1、I毕业设计说明书基于 PLC的恒温混水控制系统的设计学生姓名： 学号：学 院： 系 名： 专 业： 指导教师： 2016年 6 月II摘 要随着人们生活水平的不断提高以及家用电器的普及，热水器的使用也越来越广泛。中国热水器市场需求量大、发展迅速。据北京中怡康时代市场研究有限公司测算，2009年热水器（不含太阳能热水器）市场规模达到212亿元，同比增长15.2%，2010年1-5月累计市场规模106亿元，同比增长23.6%，超过小家电的平均增速19.1%。现在市场上热水器主要品种有电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。2010年中国热水器市场上，品牌集中度已经到达较高水平。电热水器市场上，海尔、A
2、O史密斯、美的位居品牌关注排行榜前三名，领先优势明显；燃气热水器市场上，万和、万家乐处于领跑地位，二者间竞争激烈。电热水器、燃气热水器市场上，第一阵营的品牌领先优势明显，地位稳固。太阳能热水器市场尚未形成稳定的品牌格局，品牌排名变动频繁。 通过市场调查可知，热水器市场呈现电热水器、燃气热水器和太阳能热水器三分天下的局面，其它类型的热水器如即热式热水烈和热泵热水器还处于产品发展和市场积累阶段。对比各种热水器，燃气热水器在使用中存在安全隐患，据统计，因燃气泄漏导致的伤亡事故人数已上升至非正常死亡人数排名的第三位。因电网供电能力的加强以及管道煤气、液化石油气涨价等因素的影响，越来越多的家庭选用电热水
3、器作为家庭卫浴器具。但是目前家用热水器大多为机械式控制热水器，即通过手动调节控温把手来改变热水器出水温度，人们往往要通过不断地调节混水阀来调节冷热水的输出比例，从而获得适宜的水温。而且当水温不能满足自身需要时，又需要手动调节冷热水的输出比例。这样用户在操作上就存在很多不便，而且水温的忽冷忽热也会对用户使用时造成不适，同时电热水器还存在漏电、出水过热等安全隐患。为了解决以上问题，本文设计了一种恒温热水器。本文分析了恒温热水器的原理及发展现状，同时给出一种恒温混水阀控制器的设计方案及其实现。关键词：恒温混水，PLC，力控 IIIABSTRACTWith the continuous improve
4、ment of peoples living standards and popularization of household appliances, the water heater is used more and more widely. Market demand in China, the rapid development of a large quantity of water heater. According to the Beijing Market Research Co., Ltd. of washing machine, water heater in 2009 (
5、not including solar water heater) market scale reached 21200000000 yuan, an increase of 15.2%, 2010 1-5 month accumulative total market size of 10600000000 yuan, year-on-year growth of 23.6%, more than 19.1% of the average growth rate of small household electrical appliances. Now on the market of wa
6、ter heater main varieties of electric water heaters, gas water heaters and solar water heater. In 2010 China water heater market, brand concentration has reached a high level. Electric water heater market, Haier, AO Smith, beauty in the brand on the top three, a clear advantage; gas water heater mar
7、ket, vanward, macro in a leading position among the fierce competition, two. Electric water heaters, gas water heater market, the first camp brand advantage obviously, stable status. The solar water heater market has not yet formed a stable pattern of the brand, brand rankings change frequently.Thro
8、ugh the market survey shows, the water heater market present situation of three world electric water heaters, gas water heaters and solar water heaters, water heaters and other types such as water heater-instant burning and heat pump water heater is still in the stage of product development and mark
9、et. Comparison of various water heaters, gas water heater hidden safety problems, in use, according to statistics, by the number of casualties caused by gas leakage has risen to non-normal deaths ranked third. Because of the influence of strengthening the ability of electric power and gas pipelines,
10、 liquefied petroleum gas prices and other factors, more and more families choose electric water heater as the family bathroom appliances. But the current domestic water heaters are mostly mechanical control water heater, namely by manually adjusting the temperature control knob to change the water t
11、emperature of water heater, people often have to by constantly adjusting the mixing valve to regulate the output ratio of hot and cold water, so as to obtain the appropriate temperature. And when the water is not to meet their own needs, but also need to manually adjust the proportion of hot and col
