電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計

電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計,電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計,電磁離合器,性能,機能,測試,控制,節(jié)制,部分,部份,設(shè)計 xxxxxx畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計 學 院： xxxxxx 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： xxxxxx 姓 名： xxxxxx 指導教師： xxxxxx 完成日期： 2012年5月28日 xxxxxx畢業(yè)論文（設(shè)計）任務書論文（設(shè)計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計 學號： xxxxxx 姓名： xxxxxx 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求1.內(nèi)容簡介： 基于PLC的電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計 2.基本要求： （1）翻譯一篇不少于3000字的外文文獻 （2）畫出有CPU接線圖 （3）各程序圖要求清晰明了 （4）畢業(yè)設(shè)計論文，要求不少于1.5萬字 2、 重點研究的問題 主要研究的問題包括以下幾個方面： 1.從實際出發(fā)了解電磁離合器轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)的工作流程。 2.參考工作流程，確定控制方案及要用到的元器件。 3.了解各元器件的功能和工作原理，完成相應的硬件設(shè)計以及元器件的接線。 4.編寫控制程序并對其進行模擬仿真分析結(jié)果。 三、進度安排序號各階段完成的內(nèi)容完成時間1查閱相關(guān)文獻資料二月初到二月底2通過閱讀文獻資料完成開題報告三月上旬至三月中旬3完成畢業(yè)設(shè)計說明書和外文文獻翻譯三月下旬至四月中旬4完成設(shè)計圖的繪制和相關(guān)的仿真分析四月下旬至五月上旬5寫出初稿五月上旬6修改，寫出第二稿五月中旬7寫出正式稿，定稿五月下旬8答辯五月底四、應收集的資料及主要參考文獻王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術(shù)M.北京航空航天大學出版社，2008 方大千.變頻器、軟起動器及PLC實用技術(shù)問答M.人民郵電出版社，2007. 劉瑞華.S7系列PLC與變頻器綜合應用技術(shù)M.中國電力出版社，2009. 鄭鳳翼.圖解西門子S7-200系列PLC入門M.電子工業(yè)出版社，2009. 任國熊、任致程.特種變頻器實用手冊M.中國電力出版社，2006. 吳宗澤、羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.高等教育出版社，2006. 熊詩波、黃長藝.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)M.機械工業(yè)出版社，2006. 殷洪義、吳建華.PLC原理與實踐M.清華大學出版社，2008. 陳忠平、周少華西門子S7-200系列PLC自學手冊M.人民郵電出版社，2008. 鄭鳳翼、金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應用88例M.電子工業(yè)出版社，2009. 湖南湘儀動力測試儀器有限公司.JC系列轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器使用說明書. 西門子(中國)有限公司.MICROMASTER440通用型變頻器使用大全. 李華棟.基于數(shù)字信號控制器的磁電式相位差轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究J.重慶大學 碩士學位論文，2006. 羅穩(wěn)剛.電梯PLC控制設(shè)計J.成都電子機械高等?？茖W校，2007. xxxxxx畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表學號 xxxxxx 姓名 吳 滔 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計 評價項目評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設(shè)計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評 價評閱人： 年 月 日 xxxxxx 畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見 學號： xxxxxx 姓名： 吳 滔 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 70 頁 圖 表 1 張論文（設(shè)計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設(shè)計 內(nèi)容提要： 隨著科學技術(shù)的進步和生產(chǎn)力的發(fā)展，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量技術(shù)已在電機、汽車、船舶運輸、柴油機、化工機械、石油工業(yè)、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量是各種機械產(chǎn)品的開發(fā)研究、測試分析、質(zhì)量檢驗、型式鑒定和節(jié) 能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內(nèi)容。因此，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研 制和生產(chǎn)情況，也就表征了一個國家的基礎(chǔ)工業(yè)和科學研究的現(xiàn)代化水平。 本文介紹了可編程控制器的特點及工作原理，詳細闡述了變頻器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn) 速傳感器以及一些電器元件的特點。同時描述了西門子S7-200系列PLC在本系統(tǒng) 中的應用，確定了以西門子S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)，完成了對電磁離合器轉(zhuǎn) 矩測量系統(tǒng)的集中控制。指導教師評語指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日 目 錄第1章緒論11.1電磁離合器概述11.2課題背景及意義11.3國內(nèi)外基本研究情況11.3.1 轉(zhuǎn)矩測量的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3.2 PLC控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.4課題的主要研究內(nèi)容2第2章 PLC 可編程序控制器32.1 PLC的起源和發(fā)展32.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較52.2.