基于PLC的物料混合控制系统设计

目 录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 传统的物料混 合设备的控制存在的问题 . 1 1.2 物料混合 发展趋势 . 1 1.3 引入 PLC 来实现其物料混合设备的控制功能 . 2 1.4 基本内容、拟解决的主要问题 . 2 1.5 拟解决主要问题 . 2 1.6 技术 路线或研究方法 . 3 第 2 章 控制 系统总体方案 . 4 2.1 控制方式系统的要求的设计 . 4 2.1.1 继电器控制系统 . 4 2.1.2 单片机控制 . 4 2.1.3 工业控制计算机控制 . 4 2.1.4 可编程 序 控制器控制 . 4 2.2 系统方案的设计思想 . 5 2.3 系统的整体设计要求 . 6 2.4 本章小结 . 7 第 3 章 硬件系统设计 . 8 3.1 硬件选用 . 8 3.1.1 选择接触器 . 8 3.1.2 选择搅拌电机 . 9 3.1.3 选择小型三极断路器 . 10 3.1.4 选择液位传感器 . 11 3.1.5 选择电磁阀 . 12 3.2 PLC 选型基本原则 . 13 3.3 PLC 容量选择 . 14 3.4 I/O 模块的选择 . 14 3.5 电源模块的选择 . 15 3.6 PLC I/O 点分配 . 16 3.6.1 分析原理 . 16 3.6.2 PLC的 I/O接线图 . 17 3.7 主电路的设计 . 17 3.8 物料混合控制系统 . 18 3.9 本章小结 . 19 第 4 章 软件系统设计 . 20 4.1 PLC 控制的相关流程图 . 20 4.2 可编程序控制器梯形图 . 21 4.3 本章小结 . 23 第 5 章 组态 设计 . 24 5.1 组态王软件 . 24 5.2 组态王相关操作 . 24 结论 . 30 参考文献 . 31 致谢 . 32 附录 . 33 I 摘 要 可编程序控制器简称 PLC，是近年来一种发展极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。它是 一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入 /输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。 工业混合搅拌设备，使得搅拌过程实现了自动化控制、并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。 本文所介绍的多种液体混合的 PLC 控制程序可进行单周期或连续工作，具有断电记忆功能，复电后可以继续运行。另外， PLC 还有通信联网功能，再通过 WINCC组态，可直接对现场监控、更方 便工作和管理。 该混合控制系统，根据实际要求利用 PLC 的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，。在本次论文中，给出了控制系统的硬件原理图，主电路图及软件设计。 关键词 ： 可编程序控制器 PLC；液位传感器；定时器；交流接触器；搅拌电机；三级断路器； II ABSTRACT Programmable logic controller PLC for short is a development very quickly in recent years, has wide application in industry control device. It is an application designed for industrial environments and the design of digital electronic systems that run, it uses the programmable program memory, used to store the user instructions, through digital or analog input/output completion determine the number, timing and recording in a logical order, operations and determine features to control various types of machinery or production processes. Industrial mixing equipment, mixing processes are automated control, and improve the stability of mixing equipment, mixing machinery for a smooth, orderly and accurate creation of strong protection. Multiple liquid mix of PLC control program described in this article for single-cycle or continuous work, with power off memory function, complex system can continue to run.In addition, PLC has communication networking, then by WINCC configuration, can be directly on the site monitoring and more convenient work and management. The hybrid control system, based on actual requirements with PLC control and order processing functionality, complete system control,In this paper, the hardware of the control system are given schematics, circuit diagrams and software design. Key words: PLC programmable controller； Level sensor； The timer； AC contactor； Stirring motor； Three-level circuit breakers； 1 第 1 章 绪 论 1.1 传统的物料混合设备的控制存在的问题 鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，流体混合技术在上世纪60到 80年代期间得到了迅猛发展 ,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。长期以来 ,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析和预测混合体系 ,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模 ,仍是十分危险的 ,至今仍然需要通过逐级 放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。这种方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力 ,而且设计周期很长。据统计，在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为 10 100亿美元。 因此，从更微观更本质的角度 ,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学模型 ,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场 ,不仅对开发新型搅拌设备，而且对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义 ,对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。 而对于搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。