12、d water output. So the user has a lot of inconvenience in the operation, and the water temperature of the sometimes hot and sometimes cold also can cause discomfort to users, at the same time, electric water heater leakage, water still exist overheating safety. In order to solve the above problem, t
13、his paper designs a kind of constant temperature water heater. This paper analyzes the principle and development status of constant temperature water heater, design scheme and gives a thermostatic mixing valve controller and its realization.KEYWARDS：Thermostatic mixing， PLC，Force controlIV目 录1 绪论 .1
14、1.1 恒温混水系统背景及意义 11.2 传统手动调温与恒温混水控制的区别 .11.3 恒温混水控制系统的研究现状 .21.4 本论文主要任务 .32 恒温混水控制工作原理 .42.1 基于 FX2N 恒温混水控制系统工作原理概述 .42.2 恒温混水控制系统控制结构图 42.3 恒温混水控制系统混水阀原理 .52.4 恒温混水阀技术参数 .53 恒温混水控制系统硬件与监控软件设计 .83.1 PLC 工作原理 .83.2 PLC 工作阶段 .93.3 PLC 发展历史 103.4 PLC 选型规则 123.5 三菱公司 FX2N 系列 PLC 功能特点 153.6 上位机力控工业组态软件与监
15、控 173.6.1 选型说明 .184 工业现场总线及通信 224.1 工业现场总线发现前景 235 感温元件 285.1 工作原理 285.2 主要技术参数 285.3 主要特点 296 恒温混水控制系统软件设计 306.1 PLC I/O 口地址分配 306.2 系统主程序流程图 .31V7 结论 32参考文献 .33致 谢 34xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 30 页 1 绪论1.1 恒温混水系统背景及意义 温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加
16、热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用工业生产过程当中。温度检测控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。温度检测系统应用十分广阔随着该项技术的日益成熟和现
17、代生活对方便快捷的要求越来越高，水温控制系统开始应用到生活领域，特别是在 2009 年美国 IBM公司提出的“智慧地球”标志着单片机由工业生产到日常生活应用的转变的标志。不仅是在热水器方面，生活中其他有关水温这一变量的方面也可以运用。可以说水温监测系统的运用正好填补了我国热水器用户中低端市场。1.2传统手动调温与恒温混水控制的区别目前在中国市场上，一些家用太阳能热水器和中小型的洗浴场所，在调节温度时仍然采用手动模式 ，这样很容易因为手动误差而造成水温输出地过高或过低，从而给使用者造成不便，甚至严重时会将使用者烫伤，本设计就说是为了着手研究和解决这一问题的。水温不宜过高过低：洗澡水的温度超过正常
18、的体温，即 37，称为热水浴；低于人体温度，高于皮肤的温度，即 33，叫做温水浴。水温在 34-36，利于去垢止痒；37-39，利于消除疲劳；40 -45 能舒筋活血，发汗镇痛。洗澡水的温度可因时制宜，例如冬天可选择热水浴，夏天可选用温水浴。如果浴水过烫，温度太高，不仅会损伤皮肤，还会使皮肤表面血管扩张，体表血流量骤增，心脏和大脑的血液供应减少，常有缺氧和昏倒的危险。xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 30 页 恒温系统可以让使用者根据需要自行调节冷热水混水温度，所需温度可以迅速达到并且稳定下来，保证出水温度恒定，且不受水温、流量、水压
19、变化的影响，解决洗浴中心水温忽冷忽热的问题，当冷水中断时，混水阀可以在几秒钟之内自动关闭热水，起到安全保护作用。1.3恒温混水控制系统的研究现状随着社会进步及人民生活水平的提高,人们不断追求居住条件的舒适度,其中对热水的供应已成为不可缺少的需求之一。 从使用安全角度考虑,储水式的供热面临着两大困境:一方面,水温处在较温和状态下会引发噬肺军团病,过去的 30 年间世界各地因空调、淋浴潮湿空气引起的军团病集中发病时有发生。根据军团病菌在各种水温下的存活情况。将水温提升到 60以上才能消除军团病;但是另一方面,将 60的水温直接送到用户端可能造成严重的烫伤,45以上的水温即能造成迅速的烫伤,60的水
20、温在7 秒内造成局部烫伤,90 秒内造成全部烫伤,而 70的水温在 1 秒内造成局部烫伤,10秒内造成全部烫伤。 经各国研究发现,解决此问题途径是:将供热系统中的储水池水温加热并存贮于 60以上,而在使用前临时降低用户端的热水温度到设定适合的温度,即避免烫伤,同时杜绝军团病的繁殖。 恒温混水阀(Thermostatic Mixing Valve,简写 TMV),是一种不需外部能源和动力能自动感应完成水温调节的理想控制阀。恒温混水阀依靠流经阀内介质的自身的压力、温度驱动阀门自动工作,不需要外接电源和二次仪表。恒温混水阀有三大主要功能:一、可以实现 38到 55的任何温度值的设定,用户可以根据需要
21、自行调节冷热 水混水温度;二、具有平衡供水端冷热水的压力或温度波动而保持输出水温度恒定的功能,也就是恒温混水阀不受水温、流量、水压变化的影响,能自动感应平衡水温解决洗浴中水温忽冷忽热的问题;三、当冷水突然中断时,恒温混水阀可以在几秒钟之内自动关闭热水,起到“防烫伤”的安全保护作用。另外,TMV 在节能方面也担当着重要的作用。根据欧洲 DPR412/93 号法规要求,所有储水式的热水供水供应系统里,热水供水温度需要控制在 48+5以下,这不仅是考虑用户不被烫伤,而且是最大程度地减少热水在管道输送中的热损失,避免用户出水端不xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明
22、 书第 3 页 共 30 页 必要的高温热水造成浪费。 本文应用价值工程的功能成本分析,系统的对恒温混水阀进行有关成本与结构的分析,总结出产品的创新设计,使产品成本得到降低,功能进一步的提高。1.4本论文主要任务这种恒温混水阀型温水中心的混水中心的核心部件是恒温混水阀(TMV)。早期开发TMV 的目的是防止热水洗浴时的烫伤，常规冷热水花洒及龙头无法抵御因进水端水温及水压的剧烈变化，往往造成出水端水温冷热突变而引起烫伤或人们本能地躲避温度变化而引起的滑倒摔伤。欧、美、澳等许多国家都建有以防烫和冲击，保持热水使用在安 全范围的相关标准及法规，推广或强制使用 TMV 阀，特别是在学校、敬老院、监狱、