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較52.2.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較52.2.3 PLC控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較72.3 PLC控制系統(tǒng)的組成72.3.1 硬件的組成72.3.2 軟件的組成102.4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢13第三章 元器件選型153.1 PLC選型153.1.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算153.1.2 存儲器容量的估算153.1.3 控制功能的選擇163.1.4 機型的選擇173.1.5 CPU226及EM235介紹193.2 I/O地址分配與擴展I/O的地址分配193.2.1 本機最大I/O配置193.2.2 I/O點數(shù)擴展和編址203.2.3 本設(shè)計I/O地址分配表213.3變頻器選型213.3.1 變頻器介紹213.3.2 變頻器的調(diào)速223.3.3 變頻器選型原則223.3.4 MM440變頻器介紹253.3.5 MM440 特點253.3.6 MM440 控制端子介紹273.4 傳感器選型293.4.1 傳感器簡介293.4.2 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器工作原理303.4.3 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器選型依據(jù)313.5扭矩儀33第四章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計344.1程序設(shè)計說明344.2 轉(zhuǎn)矩調(diào)零程序設(shè)計344.3測量系統(tǒng)控制程序設(shè)計364.3.1測量系統(tǒng)工作流程364.3.2模擬量控制編程方法364.3.3轉(zhuǎn)矩傳感器電機控制374.3.4測量過程控制程序384.4 故障報警電路設(shè)計39第五章設(shè)計總結(jié)435.1本設(shè)計研究結(jié)論435.2設(shè)計存在的問題和展望43致謝44參考文獻45附錄 程序語句46附錄 CPU226接線圖49 摘要隨著科學技術(shù)的進步和生產(chǎn)力的發(fā)展，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量技術(shù)已在電機、汽車、船舶運輸、柴油機、化工機械、石油工業(yè)、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量是各種機械產(chǎn)品的開發(fā)研究、測試分析、質(zhì)量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內(nèi)容。因此，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)情況，也就表征了一個國家的基礎(chǔ)工業(yè)和科學研究的現(xiàn)代化水平。本文介紹了可編程控制器的特點及工作原理，詳細闡述了變頻器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器以及一些電器元件的特點。同時描述了西門子S7-200系列PLC在本系統(tǒng)中的應用，確定了以西門子S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)，完成了對電磁離合器轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)的集中控制。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量，PLC，電磁離合器ABSTRACTAlong with the progress in science and technology and the development of productive forces，torque and rotational speed measurement technology is widelyapplied in motor,automobile，marine transportation,diesel engine,chemical machinery,petroleum industry,metallurgy,etcThe torque and rotational speed measurement is necessary for mechanical productsdevelopment and research，test and analysis，quality test,pattern appraisal and energy conservation,security and optimized control.Therefore,the development and production of torque and rotational speed measuremant system also represent the modem level of a countrys basic industry and the scientific researchThis paper provides an overview of featuers and working principle of the Programmable Logic Controller, elaborated the features of iverter, sensor and other electrical componets. Also describes the Siemens S7-200 series PLC in this system, established Siemens S7-200PLC as the core control system, completed the centralized control of electromagnetic clutch torque measurement system.Keywords: Torque and tational speed measurement,PLC，Electromagnetic clutch第1章緒論1.1電磁離合器概述電磁離合器主要應用于機械傳動系統(tǒng)中，可在主動部分運轉(zhuǎn)的情況下，使從動部分與主動部分結(jié)合或分離。它有著高速響應、耐久性強、組裝維護容易，使用簡單、動作確實等特點。電磁離合器的動作是通過電磁線圈驅(qū)動離合盤吸合與分開。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。1.2課題背景及意義 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量是各種機械產(chǎn)品的開發(fā)研究、測試分析、質(zhì)量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內(nèi)容。通過測量機械設(shè)備的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，可以分析研究零件、機構(gòu)的受力狀況和某些物理現(xiàn)象的機理。