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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习摘要本文介绍了国内电机故障诊断系统设计以及存在的问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理、选型依据。设计了一种基于PLC 电机故障诊断系统，并且具体介绍了所选用的西门子S7-200PLC 以及同类型的 S7-300、S7-400PLC，依据可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设计要求对 PLC 的输入输出 I/O 进行了安排，并且编写系统运行的梯形图。预备开机时，按下开机按钮后，第一检测断路器状态，假如断路器初始状态为闭 合，电机无法启动，并且声光报警。假如断路器初始状态为
2、断开，断路器合闸，电机开头启动。在启动过程中，如发生一级故障，PLC 进行相应的爱护动作。启动完成后，“电机开 /关指示灯”亮，电机正常运行。运行过程中，PLC 依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接的、过负荷、过电流等故障，如有发生， PLC 进行相应爱护动作。关机时，PLC 接到关机命令后，断路器跳闸 ,“电机开 /关指示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。本设计的选题就是基于PLC 的电机故障诊断系统设计。关键词：故障诊断。PLC。 电机AbstractThis paper introduces the domestic electrical fault di
3、agnosis system design , as well as existing problems and introduces programmable controller at the same time the working principle and selection basisA PLC-based design of the electrical fault diagnosis system design and detail on the choice of Siemens S7-200 PLC and the same type of S7-300 S7-400 P
4、LC and according to the design requirements of the input and output of the PLC I/O for distribution and preparation of the ladder diagram system operation Prepared to boot, press the button after boot, the circuit breakerstatusis detected firstIf the circuit breaker initial state is closed, electric
5、al does ntstart and sound and light alamr If the circuit breaker initial state is disconnected , thecircuit breaker close and the electrical start Start in the process, if a failure occurred,the protection PLC correspond action Start after the completion of “motor on/off indicator light ” on , the e
6、lectrical normal operate Running process, PLC followed by motorcycle test whether there has been a phase short circuit, breaking phase, low- voltage, single-phase-to-ground, overload, over-current fault and so onIf occurred,PLC protection actaccordingly shut down PLC received shutdownorders,tripping
7、circuit breakers,“motor on /off indicator light ” eliminate Fault sound and light alarm at the “alarm reset button” resetThis choice is based on the design of the motor PLC fault diagnosis system designKey words：Fault Diagnosis。 PLC。 Motor目录可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 绪论 51.1 PLC 的应用以及选题的意义51.2 PLC 应用
