基于MCGS的舞台灯光控制及组态设计.doc

毕业设计（论文） 课题 基于基于 MCGS 的舞台灯光控制及组态设计的舞台灯光控制及组态设计 类类 别别毕业设计论文 系系 科科电子工程系 专专 业业 应用电子技术 应用电子技术/应用英语 电气自动化技术 电气自动化技术/市场营销 计算机应用技术 计算机应用技术/广告设计与策划 班班 级级电气电气 071D 姓姓 名名 完成日期完成日期2009 年年 12 月月 30 日日 指导教师指导教师 基于基于 MCGSMCGS 的舞台灯光控制与组态设计的舞台灯光控制与组态设计 摘要摘要 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为 PC 或 PLC，是 60 年代 末发明的工业控制器件。日本电气控制学会曾对可编程控制器作了一个定义：可编程 控制器是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令 的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件， 对生产设备和生产过程进行控制的装置。 MCGS(Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速 构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在 Windows 平台上运行。通过对现场数 据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出 等多种方式，向用户提供解决实际工程问题的方案。 舞台灯光在现代舞台演出中的作用:照明演出,使观众看清演员表演和景物形象； 导引观众视线；塑造人物形象，烘托情感和展现舞台幻觉；创造剧中需要的空 间环境；渲染剧中气氛。 在现代演出中，灯光的强度、色彩、照明区的分布，灯光的运动等都具有较大的 可塑性与可控性。舞台灯光的艺术效果是随着演出的进展、舞台气氛的不断变换而展 现的。 关键词关键词: : 可编程控制器 舞台灯光 MCGS 组态 Based on the MCGS control of stage lighting design and configuration Abstract That programming controller (Programmable Logical Controller) is called for short is PC or PLC , is the industrial control component that the sixties powder invents. The Japan electric control institute has assumed a definition once to programming controller: And then programming controller is with logical calculus , sequential control, sequence and under the control of procedure such as counting and arithmetic arithmetic, the component, carries out the device controlling on production facility and procedure of production among using a string of the instruction form to deposit to memory, according to controlling content , the simulation , the figure passing and so on IO storing. MCGS (Monitor and Control Generated System, Universal Control System) is a structure for the rapid formation and a computer monitoring system configuration software can run on the Windows platform. Through on-site data acquisition and processing. Animation to show that the police handling, process control, real-time curve, the curve of history and a variety of ways, such as statements of the output. Users to solve practical engineering problems. Lighting effect in performing in modern stage: (1) illuminate performing , make audience see actor performance and the scenery image clearly; (2) guidance audienceline of sight; (3) mold the personage image , set off emotion by contrast and display stage illusion; (4) create the space environment needing in drama; (5) exaggerate the drama middle atmosphere; Empty space changes . Intensity , color , illumination area distribution , the lamp light motion etc. performing middle , lamp light in modern times all has bigger plasticity and controllable nature. The lighting art effect is that the atmosphere ceaselessness varies but unfolds with the progressing , stage performing. Keywords: Programming controller、manages a lighting 、MCGS configuration 目录目录 摘要摘要.I ABSTRACT .II 目录目录.III 1 1 可编程控可编程控制制器的概论器的概论.1 1.11.1 PLCPLC 的定义的定义.1 1 1.2 2 PLCPLC 的构成的构成.1 1.31.3 PLCPLC 的特点的特点.2 1.41.4 PLCPLC 的输入与输出的输入与输出.4 1.51.5 PLCPLC 的发展趋势的发展趋势.5 1.61.6 PLCPLC 的选型原则的选型原则.6 2 2 PLCPLC 控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较 .11 2.12.1 PLCPLC 控制与继电器控制两者区别控制与继电器控制两者区别.11 2.22.2 控制继电器存在的缺点控制继电器存在的缺点.12 2.32.3 PLCPLC 相对于继电器线路的优势相对于继电器线路的优势.12 3 3 舞台灯光的舞台灯光的 PLCPLC 设计设计.14 3.13.1 舞台灯光的设计原则舞台灯光的设计原则 .14 3.23.2 舞台灯光系统的工艺要求舞台灯光系统的工艺要求.14 3.33.3 舞台灯光工艺流程图舞台灯光工艺流程图.14 3.43.4 舞台灯光的舞台灯光的 PLCPLC 设计设计.18 4 4 舞台灯光的组态设计舞台灯光的组态设计.21 4.14.1 MCGSMCGS 系统介绍系统介绍.21 4.24.2 MCGSMCGS 的构成的构成.24 4.34.3 MCGSMCGS 的运行的运行.27 4.44.4 舞台舞台灯灯光的设计与制作光的设计与制作.27 .1 工程建立工程建立.2727 .2 建立用户窗口建立用户窗口.2828 .3 编辑文字编辑文字 .2828 .4 制作舞台制作舞台 .2828 .5 动画连接动画连接 .2929 .6 封面的设置封面的设置 .3030 .7 调试窗口调试窗口 .3232 .8 设备连接设备连接 .3434 .9 主控窗口的设置主控窗口的设置 .3535 4.54.5 舞台灯光控制的组态图舞台灯光控制的组态图.35 总结总结.37 参考文献.- 1 - 致谢.- 2 - 附录.- 3 - 引言引言 目前，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设 备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全 可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。在全球工业计算 机控制领域，围绕开放式过程控制系统、开放式过程控制软件、开放式数据通信协议， 已经发生巨大变革。 1 可编程控制器的概论可编程控制器的概论 1.11.1 PLCPLC 的定义的定义 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器， 定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可 编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操 作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它 采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或 生产过程。可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工 业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电 子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能 实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控 制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特 点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。可编程控制 器(PLC)，是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有可 靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。由此可见，用 PLC 控制的智能型舞台艺术 灯比传统的舞台艺术灯控制优越的多。 1 1.2 2 PLCPLC 的构成的构成 从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定 规则组合配置。 1.31.3 PLCPLC 的特点的特点 1 可靠性高，抗干扰能力强 工业生产对控制设备的可靠性要求： 平均故障间隔时间长 故障修复时间（平均修复时间）短 任何电子设备产生的故障，通常为两种： 偶发性故障。 由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故 障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢 复正常。