因此，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量及分析是保證各種生產(chǎn)及輔助設(shè)備安全正常運行、節(jié)省能源、提高系統(tǒng)效率的重要手段。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速在線監(jiān)測對減少非計劃檢修時間，快速分析產(chǎn)生事故及故障的原因，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益都有重要意義。隨著科學技術(shù)的進步和生產(chǎn)力的發(fā)展，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量技術(shù)已在電機、汽車、船舶運輸、交通、柴油機、化工機械、石油、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。在市場經(jīng)濟激烈的競爭下，許多機械新產(chǎn)品既要向更大功率、更高速度、更高效率的方向發(fā)展，又要向更小的設(shè)計裕度方向加速發(fā)展，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量能為旋轉(zhuǎn)機械的設(shè)計提供科學數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量應用在自適應控制系統(tǒng)中，可為自適應控制系統(tǒng)提供控制信號；轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量是檢驗各類動力機械功率輸出是否達到設(shè)計標準的必要手段；對于一些大型的、關(guān)鍵的、無儲備的動力機械設(shè)備來說，由于他們的意外停車或故障將造成極大的危害，而轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量可對這些設(shè)備的運行進行狀態(tài)監(jiān)測和故障識別，做到提前預警，避免危害。此外，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量在作為節(jié)能指示器，多主機系統(tǒng)的動力平衡指示器等方面都有著廣泛應用。隨著轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量的廣泛應用，市場對轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)也提出了越來越高的要求：由靜態(tài)測試轉(zhuǎn)向動態(tài)在線檢測；由間接測量轉(zhuǎn)向直接測量；由單功能轉(zhuǎn)向多功能，包括自補償、自修正、自適應、自診斷、遠程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶；要求系統(tǒng)微型化、數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡化；要求轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的檢測與動力裝置的控制相結(jié)合，達到轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸出功率的優(yōu)化配置。 1.3國內(nèi)外基本研究情況1.3.1 轉(zhuǎn)矩測量的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀轉(zhuǎn)矩的測量，按原理可分為：傳遞類(扭軸類或轉(zhuǎn)矩計類)，平衡力類(支反力類或測功機類)，能量轉(zhuǎn)換類(間接測量法)等三類。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代實驗工作中，大多數(shù)都采用傳遞類轉(zhuǎn)矩測量法。轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)主要包括兩方面：一是傳感器，二是測量系統(tǒng)?，F(xiàn)階段應用最為廣泛的傳遞類轉(zhuǎn)矩測量手段是采用傳感器測量。國外轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)總體說來發(fā)展較早，技術(shù)水平也較為先進。但近幾年來，國內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)經(jīng)過廣大科研技術(shù)人員的不斷努力，也取得了迅速的發(fā)展。1.3.2 PLC控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。 目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。 著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE（Telemecanique）公司等。 我國的PLC研制、生產(chǎn)和應用也發(fā)展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進了不少國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計中，PLC的應用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟效益，PLC在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。 目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。1.4課題的主要研究內(nèi)容本次設(shè)計的大體內(nèi)容是運用PLC配合變頻器和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器來控制電磁離合器轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)。要完成以上要求，本論文具體內(nèi)容包括以下幾個方面：從實際出發(fā)，了解電磁離合器轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)的工作流程。參考工作流程，確定控制方案及要用到的元器件。了解各元器件的功能和工作原理，完成相應的硬件設(shè)計以及元器件的接線。編寫控制程序，并對其進行模擬仿真分析結(jié)果。第2章 PLC 可編程序控制器2.1 PLC的起源和發(fā)展在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯捎奢斎腚娐?，控制電路，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場這4個部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關(guān)，限位開關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用以向系統(tǒng)送入控制信號。