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摘要:PLC控制系统硬件设计_信息与通信_工程科技_专业资料。PLC 控制系统的硬件设计 设计以 PLC 为核心的控制系统,要考虑: 1、设备的正常运行; 2、合理、有效的资金投入; 3、在满足可靠

  PLC控制系统硬件设计_信息与通信_工程科技_专业资料。PLC 控制系统的硬件设计 设计以 PLC 为核心的控制系统,要考虑: 1、设备的正常运行; 2、合理、有效的资金投入; 3、在满足可靠性和经济性的前提下,具有一定的先进性,能根据生产工艺的变 化扩展

  PLC 控制系统的硬件设计 设计以 PLC 为核心的控制系统,要考虑: 1、设备的正常运行; 2、合理、有效的资金投入; 3、在满足可靠性和经济性的前提下,具有一定的先进性,能根据生产工艺的变 化扩展部分功能。 一、控制系统的设计步骤 1、分析被控对象、明确控制要求 2、制定电气控制方案 3、确定输入/输出设备及信号特点 4、选择可编程控制器 5、分配输入/输出点地址 6、设计电气线、调试(包括模拟调试和联机调试) 9、技术文件整理 1)分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、液之间的 配合,提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求,确定控制方案,拟定设计任务 书。 2)确定输入/输出设备 根据系统的控制要求, 确定系统所需的全部输入设备 (如: 按纽、 位置开关、 转换开关及各种传感器等)和输出设备(如:接触器、电磁阀、信号指示灯及其 它执行器等) ,从而确定与 PLC 有关的输入/输出设备,以确定 PLC 的 I/O 点数。 3)选择 PLC PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源等的选择。 4)分配 I/O 点并设计 PLC 外围硬件线路 分配 I/O 点:画出 PLC 的 I/O 点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。 PLC 外围硬件线路:画出系统其它部分的电气线路图,包括主电路和未进入 PLC 的控制电路等。 由 PLC 的 I/O 连接图和 PLC 外围电气线路图组成系统的电气原理图。 到此为 止系统的硬件电气线)程序设计 程序设计:1)控制程序;2)初始化程序;3)检测、故障诊断和显示等程 序;4)保护和连锁程序。 模拟调试: 根据产生现场信号的方式不同,模拟调试有硬件模拟法和软件模 拟法两种形式。 6)硬件实施 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图; 设计系统各部分之间的电气互连图; 根据施工图纸进行现场接线,并进行详细检查。 由于程序设计与硬件实施可同时进行, 因此 PLC 控制系统的设计周期可大大 缩短。 7)联机调试 联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。 联机调试过程应循 序渐进,从 PLC 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行 调试。如不符合要求,则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。 全部调试完毕后,交付试运行。经过一段时间运行,如果工作正常、程序不 需要修改,应将程序固化到 EPROM 中,以防程序丢失。 8)整理和编写技术文件 技术文件包括设计说明书、 硬件原理图、 安装接线图、 电气元件明细表、 PLC 程序以及使用说明书等。 二、可编程控制器的选择 随着 PLC 技术的发展,PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC,其结 构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同,适用的场合也 各有侧重。 因此, 合理选用 PLC, 对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。 PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模 块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 1 可编程控制器的机型选择 PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力 争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点: 1)合理的结构型式 PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。 2)安装方式的选择 安装方式有集中式、远程 I/O 式以及多台 PLC 联网的分布式。 3)相应的功能要求 4)响应速度要求 5)系统可靠性的要求 对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统 6)机型尽量统一 便于备品备件的采购和管理; 有利于技术力量的培训和技术水平的提高,外部设 备通用,资源可共享,易于联网通信。 