1、 PLC控制系统硬件设计方法控制系统总体方案设计；控制系统硬件设计根据；机型选择；I/O模块的选择；控制系统硬件设计文件；系统供电设计；I/O模块供电电源设计；系统接地设计；电缆设计和敷设；,第八章 可编程序控制器控制系统设计, PLC控制系统软件设计方法控制系统软件设计流程；信号采样和滤波处理方法与技巧；,PLC控制系统硬件设计方法,一、控制系统总体方案设计明确对控制对象的要求，然后根据实际需要确定控制系统类型和系统工作时的运行方式，即总体方案实际的内容。 1、PLC控制系统类型由PLC构成的单机控制系统可分为下列四种类型。 （1）由PLC构成的单机控制系统 （2）由PLC构成的集中控制系统
2、 （3）由PLC构成的分布式控制系统 （4）由PLC构成远程I/O控制系统,2、系统的运行方式用PLC构成的控制系统有三种运行方式，即自动、半自动和手动。（1）自动运行方式。自动运行方式是控制系统的主要运行方式。这种运行方式的主要特点是在系统工作过程中，系统按给定的程序自动完成被控对象的动作，不需要人工干预，系统的启动可由PLC本身的启动系统进行，也可由PLC发出启动信号，由操作人员确认并按下启动响应按钮后，PLC自动启动系统。 （2）半自动运行方式。这种运行方式的特点是系统在启动和运行过程中的某些步骤需要人工干预才能进行下去。半自动方式多用于检测手段不完善，需要人工判断或某些设备不具备自控条
3、件，需要人工干涉的场合。 （3）手动运行方式。手动运行方式不是控制系统的主要运行方式，而是用于设备调试、系统调整和特殊情况下的运行方式，因此它是自动运行方式的辅助方式。,与系统运行方式的设计相对应，还必须考虑停运方式的设计。PLC的停运方式有正常停运、暂时停运和紧急停运三种。 （1）正常停运 由PLC的程序执行，当系统的运行步骤执行完且不需要重新启动执行程序时，或PLC接收到操作人员的停运指令后，PLC按规定的停运步骤停止系统运行； （2）暂停方式 用于程序控制方式时暂停执行当前程序，使所有输出都设置成OFF状态，待暂停解除时将继续执行被暂停的程序。另外也可用暂停开关直接切断负荷电源，同时将此
4、信息传给PLC，以停止执行程序，或者把CPU的RUN切换成STOP，以实现对系统的暂停运行； （3）紧急停运方式 是在系统运行过程中设备出现异常情况或故障时，若不中断系统运行，将导致重大事故或有可能损坏设备，此时必须使用紧急停运按钮使整个系统立即停运。它是既没有连锁条件也没有延迟时间的停运方式，紧急停运时，所有设备都必须停运，且程序控制被解除，控制内容复位到原始状态。,二、系统硬件设计根据,系统硬件设计必须根据控制对象而定，应包括控制对象的工艺要求、设备状况、控制功能、IO点数，并据此构成比较先进的控制系统。 1、工艺要求机械手的控制系统为 例，讨论工艺要求所包含的内容和对系统设计的要求。所要
5、了解的工艺过程。 2、设备状况设备状况应满足整个工艺要求。 3、控制功能根据工艺要求和设备状况就可提出控制系统应实现的控制功能。只有掌握了要实现的控制功能，才能据此设计系统的类型、规模、机型、模块、软件等内容。,机械手示意图,（1）下降； （2）夹紧； （3）上升； （4）右移；（5）下降；（6）放松；（7）上升；（8）左移。,4、I/O点数和种类在统计系统IO时，要分清输入和输出、数字量和模拟量、各种电压电流等级、智能模板要求。 5、系统的先进性初级的单体设备控制系统集中控制系统EIC综合化控制系统EIC综合化系统就是将电气控制（Electric）、仪表控制（Instrumentation）
6、、计算机系统（Computer）集于一体形成综合化控制系统。这种系统功能强、层次清楚、可靠性高、可扩展性强、应用开发容易。鉴于控制思想的不断更新，在设计可编程序控制器所组成的控制系统时，也要考虑到所组成的控制方案的先进性。,三、PLC的机型选择,选择机型所依据的性能指标如下： 1、CPU的能力CPU能力是可编南序控制器最重要的性能指标，也是机型选择时首要考虑的问题。实际上I/O点数、响应速度和软件功能都属于CPU的能力，这里只介绍除此之外的CPU能力。可编程序控制器的CPU能力还应包括：（1）处理器的个数。是单处理器还是双处理器或多处理器；处理器是8位的还是16位或32位的。根据处理器的个数和