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對象，如電動機，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導線將各個分立的繼電器，電子元器件連接起來對工業(yè)現(xiàn)場實施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場是指被控制的對象（如電動機等）或生產(chǎn)過程。繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著不可替代的重要作用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大，市場經(jīng)濟競爭日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應，因為繼電器控制電路通常是針對著某一固定的動作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計的。它的控制功能也僅僅只局限于邏輯控制，定時，計數(shù)等這樣一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須進行重新設(shè)計，布線，裝配，和調(diào)試。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無法滿足日新月異且競爭激烈的市場經(jīng)濟發(fā)展的需要。這就迫使人們要放棄原來已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，研制可以替代繼電器控制系統(tǒng)的新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。出于上述考慮，美國通用汽車公司（GM）于1968年提出了公開招標研制新型的工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，即1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上第一臺可編程序控制器。在這一時期，可編程序控制器雖然采用了計算機的設(shè)計思想，但實際上只能完成順序控制，僅有邏輯運算，定時，計數(shù)等順序控制功能。所以人們將可遍程序控制器稱之為PCL（Programmable Logical Controller），即可編程序邏輯控制器。20世紀70年代末80年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點運算，函數(shù)運算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制。因此，美國電氣制造協(xié)會NEMA（National Electrical Manufacturers Association）將之正式命名為PC（Programmable Controller）。值得注意的是，因為個人計算機的簡稱也是PC（Personal Computer），有時為了避免混淆，人們習慣上仍將可編程序控制器簡稱PLC（盡管這是早期的名稱）。本書采用PLC的稱呼。20世紀80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設(shè)計上，性能價格比等方面有了重大突破?？删幊绦蚓哂辛烁咚儆嫈?shù)，中斷技術(shù)，PID控制等功能，同時聯(lián)網(wǎng)通信功能也得到了加強，這些都使得可編程序控制器的應用范圍和領(lǐng)域不斷擴大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化。國際電工委員會（IEC）制定了PLC的標準，并給出了它的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設(shè)計?！本C上所述，PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強，程序設(shè)計簡單，靈活通用，維護方便等優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認和好評。他經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)在已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機器人和CAD/CAM）之一，被廣泛地應用于機械，冶金，化工交通，電力等領(lǐng)域中。以PLC作為控制器的PLC控制系統(tǒng)是從根本上改變了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的工業(yè)原理和方式。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過采用硬件接線的方式來實現(xiàn)的，而PLC控制系統(tǒng)的控制功能是通過存儲程序來實現(xiàn)的，不僅可以實現(xiàn)開關(guān)量控制，還可以進行模擬量控制，順序控制。另外，它的定時和計數(shù)功能也遠比繼電器控制系統(tǒng)強很多，一般可以為用戶提供幾十個甚至上百個定時器，計數(shù)器。隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)已遠不是幾十年前的那個樣子，PLC的控制從早期的單機控制發(fā)展到多機控制，實現(xiàn)了工廠自動化。盡管現(xiàn)在的PLC控制系統(tǒng)已發(fā)生了很大的變化，但是從自動控制的角度來看，PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上仍有相似之處?，F(xiàn)在以集中型的PLC控制系統(tǒng)為例說明集中型PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有那些相同和不同之處，這對初學者理解PLC控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。集中型PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。將兩種系統(tǒng)相比，就會發(fā)現(xiàn)PCL控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)輸入，輸出部分基本相同，輸入電路也是由按鈕，開關(guān)，傳感器所構(gòu)成：輸出電路也好似由接觸器，執(zhí)行器，電磁閥等構(gòu)成的。不同的是繼電器控制系統(tǒng)在控制線路被PLC中的程序代替，這樣一旦生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實現(xiàn)模擬量控制，開環(huán)或閉環(huán)過程控制，甚至多級分布式控制。隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，PLC的成本在降低，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)代替已是發(fā)展的必然趨勢。2.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較2.2.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較比較項目繼電器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)由許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能各種控制功能是通過編制的程序來實現(xiàn)的對生產(chǎn)工藝過程變更的適應性適應性差。