8、于故障诊断系统的进呈现状61.3 故障诊断方法 62PLC 原理介绍及设备总体结构介绍 72.1 PLC 进展历程 72.2 PLC 掌握系统的进展前景 82.3 PLC 的分类 82.4 PLC 的工作原理 102.5 PLC 的组成 113 可编程掌握器系统设计133.1 可编程掌握器系统设计原就 133.2 可编程掌握器系统设计步骤 143.3 可编程掌握器系统设计的基本内容143.4 可编程掌握器掌握系统的硬件设计153.5 可编程掌握器掌握系统的软件设计173.6 PLC 的选取及介绍 183.6.1 SIMATIC S7-200 PLC183.6.2 SIMATIC S7-300
9、PLC193.6.3 SIMATIC S7-400 PLC203.6.4 工业通讯网络 203.6.5 人机界面 HMI213.6.6 SIMATIC S7 工业软件 213.7 S7-200系列 PLC 的硬件配置 223.7.1 CPU模块 223.7.2 数字量扩展模块 233.7.3 模拟量扩展模块 243.7.4 通信模块 253.7.5 编程器 253.7.6 程序储备卡 253.7.7 写入器 25可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.7.8 文本显示器 26 4 电机故障诊断系统设计 264.1 电机的故障 264.2 电机的爱护 274.3 故障诊断系统设计 2
10、94.3.1 系统硬件设计 294.3.2 系统软件设计 31 5 系统电源设计 40致谢 41参考文献 42附录 421 绪论1.1 PLC 的应用以及选题的意义1. PLC 的应用可编程掌握器在进展初期由于价格较高，使它的应用受到了限制。近年 来， PLC 应用范畴快速扩大，主要缘由是：一方面由于微处理器芯片及相关元件的价格大大下降，使得 PLC 的成本下降。另一方面，随着 PLC 的功能大幅度提高，它能解决很多复杂的运算和通信问题，使得PLC 的应用范畴日益扩大。目前， PLC 已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保以及文化消遣等行业。PLC 的主
11、要应用有如下几方面：（1） ） 开关量的规律掌握（2） ） 过程掌握（3） ） 运动及位置掌握（4） ） 数据处理（5） ） 通信联网（6） ） 特殊功能2. 选题的意义可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结随着故障诊断技术的进展，以检测、识别、猜测和干预为核心的先进的故障诊断技术得到了广泛的应用，不但能够准时精确的诊断出故障，而且可以实行相应的计策，保证系统的安全性和牢靠性。电机故障可能对电力系统的稳固性和工业系统其它机组的安全运行带来严峻的影响，因此，电机的故障诊断显得特别重要，本设计的选题就是基于 PLC 的电机故障诊断系统设计。PLC 是现在应用较多的一种掌握装置，利用 PL
12、C 丰富的内部资源及强大的功能指令，编制故障检测报警程序，不仅可以替代继电器实现相应功能，仍可以提高工作牢靠性及其系统的敏捷性。PLC 已被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推动了机电一体化进程，被人们称为现代工业掌握三大支柱之一。1.2 PLC 应用于故障诊断系统的进呈现状PLC 作为一种成熟稳固牢靠的掌握器，目前已经在工业掌握中得到了越来越广泛的应用。 PLC 系统的设计直接影响着工业掌握系统的安全牢靠运行。一个完善的 PLC 系统除了能够正常运行，满意工业掌握的要求，仍必需能在系统显现故障时准时进行故障诊断和故障处理。故障自诊断功能是工业掌握系统的智能化的一个重要标志，对于
13、工业掌握具有较高的意义和有用价值。1.3 故障诊断方法（1） ）基于小波分析的故障诊断方法小波分析是 20 世纪 80 岁月进展起来的新的数学理论和方法，它被认为是傅里叶分析方法的突破性进展。小波分析优于傅里叶之处在于：小波分析在时 域和频域同时具有良好的局部化性质。小波分析方法是一种窗口大小固定但其 外形、时间窗和频率都可以转变的时频局部化分析方法，即在低频部分具有较 高的频率辨论率和较低的时间辨论率。因此，小波变换被誉为分析信号的显微 镜。小波分析在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理、生物 医学工程、运算机视觉、故障诊断及众多非线性科学领域都有广泛的应用。（2） ）专家系统故