7、位数就可粗略了解该可编程序控制器的基本特性。 （2）CPU存储器的性能。从使用角度考虑存储器的性能主要是可供用户使用的存储器能力，它应包括存储器的最大容量、可扩展性、存储器的种类（RAM、EPROM、EEPROM）。,存储器的最大容量将限制用户程序的多少，一般来讲应根据内存容量估计并留有一定余量来选择存储器的容量。存储器扩展性和种类多少，则体现了系统构成的方便性和灵活性。用户存储器容量的估算（P538）。（3）中间标志、计时器和计数器的能力。这一性能实际上也体现了软件功能，中间标志的多少和种类与系统的使用性能具有一定关系。如果构成的系统庞大，控制功能复杂，就需要较多的中间标志。对于计时器和计数
8、器不但要知道它们的多少还要知道它们的计时和计数范围。 （4）其他的性能参数。包括电流消耗、工作环境要求、寿命时间等。总之，CPU能力是一种综合的性能指标，而且要根据实际需要进行选择，以满足工程应用的要求。,2、I/O点数在机型选择时必须注意以下问题： （1）产品手册上给出的最大 I0点数的确切含义。由于各公司的习惯不同，所给出的最大I0点数含义并不完全一样。有的给出的是I0总点数，即包括输入也包括输出，也就是手册上给出的点数是输入点数和输出点数之和，有的则分别给出最大输入点数和最大输出点数。 （2）要分清模拟量I0点数和数字量I0点数的关系。有的产品模拟量I0点数要占数字量I0的点数；有的产品
9、则分别独立给出且互相并无影响。 （3）远程I0的考虑。对于较大的控制系统，控制对象较为分散，一般都要采用远程I0。在选择机型时，要注意可编程序控制器是否具有远程I0的能力和能驱动远程I0的点数。,（4）智能 10的考虑。在机型选择考虑 I0点数的同时，还要考虑智能 I0的能力。具有智能I0模板可方便地解决高速计数、闭环控制等特殊的控制功能。 （5）I0点数的余量。在系统硬件设计中要留有充分的 I0点数作为备用。这主要是基于两个方面的考虑：一是系统设计的更改。二是手册上给出的最大I0点数都是在理想情况下获得的参数，一旦满负荷运行，就要影响整个系统的响应速度和可靠性，给系统带来不良的影响。为了保证
10、所设计的控制系统的正常运行，在系统硬件设计时，建议根据实际I0点数留有10 15的余量。,3、响应速度对于以数字量控制为主的工程应用项目，可编程序控制器的响应速度都可满足实际需要，不必给予特殊的考虑。对于模拟量控制的系统，特别是具有较多闭环控制的系统，则必须考虑可编程序控制器的响应速度。考虑响应速度主要是从以下几个方面来考虑： 可编程序控制器程序的语句处理时间； 可编程序控制器的扫描周期；最大的扫描周期时间 系统中断处理和直接控制I/O功能； 整个系统的响应速度还与输入输出处理有关，因为任何输入输出模板都有一定的时间滞后。,总之，不同的控制对象对响应速度有不同的要求，要根据实际需要来选择可编程
11、序控制器。控制对象信号变化速度快，则要求响应速度快。控制对象信号变化慢，则要求响应的速度就不同。 4、指令系统 5、机型选择的其它考虑性能价格比备品备件的统一考虑技术支持 6、是否在线编程在线编程要求主机和编程器各有一个CPU。,四、输入/输出模块的选择,可编程序控制器与工业生产过程的联系是通过各种10模板实现的。通过I/O接口模板，PLC检测所需的过程信息，并将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。为了适应各种各样的过程信号，相应地有许多种I0模板。它们包括数字量输入、输出模板；模拟量输人、输出模板；各种智能模板。在这些模板中又包含了各种不同信号电平的模板。下面将
12、从应用角度出发，讨论各种I/O模板 的选择原则及注意事项。 1、 数字量输入模块的选择数字量输入模块将外部过程的数 信号转换成PLC CPU模块所需的信号电平，并传送到系统总线上。其模块种类，可按以下几种方法分类：, 按电压分有直流5V、12V、24V、 48V、60V和交流110V、220V； 按保护形式分有隔离和不隔离两种； 按点数分有8点、16点、32点、64点。实际应用中不论选用哪种模块，都要注意以下几点： （1）选择电压等级。根据现场检测元件与模块间的距离来选择电压的等级。一般5V、12V、24V属低压，其传输距离不宜太远。距离较远的设备有较高电压的模块比较可靠，以免信号衰减后造成误