需要重新設(shè)計，改變繼電器和接線適應性強，只需對程序進行修改控制速度低。靠機械動作實現(xiàn)極快?？课⑻幚砥鬟M行處理計數(shù)及其他特殊功能一般沒有有安裝，施工連線多，施工繁安裝容易，施工方便可靠性差，觸點多，故障多高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施壽命短長可擴展性困難容易維護工作量大，故障不易查找有自診能力，維護工作量小表2-1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較表結(jié)論：由于PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無法比擬的優(yōu)點，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)所代替是大勢所趨。2.2.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較20世紀60年代，由于小型計算機的出現(xiàn)，有人曾試圖用小型計算機來取代當時占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結(jié)果未獲成功，取而代之的卻是PLC的出現(xiàn)。通過計算機與PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結(jié)果比較見下表。比較項目通用計算機系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)工作目的科學計算，數(shù)據(jù)管理等工業(yè)自動控制工作環(huán)境對工作環(huán)境要求比較高對環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作工作方式中斷處理方式循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件需配備功能較強的系統(tǒng)的軟件一般只需要簡單的監(jiān)控程序采用的特殊措施掉電保護等一般性措施采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修編程語言匯編語言，高級語言梯形圖，助記符語言，SFC標準化語言對操縱人員的要求需專門培訓，并具有一定的計算機基礎(chǔ)一般技術(shù)人員，稍加培訓即可操作使用對內(nèi)存的要求容量大容量小價格價格高價格較低其他若用于控制，一般需自行設(shè)計機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng)表2-2 PLC與計算機系統(tǒng)比較表結(jié)論：一般情況下，在工業(yè)自動化工程中采用PLC可靠，方便，易于維護。進入20世紀70年代，采用微處理器的工業(yè)控制計算機出現(xiàn)了。它與PLC共同推動著傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造。經(jīng)過較長時間是實踐，人們又發(fā)現(xiàn)，PLC與一般的工業(yè)控制計算機相比，PLC還是有著較強的優(yōu)勢，其原因是PLC專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設(shè)計，在PLC中采用了如下的硬件和軟件措施： 光電耦合隔離和R-C濾波器，有效地防止了干擾信號的進入。 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。 采用優(yōu)良的開關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。具有良好的自診斷功能可對CPU等內(nèi)部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。 對程序及有關(guān)數(shù)據(jù)有電池供電進行后備，一旦斷電或運行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會丟失。 對采用的器件都進行了嚴格的篩選和簡化，排除了因器件問題而造成的故障。 采用了冗余技術(shù)進行一步增強了可靠性。對某些大型PLC還采用了雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)。 隨著構(gòu)成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相應的提高。一般PLC的平均無故障時間可達到幾萬小時以上。某些PLC的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)PLC不再標明可靠性這一指標，因為對PCL來講這一指標已毫無意義了。經(jīng)過大量時間人們發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是由于PLC的外部開關(guān)，傳感器，執(zhí)行機構(gòu)引起的，而不是PLC本身發(fā)生的。 另外，PLC程序設(shè)計簡單，易學易懂易維護，更適合于工程技術(shù)人員。因此，PLC在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。但是必須指出的是：計算機在信息處理方面還是優(yōu)于PLC，所以在一些自動化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結(jié)合起來，PLC做下位機進行現(xiàn)場控制，計算機做上位機信息處理。計算機與PLC之間通過通信線路實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和交換。這樣相輔相成，構(gòu)成一個功能較強的完整的控制系統(tǒng)。2.2.3 PLC控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較由前所述可知，PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。而集散型控制系統(tǒng)DCS（Distribution Control System）是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。而PLC隨微電技術(shù)，計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無論在功能上，速度上，智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都用很大的提高。并開始與小型計算機聯(lián)成網(wǎng)絡，構(gòu)成了以PLC為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著PLC網(wǎng)絡通信功能不斷增強，PLC與PLC及計算機的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)高速公路上（Data Highway）掛接在線通用計算機，實現(xiàn)在線組態(tài)，編程和下裝，進行在線監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC的價格和可靠性優(yōu)勢，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。