2、指令系统的选择 1)总指令数 2)指令种类 3)表达方式 4)编程工具 3、I/O 模块的选择 3.1 开关量输入模块的选择 1)输入信号的类型及电压等级 有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时主要根据现 场输入信号和周围环境因素等。 直流输入模块的延迟时间较短, 还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设 备连接; 交流输入模块可靠性好,适合于有油雾、粉尘的恶劣环境。 开关量输入模块的电压等级有:直流 5V、12V、24V、48V、60V等; 交流 110V、仪器仪表维修申请220V等。世界plc品牌排行 选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。 一般 5V、12V、24V用于传输距离较近场合,如 5V输入模块最远不 得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的。 2)输入接线方式 主要有汇点式和分组式两种接线)注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块(如 30 点、40 点等),应考虑该模块 同时接通的点数一般不要超过输入点数的 60%。 4)输入门槛电平 门槛电平越高,抗干扰能力越强,传输距离也越远,具体可参阅 PLC 说明书。 3.2 开关量输出模块的选择 1)输出方式 开关量输出模块有继电器输出、 晶闸管输出和晶体管输出三种方式: 继电器输出: 价格便宜, 可以驱动交、 直流负载, 适用的电压大小范围较宽、 导通压降小,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但动作速度较慢(驱动感性 负载时,触点动作频率不超过 1HZ) 、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频 繁通断的场合。 对于频繁通断的负载,应该选用晶闸管输出或晶体管输出,它们 属于无触点元件。 但晶闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流 负载。 2)输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线)驱动能力 应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。 如果 实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,可增加中间放大环节。 4)注意同时接通的输出点数量 同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值。 一般来讲,同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的 60% 5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 与不同的负载类型密切相关,特别是输出的最大电流。晶闸管的最 大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中也应注意。 3.3 模拟量 I/O 模块的选择 模拟量输入(A/D)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号 转换成 PLC 内部可接受的数字量; 模拟量输出(D/A)模块是将 PLC 内部的数字量转换为模拟量信号输出。 典型模拟量 I/O 模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA 等,可 根据实际需要选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。 一些 PLC 制造厂家还提供特殊模拟量输入模块, 可用来直接接收低 电平信号(如 RTD、热电偶等信号) 。 3.4 特殊功能模块的选择 PLC 厂家相继推出了一些具有特殊功能的 I/O 模块,有的还推出 了自带 CPU 的智能型 I/O 模块, 如高速计数器、 凸轮模拟器、 位置控制模块、 PID 控制模块、通信模块等。 3.5 电源模块及其它外设的选择 1)电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的 PLC 而言,对于整体式 PLC 不存 在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。 2)编程器的选择 3)写入器的选择 为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏 RAM 中的用户程序, 可选用 EPROM 写入器,仪器仪表维修申请 通过它将用户程序固化在 EPROM 中。有些 PLC 或其编程器 本身就具有 EPROM 写入的功能。 4、PLC 容量的选择 4.1 I/O 点数的选择 (1)在满足控制要求的前提下力争使用的 I/O 点最少。 (2)需要加上 10%~15%的裕量。 存储容量的选择 存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关,还与功能实现的方法、程序 编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者,世界plc品牌排行在完成同一复杂功能时,其 程序量可能相差 25%之多。 在 I/O 点数确定的基础上,按下式估算存储容量后,再加 20%~30%的 裕量。 