13、差。 （2）选择模块密度。根据分散各处信号的多少和信号动作的时间选择模块的密度。集中在一处的输入信号尽可能集中在一个和几个模块上，以便于电缆安装和系统调试。对于高密度模块，如 32点或64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般来讲，同时接通点数最好不超过模块总点数的70。,（3）门坎电平。为了提高控制系统的可靠性，必须考虑门坎电平的大小。门坎电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。 （4）输入信号的最小持续时间。根据输入模块硬件所造成的信号延时，设计输入信号的最小持续时间。为了让CPU有足够的时间读入输入信号，所有输入信号都必须持续一定时间。这个时间应大于一个扫描周期与输入模块的
14、延时时间之和，即其中，TS为输入信号持续时间；Tn为可编程序控制器的扫描周期；Ti为输入模块所造成的信号延时时间。如果不考虑模块的信号延时时间，就有可能造成输入信号丢失xi下图给出了输入信号延时的时序图。,（5）选择输入模块。l）要根据系统抗干扰性能的要求，选择带光电隔离或不带光电隔离的输入模块；2）根据被控设备与可编程序控制器CPU所安装位置之间的距离来设计是采用本地输入模块还是远程输入模块。 （6）备用输入点的设计考虑。在设计总输入点数时都留有了一定的余量，这些备用点的分配应分别考虑到每块输入模块上，最好分配到每组输入点上。例如一块输入模块具有32点输入，它们每8点为一组，在设计时每8点留
15、一个备用点，一旦其余7点发生故障，只有把接线从故障点改接到备用点，再修改相应地址，系统就可恢复正常。这样考虑，则有利于系统设计的修改和故障的处理。,2、数字量输出模块的选择数字量输出模块就是将CPU模块处理过的内部数字量信号转换成外部过程所需的信号，并驱动外部过程的执行机构、显示灯等负载。数字量输出模块的种类与输入模块一样，有各种电压等级、各种保护形式、各种点数。除此之外，数宇量输出模块还有不同的输出方式（如晶体管输出、继电器输出等）和不同的输出功率。选择数字量输出模块时，有些内容与选择数字量输入模块相同，如选择电压等级、模块密度、备用点设计等。除此之外，根据数字量输出模块的情况还应注意下述内
16、容： （l）输出方式的选择。 （2）输出功率的选择。在选择模块时要注意手册上给出的输出功率要大于实际负载所需的功率。在实际应用中，如果负载要求的功率很大，数字量输出模块已不能满足需要，此时在设计上可有两种办法：, 采用中间继电器，数字量输出驱动中间继电器的线圈。中间继电器驱动负载，这种方法也可用于多个负载的并联驱动（所并联的负载动作应完全一致）； 用多个数字量输出点并联驱动一个负载，此时应注意多个输出点动作的一致性。 （3）负载。针对负载情况要注意两点： 对于像电磁抱闸这类负载，虽然负载电流很小，但匝数多，断电瞬间其反向电压很高，有时会使输出三极管反向击穿，此时要在负载两端并接电容和电阻抑制反
17、向电压； 对于灯负载，要注意启动冲击电流，一般启动电流为负载额定电流的10倍，驱动灯负载时，手册上都给出相对应的输出功率。 （4）输出模块噪声的抑制。对于数字量输出模块，当接通或断开负载时，将产生较高的噪声电压，因此应采取一定措施抑制噪声。, 对于交流输出模块，可在负载两端并联一个电阻电容网络吸收交流噪声； 对于直流输出模块，可在负载两端并联一个二极管吸收直流噪声。其中电阻和电容的选择可按下表进行。,电容的耐压和电阻的功率要根据实际情况选择；而二极管的击穿电压和额定电流则要根据负载状况选择。,3、模拟量输入模块的选择模拟量输入模块是将外部生产过程缓慢变化的模拟信号转换为PLC内部的数字信号。在