2.3 PLC控制系統(tǒng)的組成PLC控制系統(tǒng)像一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個部分組成的，硬件是指PLC本身及其外圍設(shè)備，軟件是指管理PLC的系統(tǒng)軟件，PLC的應用程序，編程語言和程序支持工具軟件。圖2-1典型PLC控制系統(tǒng)的硬件組成圖2.3.1 硬件的組成PLC控制系統(tǒng)的硬件是由是由輸入/輸出（I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實際應用的需要而定，可大可小。下面對構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。 （1）主控模塊除了早期生產(chǎn)的整體式PLC（PLC的各個部件都在同一機殼內(nèi)）外，目前市場多數(shù)的PLC都已采用模塊化的結(jié)構(gòu)（PLC的各個部件獨立封裝，稱之為模塊）。在PLC中各個模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構(gòu)成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱CPU），它包括：CPU，存儲器，通信接口等部分。CPU：CPU是PLC的控制中樞，它由控制器和運算器組成。其中，控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制PLC工作的部件。運算器則是進行邏輯，算術(shù)等運算部件。PLC在CPU的控制下使整個機器有條不紊的協(xié)調(diào)工作，以實現(xiàn)對現(xiàn)場各個設(shè)備的控制。CPU的具體作用如下：執(zhí)行接受，存儲用戶程序的操作指令。用以掃描方式來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的處理，產(chǎn)生相應的內(nèi)部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。響應外部設(shè)備（如編程器，打印機）的請求。PLC中所采用的CPU隨機型的不同而不同，通常有3種：通用微處理器（如8086，80286，80386等），單片機芯片，位片式處理器。一般來說，小型PLC大采用8位微處理器或單片機作為CPU，如Intel8086，Inter96系列單片機，具有集成度高，運算速度快，可靠性高等優(yōu)點。如日本歐姆龍公司生產(chǎn)的OMRONC200H型PLC采用的是Motorola公司生產(chǎn)的MC68B09的CPU芯片。這是一種增強型8位微處理器。對大型PLC，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強，速度快，效率高的優(yōu)點。目前，一些廠家生產(chǎn)的PLC中，還采用了冗余技術(shù)，即采用雙CPU或三CPU工作，進一步提高了系統(tǒng)可靠性。采用冗余技術(shù)可使PLC的平均無故障工作時間達幾十萬小時以上。存儲器：PLC系統(tǒng)中的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序存儲區(qū)：采用PROM或EPROM芯片存儲器。它是由生產(chǎn)廠家直接存放的，永久存儲的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和PLC的硬件組成與專用部件的特性有關(guān)，用戶不能隨意訪問和修改這部分存儲器的程序。存儲器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化的，需要隨機存取的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一般不需要長久保存，因此采用隨機存儲器RAM。數(shù)據(jù)存儲區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時器/計數(shù)器預置和當前數(shù)值的數(shù)據(jù)。用戶程序存儲區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程器或計算機輸入的應用程序。一般采用EPROM或EEPROM存儲器，用戶可檫寫重新編程。用戶程序存儲器的容量一般就代表PLC的標稱容量。通常，小型機小于8KB，中型機小于50KB，而大型機可以在50KB以上。通信接口：主控模塊通常有一個或一個以上的通信接口（簡稱通信口），用以與計算機，編程器相連，實現(xiàn)編程，調(diào)試，運行，監(jiān)視等功能。 （2）輸入/輸出模塊 PLC的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O模塊實現(xiàn)的。生產(chǎn)過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應的I/O模塊作為CPU與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的橋梁。且這些模塊應具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開發(fā)出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流信號輸入/輸出模塊，220V交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶CPU，存儲器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數(shù)模塊，PID調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能I/O模塊。（3）電源模塊該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU存儲器所需的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。目前，大多數(shù)PLC采用高質(zhì)量的開關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強。有些機器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供24VDC的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。I/O電路PLC的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經(jīng)過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對象（需要進行控制的機器，設(shè)備和生產(chǎn)過程）進行檢測，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關(guān)等也可以向PLC送控制指令。輸出電路的功能就是接受PLC輸出的控制信號，對被控對象執(zhí)行控制任務。PLC外圍設(shè)備PLC的外圍設(shè)備很多，但基本功能不外乎對信息和數(shù)據(jù)的處理。常用的有編程器，可編程終端，打印機，條碼讀入機等等。編程器PLC的重要外圍設(shè)備之一，它可以將用戶編寫的程序送到PLC的用戶程序存儲器。