这方 面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时，搅拌器的功能不仅引起液体的整个运动，而且要在液体中产生湍动，湍动程度与搅拌器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关系。这些旋涡因经常地互相撞击和破裂，使液体受到剧烈的搅拌。由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极其重要的。 1.2 物料设备的发展趋势 近代化学工业中，流动的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体，许多高粘度流体也常常遇到，尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的 流动特性，所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。对高粘度流体，特别是非牛顿型流体的搅拌传热的研究，也是近年来的一个方向。聚合釜的传热特性与其中所用的搅拌器的型式关系甚大。 随着科学技术的发展。设备有大型化发展的趋势，也需求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的 8 40m3扩大到 60 100m3，最火的已达到 140m3。采用大型聚台釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展。而且采用底部搅拌的方式越采越多，多用三 叶后掠式搅拌器。三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用 2 的一种较好搅拌器。因它排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达 5 10 次，能促使釜内反应均匀一致。 搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气 -液系和液 -液系进行混合。侧如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合；在石油精制中，也采用使液体流过设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管道中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。 可见，科学技术的发展带动了搅拌应用面的扩大。搅拌技术的发展又使得搅拌设备大型化。为了提高搅拌的全自动化和稳定性能，就需 要一个功能更强、性能更好的系统做支持。 在本设计中我将引入 PLC来实现其搅拌控制功能。 1.3 引入 PLC 来实现其物料混合设备的控制功能 本设计基于采用可编程序控制器（ PLC）的设计方案，实现对液体混合搅拌的控制。以 PLC S7-200为主要控制器。根据搅拌设备的功能特性、运作顺序等，设计中可选用电磁阀、时间继电器来实现液体的流入和时间上的延时，从而满足其控制要求。 根据控制要求，可以看出此程序是一个很典型的顺序控制问题。这样就可以先按照搅拌设备的先后运行顺序画出相应的顺序功能图，然后在根据顺序功能图画梯形 图，最后再用仿真软件对其进行调试仿真。这样就可以实现 PLC 对混合搅拌控制程序的设计。 1.4 基本内容、拟解决的主要问题 1.基本方案的选择和确定； 总体方案论证，系统是将计算机技术、 PLC 和工业自动化技术紧密结合起来 。 2.设计电气控制原理图；从初始状态到启动到最后操作的结束的中间详细过程的原理图。 3.进行 PLC 的选型及 I/O 分配；从从对 PLC 的选择到 PLC 的容量选择在到启动到物料混合的各个 I/O 的选择和分配。 4.PLC控制程序的编写 ,写出指令表。 1.5 拟解决主要问题 （ 1） PLC机型的选择 根据 PLC物料混合控制要求，列出该系统的输入输出表，从表中可得出该系统输入、输出数总和为多少点。选型时还应将性价比作为重点考虑因素。 （ 2）硬件电路的设计 根据设计要求设计合适的硬件电路，选型、调试。 （ 3）了解程序的设计 控制程序设计，最大限度的满足被控对象的控制要求 。 3 1.6 技术路线或研究方法 1.查阅文献资料，专业设计或论文，从中学习 PLC 物料混合控制 原理。完成基本的知识结构体系 .例如控制系统有进料、循环、输送三种工作状态； 2.到涉及课题有关的单位进行实地考查或实习，并开展有关研究，参考实际中核心问题的解决方案，以及实际操作中会出现的问题和应该注意的事项。 3.请专业技术人员对毕业设计方案进行指导与评议，找到自己的不足，取长补短，将不合适的设计及设计中的失误剔除改正。 4.自己试验，记录数据，测试性能。 5.编写毕业论文。 4 第 2 章 控制系统总体方案 2.1 控制方式系统的要求的设计 就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程 序 控制器控制。 2.1.1.继电器控制系统 控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的 电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢 。 2.1.2.单片机控制 单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括 CPU、存储器、定时器和多种输入 /输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集 成电路，不能直接将它与外部 I/O信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和 I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大 。 2.1.3.工业控制计算机控制 工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部 I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 2.1.4.可编程序控制器控制 可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择， 用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬 件 配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。 可编程控制器 (PLC)从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着 30多年来微电子技术的不断发展， PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数 据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的 5 多功能控制器。由 PLC 为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择 PLC来实施本次设计。 (1) 开关量的逻辑控制 这是 PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2) 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 (3) 闭环过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (4) 数据处理 现代 PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制 系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (5) 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 2.2 系统方案的设计思想 控制系统简单、经济、使用和维护方便。