14、障诊断方法专家系统故障诊断方法，是指运算机在采集被诊断对象的信息后，综合运用各种规章，进行一系列的推理，必要时仍可以随时调用各种应用程序，运行过程中向用户索取必要的信息后，就可快速的找到最终故障或最有可能的故可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结障，再由用户来证明。这种方法适用于系统结构复杂，各部分耦合强的大型工业系统。PLC 是现在应用较多的一种掌握装置，利用PLC 丰富的内部资源及强大的功能指令，编制故障检测报警程序，不仅可以代替继电器实现相应功能，仍可以提高工作牢靠性及其系统的敏捷性。2PLC 原理介绍及设备总体结构介绍2.1 PLC 进展历程在 PLC 产生之前，工业掌握设备
15、的主流产品是以继电器、接触器为主体的掌握装置，简称继电器掌握系统。所谓继电器掌握系统就是用导线把各种继电 器、接触器、开关及其触点，按肯定的规律关系连接起来所构成的掌握系统。它具有价格低廉、对爱护技术要求不高的优点，适用于工作模式固定、掌握要求简洁的场合。随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器构成工业掌握系统的缺陷不断的暴露出来。第一是复杂的系统使用成百上千各种各样的继电器，成千上万根导线，只要一个电器、一根导线显现故障，系统就不能正常工作，这就大大降低了这种接线规律系统的牢靠性。其次是这样的系统修理及改造很不简洁， 特殊是技术改造。到了 20 世纪 60 岁月末，人们设想能否把运算机的通用
16、、敏捷、功能完善与“继电 -接触器掌握系统”的简洁易懂、使用便利、生产成本低等特点结合起来，生产出一种面对生产过程次序掌握、可利用简洁语言编程、能让完全不熟识运算机的人也能便利使用的掌握器。这一设想最早由美国最大的汽车制造商通用汽车公司于1968 年提出。依据以上要求，美国数字设备公司在1969年第一研制出了全世界第一台可编程序规律掌握器，并简称为“可编程掌握器”。 1971 年，日本从美国引进这项技术，开头生产可编程掌握器。1973 年， 西德、法国等西欧国家也开头研制生产可编程掌握器。1974 年，我国开头研制可编程掌握器，并在 1977 年应用于工业生产。从第一台 PLC 产生至今，大致
17、经受了如下四次更新换代。第一代 PLC，多数用 1 位机开发，采纳磁芯储备器储备，仅具有规律掌握、定时、计数等功能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次代 PLC，使用了 8 位微处理器及半导体储备器，其产品逐步系列化，功能也有所增强，已能实现数字运算、传送、比较等功能。第三代 PLC，采纳了高性能微处理器及位片式中心处理单元，工作速度大幅度提高，同时促使其向多功能和联网方向进展，并具有较强的自诊断才能。第四代 PLC，不仅全面使用 16 位、32 位微处理器作为CPU，内存容量也更大，可以直接用于一些规模较大的复杂掌握系统，而且编程语言除了可使用传统的梯形图，流程图等，仍可以
18、使用高级语言，外设也更加多样化。2.2 PLC 掌握系统的进展前景现在，虽然显现了性能更加优越的DCS 和 FCS 掌握系统， PLC 掌握也终将会被先进的 FCS 掌握所取代，但是目前以及今后相当长的一段时间，PLC 仍会与 DCS 和 FCS 共存，这主要基于以下缘由：（1）现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向进展，但这并不意味着要将现有掌握系统推倒重来，企业投入大量的人力和财力建立起来的PLC 掌握系统已经成型，假如要完全推翻再建立新的 DCS 和 FCS 掌握系统，需要更大的资金投入，将造成很大的铺张。（ 2）基于以上市场需求，很多软件厂商正在考虑如何利用企业已经成型的掌握
19、系统及新建的厂级网络，开发掌握系统软件，帮忙企业实现工厂自动化、信息化，为企业供应掌握系统与治理网络的集成。（3）目前， PLC 的功能增强、结构优化， I/O 模块趋向分散化、智能化，编程工具和编程语言更具标准化和高级化。（ 4）PLC 的联网通信才能增强，向高速度、多层次、大信息量、高牢靠性及开放式的通信进展。（ 5）现在的 PLC 系统与 DCS 技术、现场总线I/O 技术相结合，结构开放、扩展便利、技术先进、价格低廉。由以上分析可以预见，将来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展，故 PLC 虽然面临其它自动化掌握系统的挑战，但同时也在吸取它们的优点，相互融
20、合，不断创新，在今后一段时间内将与其它先进掌握方式并存，共同进展。2.3 PLC 的分类目前国内外 PLC 生产厂家众多，产品更是品种繁多，其型号、规格和性能也各不相同。一般说来， PLC 可以依据它的结构形式、输入/输出点数以及功能范畴来进行分类。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 按结构形式分类依据结构形式的不同，可分为整体式PLC 和模块式 PLC 两种。（1） ） 整体式 PLC 整体式可编程掌握器又称为单元式或箱体式。它将中心处理单元、储备器单元、输入 /输出单元、输入 /输出扩展接口单元和电源单元等集中安装在一个机箱内，这种整体式结构的可编程掌握器结构紧凑、体积小