因此，它的主要任務是輸入程序，調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。可編程終端是具有I/O功能的PLC人機界面產(chǎn)品。人可以通過觸摸屏幕將信息輸入PLC中同樣可編程終端也可以將PLC的輸入數(shù)據(jù)和信息顯示在屏幕上。2.3.2 軟件的組成PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。（1）PLC系統(tǒng)軟件與工作過程PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對用戶程序進行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的始又開始新的一輪掃描。PLC的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描。圖2-2 PLC內(nèi)部工作示意圖值得注意的是在繼電器控制系統(tǒng)中，一個繼電器的線圈被接通或斷開，繼電器的所用觸點（常開觸點和常閉觸點）都會立即動作。但在PLC中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所用只有掃描到”線圈”的觸點時，才會動作，沒有掃描到時，觸點就不會動。并且PLC掃描一次用戶程序的時間即掃描周期與擁護程序的長短和掃描速度有關(guān)，一般為1ms至幾十毫秒。現(xiàn)以O(shè)MRONP型機為例來說明PLC掃描的工作過程，如上圖在沒有掃描之前，PLC首先應保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機性，進行清零或復位處理，檢查I/O單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。使它涉及到各種指令和內(nèi)存單元，如果執(zhí)行的時間不超過規(guī)定的時間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。上述操作完成后，將時間監(jiān)視定時復位，才允許掃描用戶程序。公共操作公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。一般性故障，只報警不停機，等待處理；對于嚴重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出。數(shù)據(jù)I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出操作有的稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。PLC數(shù)據(jù)I/O示意圖如下：圖2-3 PLC數(shù)據(jù)I/O示意圖 輸入映象存儲器及刷新。由上圖所示可知送入PLC端子上的輸入信號，經(jīng)過電隔離，電平轉(zhuǎn)換，濾波處理后，進入緩沖器內(nèi)CPU的采樣。在PLC的存儲器有一個專門存放I/O數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映象存儲器。當CPU采樣時，輸入信號由緩沖區(qū)進入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。只有在采樣刷新的時刻，輸入映象存儲器中的內(nèi)容才與輸入信號（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時間范圍輸入信號變化是不會影響映象存儲器的內(nèi)容的。由于PLC掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時間很短，對一般開關(guān)量來說，可以認為沒有因間斷采樣引起的誤差。即認為輸入信號一旦變化，就能立即進入輸入映象的存儲器內(nèi)。 輸出映象存儲器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動負載。按用戶程序要求及當前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對于變化較慢的控制過程來說，因為兩次刷新的時間間隔和輸出電路的慣性時間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認為輸出信號是及時的。執(zhí)行用戶程序這里又包括監(jiān)視與執(zhí)行兩部分。1）監(jiān)視定時器WDT。監(jiān)視定時器就T1是通常所說的”看門狗”WDT（Watch-DogTimer），它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。正常時，執(zhí)行完用戶程序多用的時間不會超過T1，在程序復位WDT，即執(zhí)行程序并開始計時：執(zhí)行完用戶程序后立即令WDT復位，表示程序執(zhí)行正常。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)，則WDT會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時，重新程序不會再遇到”偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運行；若由于不可恢復的確定性故障，則系統(tǒng)會自動地停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負載，發(fā)出故障信號，等待處理。2)執(zhí)行用戶程序。用戶程序是放在用戶程序存儲器中的，掃描時，按順序從零步開始，逐步解釋和執(zhí)行，直到執(zhí)行END指令才結(jié)束對用戶程序的掃描。（2）應用軟件PLC控制系統(tǒng)的應用軟件是指為完成PLC實際控制任務而編制的各種軟件。隨著PLC應用領(lǐng)域范圍的不斷擴大，應用水平的提高，PLC應用軟件也大大豐富起來了。PLC應用軟件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大不同，PLC應用軟件有以下幾個特點：應用軟件設(shè)計必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產(chǎn)過程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場，嚴格尊守生產(chǎn)工藝的具體要求來設(shè)計應用程序。應用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計。設(shè)計必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實際情況進行相應的程序設(shè)計。PLC應用軟件的設(shè)計需要計算機，自動控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡通信技術(shù)等多種知識。特別是PLC網(wǎng)絡的出現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)不再是一個單獨的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺不同型號的PLC，計算機，外圍設(shè)備等。因此在進行軟件設(shè)計時，實現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開計算機自動控制和通信技術(shù)。