物料混合设备要节能、安全、高效和满足生产及应用要求 ： 1 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键 性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 2 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能 6 力，可用于各种数字控制领域。 3 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路 图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5 体积小，重量轻，能耗低 6 硬件配套齐全，拥护使用方便，适应性强 2.3 系统的整 体设计要求 在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，如图 2.1控制要求如下： 1.混合过程：开始排放混合液体阀打开延时 10S后自动关闭， A液体阀 Y1打开，注入 A 液体。当液面上升到 SL2 时，关闭 A 液体阀 Y1，同时注入 B 液体阀 Y2 打开，注入 B 液体。当液面上升到 SL3 时，关闭 B 液体阀，并开始定时搅拌，搅拌 10S 后停止。 2.停止过程：停止搅拌后自动排放混合液体，当混合液体的页面下降到 SL1 时，开始计时到 10S后关闭排气阀 Y4。一个循环结束。 3.当系统发生故障时，报警灯闪烁。保护动作自动关闭 相应的阀门和开启相应的阀门。停止混合系统运行。 4.本设计使用液位 H、 I、 L 3个传感器控制液体 A、液体 B的进入和混合液排出的 3个电磁阀门及搅拌机的启停。 7 Y 2Y 1液 体 A 液 体 BS L 3 ( H )S L 2 ( I )S L 1 ( L )Y 4混 合 液 体M3 搅 拌 机电图 2.1混合液体 2.4 本章小结 本章介绍了控制方式系统的要求以及系统方案的设计思想和对整体设计的要求，对设计的整体有个完整的认识。 8 第 3 章 硬件系统设计 3.1 硬件选用 3.1.1 选择接触器 1.选用 CJX1-9， 220V型接触器（如图 3.1） 图 3.1 CJX1-9， 220V 型交流接触器 其中“ C” 表示接触器，“ J” 表示交流， 20 为设计编号， 10/16为主触头额定电流 2.用途 CJX1 系列交流接触器 (以下简称接触器 )适用于交流 50Hz 或 60Hz，压至 660V，额定绝缘电压至 660V；电流 9 475A（ 380V、 AC-3使用类别）的电力线路中供远距离接通或分断电路之用，可频繁地起动及控制交流电动机。适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。 3.工作条件 海拔高度不超过 2000米； 周围环境温度： -25 +40； 空气相对湿度：在 40时不 超过 50%，低温时允许有较大的相对湿度； 大气条件：没有会引起爆炸危险的介质，也没有会腐蚀金属和破坏绝缘的气体和导电尘埃 。 安装位置： 安装面与垂直面的倾斜度不超过 5； 在无显著摇动和冲击的地方； 在没有雨雪侵袭的地方； 9 控制电压允许变动范围： 85% 110%US。 4.结构特征 总体结构：接触器为 E 字形铁芯，双断点触头的直动式运动结构。接触器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入接触器活动部位。接线端有罩盖，人手不会直接接触带电部位，可确保使用安全。接触器外形尺寸小巧，安装面积小。安装方式可用螺钉坚固， 938A也可扣装在 35毫米宽的标准安装导轨上，装卸迅速、方便。 触头系统：主触头、辅助触头均为桥式双断点结构，触头材料由导电性能优越的银合金制成，具有使用寿命长及良好的接触可靠性，灭弧室成封闭型，并由阻燃性材料阻挡电弧向外喷溅，保证人身及邻近电器的安全。 磁系统： 9 38A 接触器的磁系统是通用的，电磁铁工作可靠、损耗小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格的标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。 3.1.2 选择搅拌电机 三相异步电动机 （如图 3.2） 应用非常广泛，因而正确的选择电动机显得极为重要。三相异步电动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。 1.功率选择 合理选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。 1). 连续运行电动机功率的选择 原则：对于连续运行的电动机，若负载是恒定负载，先算出生产机械的功率，所选电动机的额 定功率稍大于或等于生产机械功率（即若负载是变化的，计算比较复杂，通常根据生产机械负载的变化规律求出等效的恒定负载，然后选择电 动机）。 2). 短时运行电动机功率的选择 原则：通常是根据过载系数来选择短时运行电动机的功率。 （原因由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，过载可以愈大。但电动机的过载是受限制的）。 电动机的额定功率是生产机械所要求功率的 1/。 2.种类和型式的选择 种类选择原则：主要从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑。 结构型式选择原则：根据生产机械的周围环境条件来确定。 10 电动机常用的结构型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。 3.电压和转速的选择 电压等级 选择原则：要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。 Y系列笼型电动机的额定电压只有 380V 一个等级；大功率异步电动机才采用 3000V、6000V的电压等级。 转速选择原则：根据生产机械的要求而选定。 图 3.2 电动机型号为 Y90S-6/0.75KW Y 系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围 80-315，是全国统一设计的系列产品。 Y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。 安装尺寸和功率等级完全符合 IEC 标准。采用 B 级绝缘、外壳防护等级为 IP44，冷却方式 IC418. 3.1.3 选择小型三极断路器 （如图 3.3） 图 3.3 DZ47-63系列小型断路器 11 适用范围： 交流 50Hz 额定工作电压至 380V 额定电流至 63A 额定短路分断能力不超过 6000A的配电线路中 作为过载和短路保护之用，亦可作为线路不频繁通断操作与转换之用，断路器符合 GB10963.1标准。 3.1.4 选择液位传感器 选用 LSF-2.5型液位传感器（图 3.4） 图 3.4 LSF-2.5 型液位传 感器 其中“ L” 表示光电的，“ S” 表示传感器，” F“表示防腐蚀的， 2.5为最大工作压力。 LSF 系列液位开关可提非常准确、可靠的液位检测，其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。 LSF 光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。 相关元件主要技术参数及原理如下： 1. 工作压力可达 2.5Mpa； 2. 工作温度上 限为 125； 3. 触点寿命为 100 万次； 4. 触点容易为 70W； 5. 开关电压为 24VDC； 6. 切换电流为 0.5A。 12 3.1.5 选择电磁阀 1.入罐液体的选用 入罐液体的选用 VF4-25型电磁阀（如图 3.5） 图 3.5 VF4-25型电磁阀 其中“ v” 表示电磁阀，“ F” 表示防腐蚀， 4 表示设计序号， 25 表示口径（ mm)宽度。 相关元件主要技术参数及原理如下： l).材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体； 2).介质温度 150环境温度 -20一 60； 3).使用电压： AC:220V50HZ/60HZ DC:24V； 4). 功率： AC:2.5KW； 5). 操作方式：常闭：通电打开，断电关闭，动作响应迅速，高频率。 2.