(diǎn)。 ? 內(nèi)置獨(dú)立3軸100kHz定位功能(晶體管輸出型)。 ? 基本單元左側(cè)均可以連接功能強(qiáng)大簡(jiǎn)便易用的適配器。 ? 內(nèi)置的編程口可以達(dá)到115.2kbps 的高速通信，而且最多可以同時(shí)使用3 個(gè)通信口。 ? 通過(guò)CC-Link 網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)最高84 點(diǎn)（包括遠(yuǎn)程I/O 在內(nèi)）的控制。 ? 模塊上可以進(jìn)行軟元件的監(jiān)控、測(cè)試，時(shí)鐘的設(shè)定。 ? FX3U系列還可以將該顯示模塊安裝在控制柜的面板上。 ? FX3U系列PLC編程軟件：需要GX Developer 8.23Z 以上版本。 4、FX3G系列： 是三菱電機(jī)公司新近推出的新型第三代三菱PLC，基本單元自帶兩路高速通訊接口（RS422&USB，內(nèi)置高達(dá)32K大容量存儲(chǔ)器，標(biāo)準(zhǔn)模式時(shí)基本指令處理速度可達(dá)0.21μs，控制規(guī)模:14~256點(diǎn)（包括CC-LINK網(wǎng)絡(luò)I/O），定位功能設(shè)置簡(jiǎn)便（最多三軸），基本單元左側(cè)最多可連接4臺(tái)FX3U特殊適配器，可實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，可設(shè)置兩級(jí)密碼，每級(jí)16字符，增強(qiáng)密碼保護(hù)功能。 FX1NC FX2NC FX3UC三菱PLC：在保持了原有強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了極為可觀的規(guī)?？s小I/O型接線接口降低了接線成本，并大大節(jié)省了時(shí)間。 Q系列三菱PLC： 三菱電機(jī)公司推出的大型PLC，CPU類型有基本型CPU，高性能型CPU，過(guò)程控制CPU，運(yùn)動(dòng)控制CPU，冗余CPU等。可以滿足各種復(fù)雜的控制需求。三菱電機(jī)中國(guó)事業(yè)的快速發(fā)展，為了更好地滿足國(guó)內(nèi)用戶對(duì)三菱PLC，Q系列產(chǎn)品高性能、低成本的要求，三菱電機(jī)自動(dòng)化特推出經(jīng)濟(jì)型QUTESET型三菱PLC，即一款以自帶64點(diǎn)高密度混合單元的5槽Q00JCOUSET；另一款自帶2塊16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入及2塊16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指標(biāo)與Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等軟件，故具有極佳的性價(jià)比。 A系列三菱PLC：使用三菱專用順控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32個(gè)PID回路。而QnASCPU的回路數(shù)目無(wú)限制，可隨內(nèi)存容量的大小而改變；程序容量由8K步至124K步，如使用存儲(chǔ)器卡，QnASCPU則內(nèi)存量可擴(kuò)充到2M字節(jié)；有多種特殊模塊可選擇，包括網(wǎng)絡(luò)，定位控制，高速計(jì)數(shù)，溫度控制等模塊。 3.1.4 GE PLC