第七章可编程序控制器系统硬件设计（课件）-《电器及PLC控制技术》同步教学（北京邮电大学出版社）

第七章可编程序控制器系统硬件设计 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 系统硬件设计必须根据控制对象而定，应包括控制对象的工艺要求、设备状况、控制功能、I/O点数，并据此构成比较先进的控制系统。 （1）工艺要求 工艺要求是系统设计的主要依据，也是控制系统所要实现的最终目的，所以在进行系统设计之前，必须清楚了解控制对象的工艺要求。不同的控制对象，其工艺要求也不相同。如果要实现的是单一设备控制，其工艺要求就相对简单；如果实现的是整个车间或全厂的控制，其工艺要求就会比较复杂。 （2）设备状况 工艺要求清楚后，还要掌握控制对象的设备状况，设备状况应满足整个工艺要求。对控制系统来说，设备又是具体的控制对象，只有掌握了设备状况，对控制对象的设计才有了基本的依据。在实际应用中，既有新产品或新的生产流水线控制系统的设计，又有老系统的改造设计，因此在掌握设备状况时，既要掌握设备的种类、多少，也要掌握设备的新旧程度。 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 （3）控制功能 根据工艺要求的设备状况就可提出控制系统应实现的控制功能。控制功能也是控制系统设计的重要依据。只有掌握了要实现的控制功能，才能据此设计系统的类型、规模、机型、模块、软件等内容。常见的控制功能有连续操作、单周操作、单步操作、人机操作、复位操作等，其中连续操作、单周期操作、单步操作属于自动操作，分别满足不同情况下的动作要求。 （4）I/O点数 根据工艺要求、设备状态和控制功能，可以对系统硬件设计形成一个初步的方案。但要进行详细设计，则要对系统的I/O点数和种类有一个精确的统计，以便确定系统的规模、机型和配置。在统计I/O点数时，要分清输入和输出、数字量和模拟量、各种电压电流等级等内容。I/O点数应按实际需要的I/O点数再加上20%～30%的备用量确定。 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 （5）系统的先进性 在系统设计中，除了要考虑上述部分的内容外，还要考虑所构成的控制系统的先进性，以满足系统扩展灵活、性能优越的需要。 一、可编程序控制器的选型 PLC的选用与继电接触器控制系统的元件选用不同，继电接触器控制系统元件的选用必须在设计结束后才能确定出各种元件的型号、规格和数量，以及确定控制台、控制柜的大小等。而PLC的选用则在系统设计的开始即可根据提供的资料及工艺要求等预先进行。 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 在选择PLC的信号时一般从以下几个方面来考虑。 （一）功能合理 PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要。控制系统需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC，兼顾维修、备件的通用性。 对于小型单机仅需要开关量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足控制要求。 到了20世纪90年代，小型、中型和大型PLC已普遍可以进行PLC与PLC、PLC与上位机的通信与联网，且具有数据处理、模拟量控制等功能，例如三菱FX系列PLC。因此在功能选择方面要着重注意特殊功能的需要，就是要选择具有所需功能的PLC主机和根据需要选择相应的模块，如开关量的输入/输出模块、模拟量的输入/输出模块、定位控制模块、高速计数模块、通信联网模块和人机界面模块等。 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 （二）I/O点数 准确地统计出被控设备对输入/输出点数的总需求量是PLC选型的基础。把各输入设备和被控设备详细列出，然后在实际统计出I/O点数的基础上加上20%～30%的备用量，以便以后系统调整和扩展。 多数小型PLC为整体式，除了按点数分成许多档次外，还有扩展单元。FX2N系列PLC主机分为16、32、48、64、80、128点六档，还有多种扩展模块和单元。 模块式结构的PLC采用主机模块和输出模块、功能模块组合使用的方法。根据需要，选择和灵活组合使用主机和I/O模块。 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 （三）输入/输出信号性质 除决定好I/O点数外，还要注意输入/输出信号的性质、参数等。例如，输入信号电压的类型、等级和变化率，信号源是电压输出型还是电流输出型，是NPN输出型还是PNP输出型等，还要注意输出端的负载特点，选择相应的机型和模块。 （四）响应时间要求 对于大多数应用场合来说，PLC的响应时间不是主要的问题。响应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。PLC的顺序扫描工作方式使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。为此，需要选取扫描速度高的PLC。FX2N系列PLC中基本指令处理时间为008μs指令，应用指令处理时间为152至几百μs/指令。 第一节 可编程序控制器系统硬件设计 （五）程序存储器容量 PLC的程序存储器容量通常以字或步为单位。PLC的程序步是由一个字构成的，即每个程序步占一个存储器单元。 系统设计时可以预先估计用户程序存储器的容量。对于开关量控制系统，用户