計算機功能與選擇介紹

時間：2020-12-03 14:04:03 計算機等級我要投稿

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計算機功能與選擇介紹

　　1．能流

　　a）錯誤的梯形圖 b）正確的梯形圖

　　2．母線

　　梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。

　　3．梯形圖的邏輯解算

　　根據梯形圖中各觸點的狀態和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態來進行的。

　　PLC順序控制設計法編制梯形圖的四種方式：

　　可編程控制器PLC外部接線簡單方便，它的控制主要是程序的設計，編制梯形圖是最常用的編程方式，使用中一般有經驗設計法，邏輯設計法，繼電器控制電路移植法和順序控制設計法，其中順序控制設計法也叫功能表圖設計法，功能表圖是一種用來描述控制系統的控制過程功能、特性的圖形，它主要是由步、轉換、轉換條件、箭頭線和動作組成。這是一種先進的設計方法，對于復雜系統，可以節約60%~90%的設計時間.我國1986年頒布了功能表圖的國家標準(GB6988.6-86)。有了功能表圖后，可以用四種方式編制梯形圖，它們分別是:起保停編程方式、步進梯形指令編程方式、移位寄存器編程方式和置位復位編程方式。本文以三菱公司F1系列PLC為例，說明實現順序控制的四種編程方式。

　　圖1 功能表圖

　　圖2 起保停電路實現順序控制

　　3 使用步進梯形指令的編程方式步進梯形指令是專門為順序控制設計提供的指令，它的步只能用狀態寄存器S來表示，狀態寄存器有斷電保持功能，在編制順序控制程序時應與步進指令一起使用，而且狀態寄存器必須用置位指令SET置位，這樣才具有控制功能，狀態寄存器S才能提供STL觸點，否則狀態寄存器S與一般的中間繼電器M相同。在步進梯形圖中不同的步進段允許有雙重輸出，即允許有重號的負載輸出，在步進觸點結束時要用RET指令使后面的程序返回原母線。把圖1中的0-3用狀態寄存器S600-S603代替，代替以后使用步進梯形指令編程，對應的梯形圖如圖3所示。這種編程方法很容易被初學者接受和掌握，對于有經驗的工程師，也會提高設計效率，程序的調試、修改和閱讀也很容易，使用方便，程序也較短，在順序控制設計中應優先考慮，該法在工業自動化控制中應用較多。

　　圖3 步進指令實現順序控制

　　圖4 移位寄存器實現順序控制

　　5 使用置位復位指令的編程方式如圖5為使用置位復位編程方式編制的與圖1順序功能圖所對應的梯形圖。在以置位復位指令的編程方式中，用某一轉換所有前級步對應的輔助繼電器的常開觸點與轉換對應的觸點或電路串聯，作為使所有后續步對應的輔助繼電器置位和使所有前級步對應的輔助繼電器復位的條件。對簡單順序控制系統也可直接對輸出繼電器置位或復位。該方法順序轉換關系明確，編程易理解，一般多用于自動控制系統中手動控制程序的編程。

　　圖5 置位復位指令實現順序控制

　　以上四種順序控制編程方式各有特點，可以根據實際情況選擇一種來編制梯形圖，它們的一般比較見附表。教學實踐表明這些編程方式很容易被初學者接受和掌握，用它們可以得心應手地設計出任意復雜的順序控制程序。

　　6 結束語采用功能表圖的四種方式來編制梯形圖，可適應于不同場合，供工程技術人員視工藝要求決定。它是一種先進的設計方法，對于復雜系統，能節省(60~90)%的時間。

　　PLC的選型方法在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，PLC的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，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，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。

　　一、輸入輸出（I/O）點數的估算

　　I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加1

　　0%～20%的可擴展

　　余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。

　　二、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。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。

　　三、控制功能的選擇

　　該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

　　(一)運算功能

　　簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通PLC的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。

　　(二)控制功能

　　控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的`模擬單元、ASC碼轉換單元等。

　　(三)通信功能

　　大中型PLC系統應支持多種現場總線和標準通信協議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。

　　PLC系統的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業以太網、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。為減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現場總線、工業以太網）通信處理器。

　　(四)編程功能

　　離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 (五)診斷功能

　　PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

　　PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。

　　(六)處理速度

　　PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。

　　處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質量等有關。目前，PLC接點的響應快、速度高，每條二進制指令執行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。

　　四、機型的選擇

　　(一)PLC的類型整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。

　　(二)輸入輸出模塊的選擇

　　輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。

　　可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。

　　考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。

　　(三)電源的選擇

　　PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。

　　如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。

　　(四)存儲器的選擇

　　由于計算機集成芯片技術的發展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。

　　(五)冗余功能的選擇

　　1．控制單元的冗余

　　(1)重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。

　　(2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、2重化或3重化冗余容錯系統等。

　　2．I/O接口單元的冗余