21、、价格低，一般小型 PLC 如单体设备的开关量自动掌握和机电一体化产品都采纳这种结构。小型 PLC 的主要型号有三菱 F1、F2、FX2、FX0N 等系列， OMRON C系列 P 型袖珍机，西门子 S7 系列等。（2） ） 模块式 PLC 模块结构形式将PLC 各部分分成如干个单独的模块，如 CPU 模块、 I/O 模块、电源模块和各种其他功能模块，然后组装在机架或母板上。在机架或母板的底板上有如干个模块插座和连接这些插座的内部系统总线。一些产品的机架或母板上仍安装了与输入/输出扩展机连接的接口插座。这种模块式结构的可编程掌握器配置敏捷、装配便利、便于扩展和修理，一般大、中型 PLC 都采纳
22、这种结构，适用于复杂过程掌握系统的应用场合。常见的有三菱公司的 A1N 、A2N 、A3N 系列，立石公司C 系列 C500、C1000H 及C2000H 和通用电气公司的 90TM-70 、90TM-30 等。2. 按功能、点数分类按功能、输入 /输出点数和储备器容量不同，可分为小型、中型和大型PLC 三类。（1） ）小型 PLC 小型 PLC 又称为低档 PLC。这类 PLC 的规模较小，它的输入/输出点数一般从 20 点到 128 点。其中输入 /输出点数小于 64 点的 PLC 又称为超小型机。用户储备容量小于2KB ，具有规律运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等功能，有些仍有少量的
23、模拟量I/O、算术运算、数据传送、远程I/O 和通信等功能，可用于开关量掌握、定时/计数掌握、次序掌握及少量模拟 量掌握等场合，通常用来代替继电器-接触器掌握，在单机或小规模生产过程中 使用。常见的小型 PLC 产品有三菱公司的 F1、F2、FX0 系列，欧姆龙 SP20 系列和西门子公司的 S5-100U、S5-95、S7-200 等。（2） ）中型 PLC 中型 PLC 的 I/O 点数通常在 128 点至 512 点之间，用户程序存储器的容量为 2 8KB ，除具有小型机的功能外，仍具有较强的模拟量 I/O、数字运算、过程参数调剂、数据传送与比较、数值转换、中断掌握、远程 I/O 及通信
24、联网功能。中型 PLC 适用于既有开关量又有模拟量的复杂掌握系统，如大可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结型注塑机掌握、配料和称重等中小型连续生产过程掌握。常见的机型有三菱公司的 A1S 系列，立石公司的 C200H、C500，西门子公司的 S5-115U等。（3） ）大型 PLC 大型 PLC 又称为高档 PLC。I/O 点数在 512 点以上，其中 I/O 点数大于 8192 点的又称为超大型PLC，用户储备器容量在 8KB 以上，除具有中型机的功能外，仍具有较强的数据处理、模拟调剂、特殊功能函数运算、监视、记录、打印以及强大的通信联网、中断掌握、智能掌握和远程掌握等功能。由于
25、大型 PLC 具有比中小型 PLC 更强大的功能，因此一般用于大规模过程掌握、分布式掌握系统和工厂自动化网络等场合。常见的如三菱公司的A3M 、A3N，立石公司的 C2000H，AB 公司的 PLC-5 以及西门子公司的 S5-135U、S5- 155U、S7-400 等。2.4 PLC 的工作原理虽然可编程掌握器的基本组成及工作原理与一般微机相同，但其工作过程与微机有很大差异。小型 PLC 的工作过程有两个显著特点：周期性次序扫描。集中批处理。周期性次序扫描是可编程掌握器特有的工作方式，PLC 在运行过程中，总是处在不断循环的次序扫描过程中。由于可编程掌握器的I/O 点数较多，采纳集中批处理
26、的方法，可以简化操作过程，便于掌握，提高系统牢靠性。因此，可编程掌握器的另一个主要特点就 是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。1. 公共处理扫描阶段公共处理包括 PLC 自检、执行来自外设命令、对看门狗定时器清零等。2. 输入采样扫描阶段这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中， PLC 按次序逐个采集全部输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线， CPU 次序读取全部输入端， 将全部采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。在当前的扫描周期内，用户程序依据的输入信号状态均从输入映像寄存器中去取，而不管此时外部输入信号的状态是否变化。假如此时外部输入信号的状态发生了变化，也只能在