因此，應用程序中不僅有PLC程序，還有計算機程序和通信網(wǎng)絡程序等。（3）編程語言及編程支持工具軟件PLC有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數(shù)語言和某些高級語言。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言。現(xiàn)在世界上各個PLC生產(chǎn)廠家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。2.4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢PLC當初是針對工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過30幾年的迅速發(fā)展，PLC已不僅能進行開關(guān)量控制，而且還能進行模擬量控制，位置控制。特別是PLC的通信網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，使得PLC如虎添翼，由單機控制向多機控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展。現(xiàn)在PLC的足跡已遍布了國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，形成了滿足各種需要的PLC應用系統(tǒng)。今后PLC控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場經(jīng)濟發(fā)達的今天，產(chǎn)品的發(fā)展取決于市場的需求。PLC的主要應用領(lǐng)域是自動化。不同的企業(yè)對自動化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)額都不相同，存在著不同的層次需求。從我國目前正在開展的以高新技術(shù)帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準的PLC網(wǎng)絡，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)該找的性能價格比高的小型PLC控制系統(tǒng)。所以今后PLC控制系統(tǒng)將朝著兩個方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，PLC將朝著體積更小，速度更快，功能更強，價格更低的方向發(fā)展。二是向大型化，網(wǎng)絡化，多功能的方向發(fā)展。 小型化、高性能、低成本、簡單使用近年來，小型PLC應用十分普遍，超小型PLC的需求日趨增多。據(jù)統(tǒng)計，美國機床行業(yè)應用超小型PLC幾乎占據(jù)了市場的1/4，國外許多PLC廠家正在積極地研制開發(fā)出各種超小型微型的PLC。例如德國西門子公司的S7-200既可以單機運行也可以聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)復雜的控制。S7-200的最小配置是8個數(shù)字量輸入和6個數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實際情況擴展27個模塊，最多可達到128個輸入和120輸出，此外S7-200還可以進行模擬量控制，是一種性能價格比較好的微型PLC 大型化、網(wǎng)絡化、多功能多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計，組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當前控制系統(tǒng)發(fā)展的主要潮流。為了適應這種發(fā)展，實現(xiàn)工廠自動化，世界上各PLC生產(chǎn)廠家不斷地研制開發(fā)功能更強的PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)。這種PLC網(wǎng)絡一般是多級的，網(wǎng)絡的最底層是現(xiàn)場執(zhí)行級，網(wǎng)絡的最上層為組織管理級。現(xiàn)場執(zhí)行級可以由多個PLC或遠程I/O工作站所組成，中間一級由PLC或計算機構(gòu)成。最高一級一般由高性能的計算機組成。它們之間采用工業(yè)以太網(wǎng)，MAP網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線相連構(gòu)成一個多級分布式PLC。隨著自動控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，這種多分布式的PLC控制系統(tǒng)不再是單一的，除了控制功能外，還可以實現(xiàn)在線優(yōu)化，生產(chǎn)過程的實時調(diào)度，產(chǎn)品計劃，統(tǒng)計管理等功能，成為一種測，控，管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。 PLC控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進一步地相互滲透和結(jié)合目前，PLC與計算機已成為地結(jié)合并廣泛應用，PLC不再是單獨的一個控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個重要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，今后的PLC將更加注重它與智能控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多PLC開發(fā)商已經(jīng)注意到了PLC的兼容性，不僅是PLC與PLC的兼容，而且還注意到PLC與計算機的兼容，使之可以充分地利用計算機現(xiàn)有的軟件資源。例如西門子的S7-300采用SIMATICS7的模塊，它的軟件編程，監(jiān)控都可以在Windows操作平臺上操作和運行。今后PLC將采用速度更快，功能更強的CPU，容量更大的存儲器。并將更充分地利用計算機資源。PLC與工業(yè)控制計算機，集散控制系統(tǒng)，嵌入式計算機等系統(tǒng)還將進一步滲透與結(jié)合，這必將更進一步拓寬PLC的應用領(lǐng)域和空間。 實現(xiàn)軟，硬件的標準化長期以來，PLC走的是專門化的道路，使其在獲得成功的同時也帶來諸多的不便。例如各個公司的PLC都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但各個公司的PLC之間還無法通信聯(lián)網(wǎng)，因此制定PLC國際標準已是今后的發(fā)展趨勢。從1978年起國際電工委員會IEC在其下設(shè)TC65的SC65B中轉(zhuǎn)設(shè)WGT工作組制定PLC的國際標準。第三章 元器件選型工藝流程的特點和應用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應的控制系統(tǒng)。3.1 PLC選型工藝流程的特點和應用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性價比的PLC和設(shè)計相應的控制系統(tǒng)。3.1.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。3.1.2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，