18、选择模拟量输入模块和应用时要注意下述事项： （1）模拟量值的输入范围。模拟量输入模块有各种输入范围，它们包括010V，士10V，420mA等。有的产品用外加输入量程子模块来实现各种输入范围，使得同一个模拟量输入模块可以适应不同的输入范围；也有的产品将各种不同输入范围的模块做成各自独立的模拟量输入模块。 （2）模拟量值的数字表示方法。模拟量输入模块的功能是进行模拟量到二进制数值的转换。在选择时要注意转换为二进制数值的位数，转换后的位数越高，精度就越高。一般的模拟量输人模块都是将模拟量输入的采样值转换成12位的二进制数。在采用二个字节表示时，除了12位数值外，其余的位则用来提高相应的信息，应用时要
19、注意各个位所表示的意义。,（3）采样循环时间。一个模拟量输入模块包括8路或16路模拟量输入通道，它在处理模拟量输入值时采用循环处理方式，所以采样循环时间是一个主要的参数，它反映了系统处理模拟量输入的响应时间。 （4）模拟量输入模块的外部连接方式。外部检测元件各种各样，其信号范围和要求的连接也不相同。模拟量输入模块为适应这些要求可提供各种连接方式，它们包括电阻的连接方式、热电偶的连接方式、各种传感器的连接方式；有时还包括两线连接和带补偿的四线连接，这些都要根据实际需要选择。 （5）抗干扰措施。模拟量输入值属于小信号，在应用中要注意抗干扰措施。其主要方法有：, 注意与交流信号和可产生干扰源的供电电
20、源保持一定距离； 模拟量输入信号接线要采用屏蔽措施； 采用一定的补偿措施，减少环境对模拟量输入信号的影响。 4、模拟量输出模块的选择模拟量输出模块将PLC内部的数字结果转换成外部生产过程的模拟量信号。与模拟量输入模块一样，它包括各种输出范围的模块。在应用选择时都要注意下述事项： （1）输出范围和输出类型。模拟量输出范围包括010V，士10V，420mA。输出类型有电压输出和电流输出，一般的模拟量模块都同时具有这两种输出类型，只是在与负载连接时接线方式不同。另外，模拟量输出模块还有不同的输出功率，在使用时要根据负载情况选择。,（2）对负载的要求。模拟量输出模块对负载的要求主要是负载阻抗，在电流输
21、出方式下一般给出最大的负载阻抗。在电压输出方式下，则给出最小负载阻抗。 （3）模拟量值的表示方法。模拟量输出模块的外部接线、抗干扰措施等都与模拟量输入模块的情况类似，参照手册上给出的性能指标与负载情况确定即可。 5、智能I/O模块的选择智能10模块不同于一般的10模块，它自身带有微处理器芯片、系统程序、存储器。智能接口模块通过系统总线与CPU模块相连，并在CPU模块的协调管理下独立进行工作，提高厂处理速度，便于应用。一般的智能I0模块包括通讯处理模块、高速计数模块、带有PID调节的模拟量控制模块、阀门控制模块等。,（1）通讯处理模块。在实际的控制系统中，由于控制对象的增加，控制功能的复杂，因此
22、要采用两台或多台可编程序控制器组成复杂的控制系统；在有些场合下，也需要由PLC和其他的计算机组成控制系统。通讯处理模块就是实现可编程序控制器之间、可编程序控制器和其他计算机之间的数据交换，完成整个控制系统的通讯功能。在选择应用通讯处理模块时，主要考虑以下几点：l）通讯协议。它包括两个方面的内容： 通讯接口。大多数模块通讯处理都能提供 RS232或 RS422串并行接口； 通讯方式。 一般的通讯处理模块都可实现主从通讯和点对点的通讯。,2）通讯处理模块所能连接的设备，从应用角度来讲使用通讯处理模块就是要实现设备之间的连接，所以在使用选择时必须清楚可连接的设备。 3）通讯速率。通讯速率反映了数据传
23、输的响应速度。在设计中要注意模块给出的通讯速率应满足实际系统通讯的需要，否则通讯系统将影响整个控制系统的响应速度。 4）应用软件编制方法。在这一点上，各种系统之间相差较大。有的已将大部分软件都固化在模块的操作系统中，用户只需编制极为简单的儿条指令就可完成通讯软件的编程；有的则需用户编制大量的通讯软件来实现要求的通讯功能。 5）系统的自诊断功能。,（2）高速计数模块。高速计数模块可用于脉冲和方波计数器、实时时钟、脉冲发生器、图形码盘译码、机电开关等信号处理过程中。它可满足快速变化过程和准确定位的需要，为高速计数、时序控制、采样控制提供了强有力的工具。 在选择高速计数模块时要注意以下几点： l）所