27、下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取。3. 执行用户程序扫描阶段这是其次个集中批处理过程。在执行用户程序阶段， CPU 对用户程序按顺可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结序进行扫描。每扫描到一条指令，所需的输入信息状态均从输入映像寄存器中读取，而不是直接使用现场的立刻输入信号。对其他信息，就是从PLC 的元件映像寄存器中读取。在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立刻写入元件映像寄存器中，这样该状态立刻就可以被后面将要扫描到的指令所利用。对输出继电器的扫描结果，也不是立刻去驱动外部负 载，而是将其结果写入元件映像寄存器中的输出映像寄存器中，待输出刷新阶段集中批处理，所以执行用户
28、程序阶段也是集中批处理过程。4. 输出刷新扫描阶段这是第三个集中批处理过程。当CPU 对全部用户程序扫描终止后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁 存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。在输出刷新阶段终止后， CPU 进入下一个扫描周期。2.5 PLC 的组成1. 中心处理单元（ CPU）与通用运算机一样，中心处理单元CPU 是 PLC 的核心部件，它的主要作用是掌握整个系统和谐一样的运行。它说明并执行用户及系统程序，并通过运行用户及系统程序完成全部掌握、处理、通信以及所赐予的其他功能。PLC 常用的 CPU 有通用微处理器、单片机和位片式微处理器。通用
29、微处理器常用的是 8 位机和 16 位机，如 8080、8086、M6800、80286、80386 等。单片机常用 的有8031、8051、8096 等。位 片式 微处 理器 常用 的有 AMD2901 、AMD2903 等。小型 PLC 大多采纳 8 位微处理器或单片机，中型 PLC 大多采纳16 位微处理器或单片机，大型 PLC 大多采纳高速位片式处理器。 PLC 的档次越高，所用的 CPU 的位数越多、运算速度越快、功能越强。2. 储备器储备器主要用来存放系统程序、用户程序和数据。依据储备器在系统中的作用，可将其分为系统程序储备器和用户储备器。系统程序储备器用来存放制造商为用户供应的监
30、控程序、模块化应用功能子程序、命令说明程序、故障诊断程序及其他治理程序。用户储备器是特的供应应用户存放程序和数据的，所以用户储备器通常又分为用户程序储备器和用户数据储备器两个部分。用户储备器有RAM 、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结EPROM、EEPROM 三种类型。用户程序储备器用来存放用户编写的应用程序。数据储备器用来存放掌握过程中不断转变的信息，如输入 /输出信号、各种工作状态、计数值、定时值、运算的中间结果等。3. 输入/输出模块及特殊功能模块(1) 输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是由按钮开关、行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电
31、器等供应的开关量输入信号。另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号。输入模块仍需要将这些不同的电平信号转换成 CPU 能够接收和处理的数字信号。(2) 输出模块的作用是接收中心处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件能接收的信号，用来掌握接触器、电磁阀、调剂阀、调速装置等，掌握的另一类负载是指示灯、数字显示器和报警装置等。(3) 特殊功能模块随着可编程掌握器在工业掌握中的广泛应用和进展，为了增强可编程掌握器的功能，扩大其应用范畴，生产厂家开发了很多供用户选用的特殊功能模块。1) 模拟量输入输出模块模拟量的输入在过程中应用很广泛，如温度、压力、流量、位移
32、等工业检测都是对应电压、电流大小的模拟量。模拟量经传感器或变送器转换为标准信号，输入模块用A/D 转换器将它们转换成数字量送给CPU 进行处理。因此，模拟量输入模块又叫A/D 转换输入模块。模拟量的输出模块是将 CPU 处理后的二进制数字信号转换为模拟电压或电流，再去掌握执行机构。因此，模拟量输出模块又叫 D/A 转换输出模块。2) 高速计数模块高速计数模块是工业掌握中常用的智能模块之一，它可以把过程掌握变量如位置信号、速度值、流量值累计等，送入可编程掌握器。这些参量的变化速度很快，脉冲宽度小于可编程掌握器扫描周期，按正常扫描输入/输出信号来处理睬丢失部分参量。因此，使用脱离可编程掌握器独立计
33、数的高速计数器对这些参量进行计数。高速计数模块可对几十kHz 甚至上 MHz 的脉冲计数，当计数器的当前值等于或大于预置值时，输出被驱动。3) PID 过程掌握模块比例/积分/微分掌握模块是实现对连续变化的模拟量闭环 掌握的智能模块，可将 PID 模块看作一个过程调剂器。在PID 模块上有输入 /输出接口和进行闭环掌握运算的 CPU，模块一般可以掌握多个闭环。4) 通信模块 可编程掌握器的通信模块相当于局域网中的网络接口，通过通信模可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结块数据总线和可编程掌握器的主机连接，用硬件和软件一起来实现通信协议。可编程掌握器的通信模块一般配有几种接口，可以通过