但对 PLC 而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。 永久性故障。 由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果 能使 PLC 在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使 PLC 在恶劣条 件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在 PLC 上增加一些 诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故 障限制在局部，就能降低 PLC 的平均修复时间。为此，各 PLC 的生产厂商在硬件和软 件方面采取了多种措施，使 PLC 除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信 息，停止运行等待修复外，还使 PLC 具有了很强的抗干扰能力。 硬件措施： 主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储 器完成，I/O 系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进 行屏蔽，以防外界干扰。 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如 LC 或 型滤波网络，以 消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V 电源，采用多级滤波，并 用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 隔离在微处理器与 I/O 电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离 I/O 接口与 CPU 之间电的联系，减少故障和误动作；各 I/O 口之间亦彼此隔离。 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出 现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。 软件措施： 有极强的自检及保护功能。 故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干 扰信号等。以便及时进行处理。 信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏 PLC 内部的信息。一旦故障 条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC 在检测到故障条件时， 立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作， 以防存储信息被冲掉。 设置警戒时钟 WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了 WDT 规定的时间， 预示了程序进入死循环，立即报警。 加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行。 对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息 就不会丢失。 PLC 的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为 1000V，上 升时间 1nS，脉冲宽度为 1S 的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上 千万小时；制成系统亦可达 45 万小时甚至更长时间。 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 力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了 位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界 面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 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 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功 耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.41.4 PLCPLC 的输入与输出的输入与输出 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输 入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入 （DI） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI） ，模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。 常用的 I/O 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电 器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10- 10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管 理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块：PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还 为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC） ， 直流电源（常用的为 24VAC） 。 底板或机架：大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模 块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各 模块构成一个整体。 1.51.5 PLCPLC 的发展趋势的发展趋势 长期以来，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控 制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供 安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面， PLC 还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业 PC 所 带来的冲击。PLC 需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。 PLC 技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC 将会 继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业 PC 面前，PLC 将会一步一步走向死亡； 但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为 PLC 提供一定的市场份额。 在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制 软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有 PLC，但这种趋势也 许不会继续发展下去。随着软 PLC（SoftPLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善 和发展，安装有 SoftPLC 组态软件和基于工业 PC 控制系统的市场份额正在逐步得到 增长，这些事实使传统 PLC 供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对 现实，在传统 PLC 的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲， 这是 PLC 控制器的核心，PLC 供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件， 而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结 果是将 PLC 融入更加开放的工业控制行业。 随着微处理器技术、超大规模集成电路技术和数字通讯技术的进步和发展，可编 程序控制器也得到了迅速发展，其功能已远远超出了其定义所指的范围，其概念也日 趋模糊，现代可编程控制器的发展趋势主要有以下几个方面: (1) 用高性能器件，尽量缩小与工业控制计算机之间的差距。例如，德国 FESTO 公司的 IPC(Industrial PC)由一系列符合工业标准的模块组成，它与微机兼容且具有 PLC 的功能。 (2) 丰富 I/O 模块，使 PLC 在实时性、精度、分辨率、人机对话等性能方面进一步 得到改善和提高。 (3) 进一步强化网络功能，以实现信息管理自动化。例如 IPC 型控制器具备多种现 场总线接口。如 FESTO 总线、Profibus、AS-I、CAN 等，以及各种网络连接模块，如 Novell 等，从而使 PLC 与 PLC、PLC 与 PC、PLC 与现场设备之间建立通讯联网。 (4) 多种编程语言并存，互补不足。IPC 型控制器除了采用梯形图、指令表编程以 外，还可以用 IEC1131 规定的用于顺序控制的标准化语言以及 C、Basic 等计算机语言 进行编程。 (5) 硬件结构集成化、冗余化。随着专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuits)和表面安装技术(SMT，Surface-Mout Technology)在 PLC 硬件设计上 的运用，使得 PLC 产品硬件元件数量更少，集成度更高，体积更小，其可靠性更高。 同时，为了进一步提高系统的可靠性，PLC 产品还采用了硬件冗余和容错技术。用户 可以选择 CPU 单元、通信单元、电源单元或 I/O 单元甚至整个系统的冗余配置，使得 整个 PLC 系统的可靠性得以进一步加强。 1.1.6 6 PLCPLC 的选型原则的选型原则 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。 1、输入输出（I/O）点数的估算 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 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 2、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，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。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。 3、运算功能 简单 PLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通 PLC 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 PLC 中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在 PLC 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。 