24、能接收的计数脉冲。一般的高速计数模块对脉冲源都有一定要求，大多数高速计数模块都可接收码盘译码输出信号、数字转速表输出信号、机械开关信号、晶体管开关信号、光电开关信号等。所接收的信号电平也都有一定要求，有的是TTL 电平，有的是1030V的直流信号，也有其他形式的信号电平。 2）计数器的个数。对于具有多路计数功能的高速计数模块，既可分开独立使用，也可串联起来，以增加计数范围。,3）计数频率和计数范围。计数频率一般给出最高值，计数范围给出每一个通道的最大值。 4）计数方式。高速计数模块最基本的计数方式应包括向上计数、向下计数、内部信号计数、外部信号计数、上升沿计数、下降沿计数、电平计数等。这些计数
25、方式在选择模块时要注意各种型号的差别。 5）值得注意的是，高速计数模块是一个智能模块，它可以独立于CPU而连续工作，而高速计数模块与CPU之间的信息交换是IO在扫描时进行的，所以在执行直接IO命令时就会影响高速计数模块与CPU之间的信息交换，甚至有可能丢脉冲。为了防止这种现象，在使用高速计数模块I0地址时，应尽量放在整个应用软件的前部。,（3）PID闭环控制模块。为了适应数字闭环控制系统的需要，许多厂家开发了适用于可编程序控制器的PID闭环控制模块。PID闭环控制系统可应用于各种回路控制中，在不同的硬件结构和软件程序作用下可分别实现P、PI、PD和 PID控制功能。在选择PID闭环控制模块时主
26、要从以下方面考虑：1）PID算法。PID算法的多少显示了PID闭环控制模块功能的强弱。2）操作方式。PID闭环控制模块应支持多种操作方式，一般应包括自动手动、自动本地、自动远程等几种操作方式。支持的操作方式越多，系统构成和应用就更灵活。 3）PID控制的回路数。一个PID闭环控制模块有时包括多个控制回路。4）控制精度。作为闭环控制模块，其控制精度是一个重要的参数。这一点要结合实际控制对象的要求进行考虑。,五、系统硬件设计文件,一般系统的设计文件应包括系统硬件配置图、模块统计表、PLCIO接口图和 IO地址表。1、系统硬件配置图系统硬件配置图应完整地给出整个系统硬件组成，它应包括系统构成级别（设
27、备控制级和过程控制级）、系统联网情况、网上可编程序控制器的站数、每个可编程序控制器站上的中心单元和扩展单元构成情况、每个可编程序控制器中的各种模块构成情况。下图给出了一般的二级控制系统的基本系统硬件配置图。对于具体的控制对象，过程站和设备控制站都有不同的个数，每个站的构成也不完全相同；而对于一个简单的控制对象，也可能只有一个设备控制站，不包括图中的其他部分。但无论怎样，都要根据实际系统设计出系统硬件配置图。,2、模块统计表由系统硬件配置图就可得知系统所需各种模块数量。为了便于了解整个系统硬件设备状况和硬件设备投资计算，应做出模块统计表。模块统计表应包括模块名称、模块类型、模块订货号、所需模块个
28、数等内容。 3、IO硬件接口图IO硬件接口图是系统设计的一部分，它反映的是可编程序控制器输入输出模块与现场设备的连接。如下图4、 IO地址表在系统设计中还要把输入输出列成表，给出相应的地址和名称，以备软件编程和系统调试时使用。这种表称为 I0地址表，也叫输入输出表。下表为IO地址表的典型格式。,六、系统供电设计,系统供电电源设计是指可编程序控制器CPU工作所需电源系统的设计。它包括供电系统的一般性保护措施、可编程序控制器电源模块的选择和典型供电电源系统的设计。 1、供电系统的保护措施为了提高系统的可靠性和抗于扰性能，在可编程序控制器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
29、开关电源等措施。 （1）隔离变压器。隔离变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，用漆包线或铜等非导磁材料统成，但电气设备上不能短路，而后引出一个头接地。初、次级间的静电屏蔽层与初次级间的零电位线相接，再用电容耦合接地，如图 所示。采用了隔离变压器后可以隔离掉供电电源中的各种干扰信号，从而提高系统的抗干扰性能。,（2）交流稳压器。为了抑制电网电压的起伏，PLC系统中设置有交流稳压器。在选择交流稳压器时，其容量要留有余量，一般可按实际最大需求容量的30计算。这样一方面可充分保证稳压特性，另一方面有助于交流稳压器的可靠工作。在实际应用中，有些PLC对电源电压的波动具有较强的适应性，此时为了减少开支，也