34、通信模块上的挑选开关进行接口挑选，实现与别的可编程掌握器、智能掌握设备或运算机之间的通 信。4. 电源PLC 配有开关式稳压电源模块，用来将外部供电电源转换成使PLC 内部的CPU、储备器和 I/O 接口等电路工作所需的直流电源。 PLC 的电源部件有很好的稳压措施，因此对外部电源的稳固性要求不高。小型PLC 的电源往往和 CPU 单元合为一体，大中型PLC 都有专用电源模块。5. 外部设备接口外部设备接口是可编程掌握器主机实现人机对话、机机对话的通道。通过它，可编程掌握器可以和编程器、彩色图形显示器、打印机、I/O 扩展单元等相连，也可以与其他可编程掌握器或上位运算机连接。外部设备接口一般是
35、RS-232C或 RS-422A（或 RS-485）串行通信接口，该接口的功能是串行 /并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错校验、信号电平的转换等。对于一些小型可编程掌握器，外部设备接口仍有与专用的编程器连接的并行数据接口。6. 输入/输出扩展单元输入/输出扩展单元是可编程掌握器输入 /输出单元的扩展部件。当用户所需的输入/输出点数或类型超出主机输入 /输出单元所答应的点数或类型时，可以通过加接输入 /输出扩展单元来解决。输入 /输出扩展单元与主机的输入 /输出扩展接口相连方式有两种类型：简洁型和智能型。7. 其他外部设备编程器、外部储备器、打印机、EPROM 写入器等。3 可编程掌
36、握器系统设计3.1 可编程掌握器系统设计原就可编程掌握器虽然是以微机技术为核心的一种掌握装置，但其工作方式与微机掌握系统有很大的不同，与传统的继电器掌握系统相比也有本质的区分。其主要区分是可编程掌握器采纳的是扫描工作方式和“软继电器”元件，可编程可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结掌握器系统设计包括硬件设计与软件设计两个方面，设计时可采纳硬件与软件并行开发的方法，这样可以加快整个系统的开发速度。系统设计的主要内容及原就如下：1. 硬件设计可编程掌握系统硬件设计的内容主要包括 PLC 的选型、输入 /输出设备挑选、掌握柜的设计及各种图形的绘制等。系统硬件设计应遵循的原就有如下几方面。
37、（1） ） 充分发挥 PLC 的掌握功能，最大限度的满意掌握系统的要求。（2） ） 力求掌握系统经济有用、操作便利。（3） ） 保证掌握系统安全牢靠。（4） ） 掌握系统要具有可扩展性。2. 软件设计可编程掌握器系统软件设计的任务就是编写出能满意生产掌握要求的PLC 用户应用程序，即绘制出梯形图、编制出指令语句表。软件设计应遵循的原就有如下两方面。（1） ） 规律关系简明、易读、易改。（2） ） 少占内存空间，削减扫描时间。3.2 可编程掌握器系统设计步骤在可编程掌握器系统设计中，设计人员应依据工程实际要求进行调查讨论， 对各种方案进行充分论证，然后确定切实可行的掌握方案。依据系统工程要求进行
38、硬件和软件功能权衡和划分，分别进行硬件、软件设计。对设计好的硬件进行组装、连接，在进行通电、单独调试过后，再与软件进行联调，发觉问题准时修改完善，直到系统设计胜利为止。可编程掌握器系统设计的一般方法和步骤的流程图如图 3-1 所示。分析生产工艺图过3程-1，PLC 系统设计流程图确定掌握方案3.3 可编程掌握器系统设计的基本内容可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 确定方案2. PLC选型绘制系统流程图PLC 选型PLC 的 I/O 的址安排可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3. 挑选输入 / 输出设备4. 系统硬件设计5. 软件设计与调试6. 组装及统调3.4
39、可编程掌握器掌握系统的硬件设计随着 PLC 的推广普及， PLC 产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，其结构形式、容量、性能、指令系统、编程方式、价格等也各不相同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 掌握系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的挑选主要应从 PLC 的机型、容量、 I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网才能等方面加以综合考虑。1） PLC 机型的挑选PLC 机型挑选的基本原就应是在功能满意要求的前提下，保证牢靠、爱护使用便利，力争具有正确的性能价格比，具体挑选时应主要考虑以下几个方 面：（1）