出罐液体的选用 出罐液体的选用 AVF-40型电磁阀（如图 3.6） 13 其中“ A” 表示可调节流量 ， “ V” 表示电磁阀，“ F” 表示防腐蚀， 40 为口径（ mm） 图 3.6 AVF-40型电磁阀 相关元件主要技术参数及原理如下： 1). 其最大特点就是能通过设备上的按健设置来控制流量，达到定时排空的效果； 2). 其阀体材料为： ABS，有比较强 的抗腐蚀能力； 3). 使用电压： AC:220V 50HZ/60HZ DC:24V； 4). 功率： AC:5KW。 3.2 PLC 选型基本原则 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。在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 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。 PLC 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 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统， PLC 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 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的 控制系统。 14 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的 工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： （ 1）最大限度地满足被控对象的控制要求 （ 2）保证 PLC控制系统安全可靠 （ 3）力求简单、经济、使用及维修方便 （ 4）适应发展的需要 综合以上选型原则，本课题 PLC S7-200 作为控制器。 S7-200 由 4 种不同的基本单元和 6 种型号的扩展单元组成。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。 3.3 PLC 容量选择 PLC 容量包括两个方面：一是 I/O 的点数；二是用户存储器的容量（字数）。 PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的 10% 25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量 I/O乘以 8；对于有模拟量控制功能的 PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以 100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅 PLC 产品使用手册。 I/O 点数也应留有适当裕量。由于目前 I/O 点数较多的 PLC 价格也较高，若备用的 I/O点的数量太多，将使成本增加。根据 被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常 I/O点数按实际需要的 10% 15%考虑备用量。 3.4 I/O 模块的选择 PLC 是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工 作 环 境 是 工 业 生 产 现 场 。 它 与 工 业 生 产 过 程 的 联 系 是 通 过 通过 I/O 接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的 依据。同时控制器又通过 I/O 接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而 PLC 的 CPU所处理的信息只能是标准电平，所以 I/O 接口模块还需实现这种转换。 PLC 从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误， PLC的 I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要， PLC相应有许多种 I/O 接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模 拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。 15 1 确定 I/O点数 I/O 点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样， I/O点数就可能有所不同。 2 开关量 I/O 标准的 I/O接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开 /关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流 I/O信号为 24240V（ AC），直流 I/O 信号为 5 24V（ DC）。 3 选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与 PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般 24V 以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如 12V电压模块一般不超过 10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。二是高密度的输入模块，如 32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的 60%。 4 选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑：一是输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔 离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过 1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不 但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。 3.5 电源模块的选择 电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、 I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一般规则： 1 确定电源的输入电压； 2 将框架中每块 I/O模块所需的总背板电流相加，计算出 I/O模块所需的总背板电流值； 3 I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流： （ 1） 框架中带有处理器时，则加上处理 器的最大电流值； 16 （ 2） 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地 I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。 4 如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理； （ 1） 列出将来要扩展的 I/O模块所需的背板电流； （ 2） 将所有扩展的 I/O模块的总背板电流值与步骤。 5 在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。 6 根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。 具体应考随着 PLC 技术的发展， PLC产品的种类越来越多，而且功能也日益完善。PLC 的种类繁多，其 结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，当然使用场合也有所不同。因此选择合理的 PLC 对提高 PLC 控制系统技术经济指标意义重大。 因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的