30、可不采用交流稳压器。,（3）UPS 电源。在一些实时控制中，系统的突然断电会造成较严重的后果，此时就要在供电系统中加入UPS电源供电，PLC的应用软件可进行一定的断电处理。当突然断电后，可自动切换到UPS电源供电，并按工艺要求进行一定的处理，使生产设备处于安全状态。在选择UPS电源时也要注意所需的功率容量。,（4）晶体管开关电源。晶体管开关电源主要是指稳压电源中的调整管以开关方式工作，用调节脉冲宽度的办法调整直流电压。这种开关电源在电网或其他外加电源电压变化很大时，对其输出电压并没有多大影响，从而提高了系统抗干扰的能力。目前，各公司的可编程序控制器中的电源模块采用的都是晶体管开关电源，所以在整
31、个系统供电电源设计中不必再考虑加晶体管开关电源，只要注意可编程序控制器电源模块对外加电源的要求就行了。 2、电源模块的选择可编程序控制器CPU所需的工作电源一般都是5V直流电源，一般的编程接口和通讯模块还需要5.2V和24V直流电源。这些电源都由可编程序控制器本身的电源模块供给，所以在实际应用中要注意电源模块的选择。在选择电源模块时一般应考虑以下几点：,（1）电源模块的输入电压。确定了输入电压后，也就确定了系统供电电源的输出电压。 （2）电源模块的输出功率。在选择电源模块时，其额定输出功率必须大于CPU模块、所有IO模块、各种智能模块等总的消耗功率之和，并且要留有30左右的余量。当同一电源模块
32、既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25V。 （3）扩展单元中的电源模块。在有的系统中，由于扩展单元中安装有智能模块及一些特殊模块，就要求在扩展单元中安装相应的电源模块。这时相应的电源模块输出功率可按各自的供电范围计算。 （4）电源模块接线。选定了电源模块后，还要确定电源模块的接线端子和连接方式，以便正确进行系统供电的设计。一般的电源模块其输入电压是通过接线端子与供电电源相连的，而输出信号则通过总线插座与可编程序控制器CPU的总线相连。,3、一般系统供电电源设计可编程序控制器控制部分供电设计包括可编程序控制器CPU工作电源、各种I0模块的控制回
33、路工作电源、各种接口模块和通讯智能模块的工作电源。这些工作电源都是由可编程序控制器的电源模块供电，所以系统供电电源设计就是针对可编程序控制器电源模块而言的。下图为一典型系统的供电设计。在工程实际中，供电系统设计还要注意卜述儿点： （l）电源模块的接线。一般的可编程序控制器电源模块都有三个进线端子，在图中分别用LI、N、PE表示。其中LI和N为交流220V进线端子，PE为系统的地，并与机壳相连。 （2）系统接地连接。PLC电源模块的接地端应选择不小于10mm2的铜导体并尽可能短地与交流稳压器、UPS不间断电源、隔离变压器和系统接地相连。,（3）要注意选择交流稳压器、UPS不间断电源的容量，它们应
34、包括所有可编程序控制器模块所需的容量，并留有一定的余量。 （4）要注意可编程序控制器电源模块的输入电压。有些产品分别包括220V交流、110V交流和 24V直流的输人电压，在我国使用较多的是 220V交流，但也有 24V直流的情况。如果电源模块输入为24V直流，供电系统的设计就要在电源模块和交流稳压器或UPS不间断电源之间加入直流稳压电源，且直流稳压电源容量的选择也要考虑全部所需容量。这一点在实际使用中必须加以注意，否则易造成电源模块的损坏。,七、系统接地设计,在实际控制系统中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。 1、