4、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。PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控 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 PLC 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。 5、通信功能 大中型 PLC 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。 PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO 通信口、工业以太网、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信总线（含接口设备和电缆） 应 1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 PLC 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%。PLC 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 PLC 为从站，组成简易 PLC 网络；2）1 台 PLC 为主站，其他同型号 PLC 为从站，构成主从 式 PLC 网络；3）PLC 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 PLC 网络（各厂商的专用 PLC 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、工业以太网）通信处理器。 6、编程功能 离线编程方式：PLC 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，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 PLC 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。 7、诊断功能 PLC 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 PLC 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。 PLC 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。 8、处理速度 PLC 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 PLC 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，PLC 接点的 响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约 0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、 相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型 PLC 的扫描时间 不大于 0.5ms/K；大中型 PLC 的扫描时间不大于 0.2ms/K。 9、机型的选择 （1）、PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两 类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通 常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模 块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (2)、输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电 平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用 的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应 时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但 价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应 用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用 成本。 (3)、电源的选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选 用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应 用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应 设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的 隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (4)、存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目 的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。需 要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (5)、冗余功能的选择 1、控制单元的冗余 1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应 1B1 冗余。 2)在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2 重化或 3 重化 冗余容错系统等。 2、I/O 接口单元的冗余 1)控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。 2)重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的 I/O 信号，可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。 (6)、经济性的考虑 选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、 可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。 当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此， 点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用 时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 因此,据上所述应选用 PLC 类型为 FX2N-48MR：48 点 I/O 接口，电源为 220V，存 储器为 8K。 2 2 PLCPLC 控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较 2.12.1 PLCPLC 控制与继电器控制两者区别控制与继电器控制两者区别 1、控制方法不同，电器控制系统逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联 或并联等组合成逻辑控制，其连线多且复杂，体积大，功耗大，系统构成后，想再改 变或增加功率较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性 和可扩展性受到很大性质。而 PLC 采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存 放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系 统连线少，体积小，功耗小，而且 PLC 所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态， 所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC 系统的灵活性和可扩展性好。 2、工作方式不同， 在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都 处于制约状态，即该吸合的继电器同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不 能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而 PLC 的用户程序按一定顺序循环执行， 所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作 次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串联工作方式。 3、 触点数目不同，硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器触点一般为 48 对，而梯形图中每只“软继电器”供编程使用的触点数是无限对的。 4、组成器件不同，继电器控制线路是许多真正的硬继电器组成的，而梯形图是由 许多所谓“软继电器”组成的。硬继电器易磨损，而“软继电器”则无磨损现象。 5、定时和计数控制不同，电器控制系统采用时间继电器的延时时间控制，时间继 电器的延时时间易受环境温度和温度变化影响，定时精度不高。而 PLC 采用半导体集 成电路做定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需 要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且 PLC 具有计数功能，而电器 控制一般不具备计数功能。 6、可靠性和可维护不同，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械 磨损，电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性差。而 PLC 大量 的开关动作有无触点的半导体电路来完成，其寿命长，可靠性高，PLC 还具有自诊断 功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情 况，为现场调试和维护提供方便。 2.22.2 控制继电器存在的缺点控制继电器存在的缺点 今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的 可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和 疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一 起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备， 其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