23、幼儿园等特定场合配置 TMV 更为迫切及必需。由于这样的高起点需求背景，TMV 在抵制冷热水温度及压力变化，确定输出温度及快速响应方面都具有优越的性能，而这些性能应用于以降温、混水为目的地暖混水中心上，则可完全满足其使用要求。比如:时间响应，一方面混水阀的感温元件与常规散热器恒温阀用的感温元件相比要快得多；另一方面感温元件直接置于输出到分水器的热水管道中，避免了多重热传递道路：热水分水器管壁外部传感元件温控器控制阀。这种混水中心因无需温控器、外部传感器及导线，也避免了运行的电能消耗及繁琐安装，相应部件的成本都可省略。混水阀带有刻度标识的调节把手，可根据温度需求，水输出水温在 34-70范围内可
24、调，方便用户的使用调节。xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 30 页 2 恒温混水控制工作原理2.1 基于 FX2N恒温混水控制系统工作原理概述 电热水器分速热式。其中速热式和储水式电热水器目前还是通过混水阀调节冷热水出水比例，调到自己需要的洗浴温度。现有的混水阀技术，虽然已经得到广泛的应用，但是由于采用手动方式进行冷、热水的混合，而且出水温度受冷水进水水压和热水温度的影响很大，因此出水温度不能恒定甚至波动很大。随着恒温混水阀的问世及使用量的不断扩大，越来越多的热水器采用恒温混水控制热水器恒温出水。通过恒温混水阀，用户可以根据需要调节自
25、己所需的出水温度，该温度可以迅速达到并保持该温度值稳定。由于该温度值不受水温、流量、水压变化的影响，因此能够很好地解决用户在使用热水时出水忽冷忽热的问题；且当冷水或热水突然中断时，混水阀可以在几秒钟之内自动关闭热水，起到安全保护作用。在恒温混水阀的出水口处有一个感温元件，利用感温元件的功能特性调节阀体中阀芯的移动，自动改变冷热水进水的比例来调节出水温度值。当用户通过调节旋钮设定出水温度值后，进入出水口的冷、热水比例也随之变化，不论冷热水进水温度、水压如何变化，总能使出水温度保持恒定，出水温度值可在恒温阀允许温度范围内任意设定，这就是恒温混水阀的工作原理。2.2 恒温混水控制系统控制结构图基于
26、FX2N 系列 PLC 的控制系统，系统结构框图如图 2-1 所示。xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 30 页 图 2-1 恒温混水控制系统总体结构图2.3恒温混水控制系统混水阀原理在恒温混水阀的混合出水口处，装有一个热敏元件，利用感温元件的特性推动阀体内阀芯移动，封堵或者开启冷、热水的进水口。在封堵冷水的同时开启热水，当温度调节旋钮设定某一温度后，不论冷、热水进水温度、压力如何变化，进入出水口的冷、热水比例也随之变化，从而使出水温度始终保持恒定，调温旋钮可在产品规定温度范围内任意设定，恒温混水阀将自动维持出水温度。2.4恒温混水阀技
27、术参数DN-15 主要技术参数:工作压力：0.03-1MPa理想工作压力：0.1-0.5MPa冷水温度：5-29热水温度：50-80最高热水温度：95调温范围：25-45（25-55）温控精度：2 出水口流量：0.7m3/h (压差 0.1MPa)通径：DN 15（外螺纹连接）DN-25 主要技术参数：xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 30 页 工作压力：0.03-1MPa 理想工作压力：0.1-0.5MPa 冷水温度：5-29热水温度：50-80最高热水温度：95调温范围：35-55（50-60）温控精度：2 出水口流量：2.9m3
28、/h (压差 0.1MPa) 通径：DN25（内螺纹连接）DN-32 主要技术参数：工作压力：0.03-1MPa 理想工作压力：0.1-0.5MPa 冷水温度：5-29热水温度：50-80最高热水温度：95调温范围：35-55（50-60）温控精度：2出水口流量：3.5m3/h (压差 0.1MPa) 通径：进口 DN32（外螺纹连接）DN-40 主要技术参数:工作压力：0.03-1MPa 理想工作压力：0.1-0.5MPa 冷水温度：5-29热水温度：50-80最高热水温度：95调温范围：35-55（50-60）温控精度：2出水口流量：8m3/h (压差 0.1MPa) 通径：DN40（内螺
29、纹连接）DN-50 主要技术参数:工作压力：0.03-1MPa 理想工作压力：0.1-0.5MPa 冷水温度：5-29 热水温度：50-80xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 30 页 最高热水温度：95 调温范围：35-55（50-60）温控精度：2出水口流量：15m3/h (压差 0.1MPa) 通径：DN 50（外螺纹连接） xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 8 页 共 30 页 3 恒温混水控制系统硬件与监控软件设计3.1 PLC工作原理可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计
30、算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控
31、制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 三、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存
32、放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 四、输入输出接口电路 xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 9 页 共 30 页 （1） 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 （2） 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 五、功能模块 如计数、定位等功能模块。 六、通信模块恒温混水控制系统的核心是 PLC，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、计算及对外的数据交换。因此我们
33、在选择 PLC 时，要考虑 PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素。3.2 PLC工作阶段当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一、输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数
34、据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 二、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 10 页 共 30 页 刷
35、新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直