35、正确的接地方法接地设计有两个基本目的：消除各电路电流流经公共地线阻抗所产生的噪声电压和避免磁场与电位差的影响，使其不形成地环路，如果接地方式不好就会形成环路，造成噪声耦合。理想的情况是一个系统的所有接地点与大地之问阻抗为零，但在实际接地中总存在着连接阻抗和分散电容。在一般接地过程中要求如下： （1）接地电阻在要求的范围内。接地电阻一般应小于4。 （2）要保证足够的机械强度。 （3）要具有耐腐蚀及防腐处理。 （4）在整个工厂中，PLC组成的控制系统要单独设计接地。,2、各种不同接地的处理在PLC组成的控制系统中，大致有以下几种地线： （1）数字地。这种地也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零
36、电位。 （2）模拟地。这种地是各种模拟量信号的零电位。 （3）信号地。这种地通常是指传感器的地。 （4）交流地。交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。 （5）直流地。直流供电电源的地。 （6）屏蔽地（也叫机壳地）。为防止静电感应而设。以上这些地线如何处理是可编程序控制器系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就讨论不同的处理方法。,（1）一点接地和多点接地。一般情况下，高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。 （2）交流地与信号地不能共用。由于在一般电源地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏电压。对低电平信号电路来说，这是一个非常严重的于抗，因此必须加以隔截和防止。 （3）浮地与接地的
37、比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地的绝缘电阻不能小于 50M 。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。由此可见，可编程序控制器系统还是以接大地为好。,（4）模拟地。模拟地的接法十分重要，为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮地技术。 （5）屏蔽地。在控制系统中，为了减少信号中电容耦合噪声以便准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。,八、 电缆设计和敷设,1、电缆的选择对于可编程序控制器组成的控制系统而占，既包括供电系统的动
38、力线，又包括各种信号线。对于各种信号线和动力线要选择不同的电缆。 （1）一般情况下，对开关量信号用的电缆可选用一般电缆；当信号的传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。 （2）模拟量信号应选用双层屏蔽电缆。 （3）高速脉冲信号一般频率都高于I00HZ，应选择屏蔽电缆，其作用是既防止外来信号的干扰，又防止高速脉冲信号本身对低电平信号的干扰。 （4）通讯信号频率高，一般应选用可编程序控制器厂家提供的专用电缆；在要求不很严格的情况下，也可选用带屏蔽的双铰电缆。 （5）电源供电系统一般可按通常的供电系统相同地选择电源电缆。 （6）对一些特殊要求的设备，此时所要电缆一般由厂一家直接提供。,2、电缆的敷设施工传输
39、线之间的相互干扰是数字调节系统中较难解决的问题。这些干扰主要来自传输导线间分布电容、电感引起的电磁耦合。防止这种干扰的有效方法是 使信号线远离动力线或电网； 将动力线、控制线和信号线严格分工，分别布线。,PLC控制系统软件设计方法,一、控制系统软件设计流程； 1、系统软件设计基本要求 （1）与生产工艺结合紧密。 （2）与硬件控制系统结合紧密。 （3）设计人员需要具备计算机和自动化控制方面的双重知识。 2、系统软件设计的内容可编程序控制器程序设计的基本内容一般包括：参数表的定义、程序框图绘制、程序的编制和程序说明书编写四项内容。,（1）参数表的定义。参数表定义就是按一定格式对系统各接口参数进行规