存储容量(字节)=开关量 I/O 点数×10 + 模拟量 I/O 通道数×100 存储容量选择的同时,注意对存储器的类型的选择。 5、其他的选择 (1)性价比 (2)系列产品 (3)售后服务 5.2 系统硬件的设计方案 1、系统设计的总体方案 控制系统的硬件设计、 机型的性能指标和各种功能模块的选择对于控制系统 的设计是非常重要的问题 1)PLC 控制系统的类型 可分为集中控制系统和分布式控制系统。 2)系统的运行方式 四种:自动、半自动、单步、手动方式。 3)系统的停止方式 正常停止、暂时停止、紧急停止三种。 2、系统硬件设计依据 系统硬件设计必须根据控制对象的要求决定,包括控制对象的工艺要求、设备状 况、控制功能、I/O 点数和种类,以构成比较先进的控制系统。 3、系统硬件设计文件 1)系统硬件配置图 系统硬件配置图完整地给出整个系统硬件组成,包括:系统构成级别、系统联网 情况、网上 PLC 站数、每个 PLC 站上 CPU 单元和扩展单元构成情况、每个 PLC 中各模块构成情况。 2)模块统计表 便于了解整个系统硬件设备状况和硬件设备投资计算,包括:模块名称、模块类 型、模块订货号、所需模块个数等。 3)I/O 地址分配表 4)I/O 硬件接线 PLC 输入/输出电路设计 1、 输入电路的设计 1)根据输入信号类型合理选择输入模块 2)输入元件的接线)减少输入点的方法 PLC 在实际应用中常碰到这样两个问题: (1)PLC 的 I/O 点数不够,需要扩展,然而增加 I/O 点数将提高成本; (2)是已选定的 PLC 可扩展的 I/O 点数有限,无法再增加。 在满足系统控制要求的前提下,合理使用 I/O 点数,尽量减少所需的 I/O 点数是很有意义的。 减少输入点数方法: 分组输入 矩阵输入 1)矩阵输入方法需要硬件与软件相配合来完成 2)由于矩阵输入的输入信号为一系列断续的脉冲信号。 3)应保证输入信号的宽度要大于 Y0、Y1、Y2 轮流导通一遍的时间 组合输入 对于不会同时接通的输入信号,可采用组合编码的方式输入。 输入设备多功能化 例如 合并输入 将某些功能相同的开关量输入设备合并输入。 如果是几个常闭触点, 则串联输入;如果是几个常开触点,则并联输入。 某些输入设备可不进 PLC 有些输入信号功能简单、 涉及面很窄,有时就没有必要 作为 PLC 的输入,将它们放在 外部电路中同样可以满足要求。 2 输出电路的设计 1)根据负载类型确定输出方法 2)输出负载的接线)选择输出电流、三菱plc区间比较指令电压 输出模块的额定输出电流、电压必须大于所需求的电流和电压。 4)输出电路的保护 在输出负载回路加装熔断器,进行短路保护。 5)减少输出点的方法 减少输出点数方法 分组输出 当两组输出设备或负载不会同时工作, 可通过外部转换开关或通过受 PLC 控制的 电器触点进行切换,所以 PLC 的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。 矩阵输出 注意: 采用矩阵输出时, 必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列 中,否则无法控制。 并联输出 注意 PLC 输出点同时驱动多个负载时,应考虑 PLC 输出点的驱动能力是 否足够。 输出设备多功能化 利用 PLC 的逻辑处理功能,一个输出设备可实现多种用途。 某些输出设备可不进 PLC 系统中某些相对独立、比较简单的控制部分,可直接采用 PLC 外部硬件 电路实现控制。 注意的问题 以上一些常用的减少 I/0 点数的措施,仅供参考,实际应用中应该根据具体情 况,灵活使用。 同时应该注意不要过份去减少 PLC 的 I/0 点数, 而使外部附加电路变得 复杂,从而影响系统的可靠性。 5.4 系统供电及接地设计 一、系统供电设计 系统供电设计是指 PLC 所需电源系统的设计,三菱plc区间比较指令包括供电系统的一般性保护措施、三菱plc区间比较指令 PLC 电源模块的选择和典型供电系统的设计。 1、供电系统保护措施 PLC 一般使用工频电,电网的冲击、频率波动直接影响到实时控制系统 的精度和可靠性,因此,为提高系统的可靠性和抗干扰性能,在 PLC 供电系统中 一般可采取隔离变压器、交流稳压器、UPS 电源、晶体管开关电源等。 2、电源模块的选择 PLC 的 CPU 所需工作电源一般是 5V 直流电源,一般的编程接口和通信模 块需 5.2V 和 24V 直流电源,由 PLC 本身电源模块供给。因此要考虑电源模块的 输入电压、输出功率、接线、扩展单元的电源等问题。 3、供电系统的设计 典型的动力部分、PLC 供电及 I/O 的电源要分别供电。 二、接地设计 1、接地的要求 (1)接地电阻要在要求的范围内。 (2)要保证足够的机械强度。 (3)要进行防腐处理。 (4)PLC 控制系统要单独设计接地。 2、接地的种类 大致有六种地线:数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地。 3、接地的处理方法 (1)一般情况,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。 (2)交流地和信号地不能共用。 (3)浮地与接地的不同 (4)模拟地与屏蔽地的接线。 PLC 一般最好单独接地,也可以采用公共接地,但禁止使用串联接地方式 。 PLC 的接地线应尽量短,使接地点尽量靠近 PLC。同时,接地电阻要小 2 于 4Ω ,接地线mm 。

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