36、接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 3.2 可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点 （一） 、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID 回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。 （二） 、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，
37、而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 （三） 、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。 3.3 PLC发展历史起源1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求； xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 11 页 共 30 页 1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称 Programmable，是世界上公认的第
38、一台 PLC。 1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14； 1971 年，日本研制出第一台 DCS-8； 1973 年，德国研制出第一台 PLC； 1974 年，中国研制出第一台 PLC。 发展20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） 。 20 世
39、纪 70 年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程
40、逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 20 世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 12 页 共 30 页 3.4 PLC选型规则在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器
41、及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。 （一） 、输入输出（I/O）点数的估算
42、I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 （二） 、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式
43、，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字） ，另外再按此数的 25%考虑余量。 （三） 、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 1、运算功能 xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 13 页 共 30 页 简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的 PID
44、 运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和 PID 运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 2、控制功能 控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单
45、回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用 PID 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC 码转换单元等。 3、通信功能 大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如 TCP/IP） ，需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合 ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网络。 可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO 通信口、常用DCS 接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应 1：1 冗余配置，通信总
46、线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于 1Mbps，通信负荷不大于 60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式： 1） 、PC 为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络； 2） 、1 台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络； xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 14 页 共 30 页 3） 、可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网；4） 、专用
47、可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络） 。 为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、 ）通信处理器。 4、编程功能 离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，
48、下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC） 、梯形图（LD） 、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL） 、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123） ，同时，还应支持多种语言编程形式，如 C，Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 5、诊断功能 可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 6、处理速度 xx 大 学 信 息 商 务 学 院 xxxx 届 毕 业 设 计 说 明 书第 15 页 共 30 页 可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU 处理速度、软件质量等有关。目前，可编程逻辑控制器接点的响应快、速