40、定和整理，为编制程序做准备。参数表的定义包括对输入信号表，输出信号表，中间标志表和存储单元表的定义。一般情况下，输入输出信号表要明显地标出模块的位置、信号端子号或线号、输入输出地址号、信号别名、信号名称和信号的有效状态等：中间标志表的定义要包括信号地址、信号别名、信号处理和信号的有效状态等；存储单元表中要含有信号地址和信号名称。信号的顺序一般是按信号地址由小到大排列，实际中没有使用的信号也不要漏掉，这样便于在编程和调试时查找。 （2）程序框图的绘制。程序框图是指依据工艺流程而绘制的控制过程方框图。 （3）程序的编制 （4）程序说明书的编写。,二、信号采样和滤波处理方法与技巧在应用系统中，采样信
41、号有离散信号、模拟信号等，由于系统在工作过程中，受外界环境和其他干扰，使得PLC所采集到的信号出现不真实性，从而造成系统工作紊乱和错误。为了消徐干扰，准确获得真实信号，需要对采样输入的有关信号进行滤波处理。 1、离散信号的采样滤波离散量信号的滤波主要采用延迟时间再确认的方法来实现的。这种方法的主要过程是：当某一控制信号出现时，将它记忆，经过相应的时间延迟，对这个信号再检查，如果仍然存在就认为它是真实信号；如果再检查时信号已消失，就认为是假信号，将其舍弃。延迟时间可以用定时器实现，也可以利用可编程控制器的周期扫描时间，但都必须小于被滤波信号的正常存在的最短时间，否则将丢失信号。对单个的离散信号的
42、滤波可以采用逻辑操作指令进行。如下例,离散量滤波程序举例,2、模拟信号滤波的方法PLC构成的系统中，模拟量信号是经过采样后转化为数字量进行处理的，为了消除某些干扰信号而需要滤波处理，滤波过程也是在数字形式下进行的。常用的滤波方法有：算术平均值滤波法、惯性滤波法、中间值滤波法，有时可同时使用以上几种方法对某一采样值进行滤波，可收到更好的效果。采用数字滤波算法克服随机干扰引入的误差具有如下优点：1）数字滤波无需硬件，只是一个计算过程，因此可靠性高，不存在阻抗匹配问题。尤其是数字滤波可以对频率很高或很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器所不及的。2）数字滤波是用软件算法实现的，因此可以使多个输入通道共用
43、一个软件“滤波器”，从而降低了硬件成本。3）只要适当改变软件滤波器的滤波程序或运算参数，就能方便地改变滤波特性，这对于低频、脉冲干扰、随机噪声特别有效。,（1） 算术平均滤波法算术平均滤波法就是连续取n个采样值进行算术平均。其数学表达式为：算术平均滤波法适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。算术平均滤波法对信号的平滑程度取决于N。当N较大时，平滑度高，但灵敏度低；当N较小时，平滑度低，但灵敏度高。应视具体情况选取N，以使既少占用计算时间，又达到最好的效果。,（2） 惯性滤波法惯性滤波是一种以数字形式实现低通滤波的动态方法，其传递函数为：将上式离散化得：式中，YK第K次滤波的输出值XK第K次采
44、样值滤波系数，其值小于1,（3）中间值滤波法中间值滤波就是对某一被测参数连续采样N次（一般N取奇数），然后把N次采样值按大小排队，取中间值为本次采样值。中位值滤波能有效地克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳家引获的误码等造成的脉冲干扰。 （4）去极值平均滤波法算数平均值滤波不能将明显的脉冲干扰消除，只是将其影响削弱。去极值平均滤波法算法原理如下：连续采样N次，将其累加求和，同时找出其中的最大值和最小值，再从累加和中减去最大值与最小值，然后按N-2个采样值求平均值，即得有效采样值。 滤波值数学表达式为：去极值平均滤波法对防止脉冲干扰相当有效。,机械手的动作过程如图所示。从原点开始，按下起动按钮时
45、，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。3S后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。5S后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过八步动作完成了一个周期。,分析： 1、输入/输出点数的确定 2、机型选择 3、I/O连接图 4、梯形图 （1）继电器梯形图 （2）步进梯形图,