40、 结构合理，机型统一PLC 主要有整体式、模块式、叠装式几种结构形式。整体式PLC 的每一个I/O 点的平均价格比模块式的廉价，且体积相对较小，因此在掌握规模不大、工艺过程固定、环境条件较好的场合应优先考虑采纳整体式PLC。但模块式 PLC 在功能扩展方面优于整体式，例如，在I/O 点数量、 I/O 点的比例、 I/O 模块的种类等方面，模块式 PLC 的挑选余的都比整体式 PLC 大，修理更换模块、判定故障方面较便利，因此一般用于掌握功能较复杂的掌握系统。（2） 功能与任务相适应对于只有开关量掌握的场合，当对掌握速度要求不高时，可选用一般的低档小型机，具有规律运算、定时、计数等基本功能，能满
41、意相应的掌握要求。对于以开关量为主带有少量模拟量掌握的应用系统，如工业生产中常常遇到的温度、压力、流量、液位等，就应选用带有A/D 、D/A 转换的模拟量输入、输出模块，挑选运算功能较强的中小型PLC 或能支持模拟量扩展单元的小型机， 其指令系统中有数据传送、算术运算等指令。对于掌握比较复杂、掌握要求较高的大中型掌握系统，例如，要求实现闭可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结环掌握、 PID 调剂、通信联网等功能时，可视掌握规模及复杂程度，选用扫描速度快、掌握功能强、联网通信才能强的中高档PLC。（3） 响应速度要求假如设备的实时性要求高，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，就应考
42、虑 PLC 的响应速度或响应时间，可选用扫描速度高的PLC，使用具有高速I/O 处理这一类功能指令，或选用具有快速响应模块如高速计数模块和中断响应处理功能的 PLC 等。（4） 其他特殊要求对牢靠性要求极高的场合，应考虑是否采纳冗余或热备系统。2） PLC 容量的挑选PLC 的容量包括两个方面：一是 I/O 点数，二是用户储备器容量。（1） I/O 点数的挑选第一依据被控对象的 I/O 设备，对所需的 I/O 点数进行统计，开关量输入点数与开关量输出点数之比可按3:2 估算。在满意掌握要求的前提下力争使用的I/O 点数最少，但必需留有肯定的裕量。通常I/O 点数是依据统计的点数数据， 再加上
43、10 15的裕量来确定，以防系统方案的修改或功能的扩展。（2） 储备器容量的估算用户程序所需的储备容量大小不仅与PLC 系统的 I/O 点数、运算处理量、程序结构、掌握要求等因素有关，而且仍与功能实现的方法、程序编写水平有关。为了设计时对程序容量有肯定的估算，通常采纳体会估算方法来估算，经 验估算方法是依据每个功能器件类型和I/O 点数统计所需程序容量的。估算公式是： 储备容量（字节） =开关量 I/O 点数 10+模拟量 I/O 通道数 1003） 输入 /输出模块的挑选输入模块的主要任务是将输入信号转换为合适的电平信号。依据输入信号的类型不同，输入模块分为直流5、12、24、48V 等和沟
44、通115、220V 等形式。一般情形下，信号传输距离在10m 以内的可挑选直流 5V 的输入模块。信号传输距离在 1030m 可选用直流 12V 或 24V 的输入模块。 48V 以上的适用于信号传输距离更远的情形。输出模块的任务是将 PLC 内部信号转换为外部的掌握信号，输出模块的输出方式有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种，可依据实际需要选取。 对开关频繁、功率因数低的电感性负载可选用晶闸管输出方式，其缺点是价格可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结高、过载才能差。继电器输出方式适用于电压范畴宽、导通压降小的负载，且价格廉价、带载才能强，其缺点是寿命短，响应速度慢。晶体管输出
45、方式比较适合开关频繁、功率因数低、导通压降小的负载，且价格较低，缺点是过载才能差。4） 电源模块的挑选电源模块的挑选仅对于模块式结构的PLC 而言，对于整体式 PLC 不存在电源的挑选。电源模块的挑选主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必需大于 CPU 模块、 I/O 模块和其他特殊模块等消耗电流的总和，同时仍考虑今后 I/O 模块的扩展等因素。电源输入电压一般依据现场的实际需要而定。5） 模拟量 I/O 模块及特殊功能模块的挑选PLC 的模拟量 I/O 模块的主要功能是数据转换。模拟量输入模块是将现场由传感器检测或变送器等产生的模拟量信号转换成PLC 内部可接受的数字量。 模拟量输出模块是将 PLC 内部的数字量转换为模拟量信号输出至变频器、阀门等装置。典型模拟量I/O 模块的量程为 -10 10V 、0 10V 、1 5V 电压型及020mA 、420mA 电流型等，可依据实际需要选用，同时仍应考虑其辨论率和转换精度等因素。目前， PLC 制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I/O 模块，有的仍推出了自带 CPU 的智能型 I/O 模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置掌握模块、PID 掌握模块、通信模块等。设计者要结合工程实际，在选用外部掌握设备的同时，