【《自动饮料售货机PLC的选型分析案例》4200字（论文）】

自动饮料售货机PLC的选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4583自动饮料售货机PLC的选型分析案例 177861.1可编程控制器的硬件系统概述 1134861.2输入/输出接口(In/Out)要求 2296151.2.1输入输出接口数量要求 2209151.2.2输入接口类型要求 2177281.2.3输出接口类型要求 3260481.3可编程控制器选型 5263621.3.1PLC品牌选择 6323961.3.2选定具体型号 6234901.3.3FX2N系列可编程控制器的介绍 81.1可编程控制器的硬件系统概述到今天为止，可编程控制器是多型号多规格的，但基本原理和构成都基本相同。可编程控制器的核心结构是微处理器（Microprocessor），它由一部分或者几部分大规模、超大规模的集成电路组成，它们能进行执行控制和算术逻辑运算，此外，微处理器还必须能够精准快速的对指令进行读取和执行，及时的和外部的储存器或者逻辑部件进行交换信息等等。可编程控制器可以大致视为用户所使用的微机，中央处理器、存储器、输入/输出接口是组成它的几大部分[4]。下图是可编程控制器的基本结构：图2-1PLC的基本结构框图1.2输入/输出接口(In/Out)要求PLC选型的重要依据之一便是根据输入输出接口的数量和类型进行选择。下面将分别通过数量和类型分别的需求分别选择出符合条件的PLC输入输出接口类型。1.2.1输入输出接口数量要求1.2.2输入接口类型要求输入接口电路有直流输入电路、交直流输入电路两种。PLC的所有输入输出接口都采用了光电耦合，能保证内外电路在物理上进行隔离，当外部电路发生严重的故障，例如短路时，可以保护昂贵的可编程控制器不受到到损坏。在本设计中，输入部分更多的是属于开关类的器件，使用PLC本身提供的24V伏的直流电源已经足够，从经济和性能方面的考虑，所以选用直流输入接口的PLC已足够。交直流输入接口电路则在直流输入接口电路的基础上，将光耦合器更换为双向交流光耦合器，在原有面板的LED指示灯的两侧反向并联另一个LED指示灯。下图是晶闸管输出接口电路：图2-2可编程控制器直流输入接口电路1.2.3输出接口类型要求可编程控制器的输出接口总共能输出三种类型的信号：直流、交流、交直流。它们输出的开关器件也因此不同，分别为：晶体管、晶闸管、继电器，一般的可编程控制器输出接口的理论电流在0.5A~2A之间，负载工作则需要外部电源提供，这三类不同的输出方式的接口同样与可编程控制器内部进行了物理上的隔离，同样也是为了保护可编程控制器。三种不同类型的输出接口电路分别如下图所示：1、晶体管输出：输出部分的开关器件是晶体管。可编程控制器内部通过光耦合器与晶体管耦合，因为晶体管的特性，只能带直流负载。此类输出方式无触点，所以响应速度快，不会发生触点接触不良的情况，此次设计的自动饮料售货机使用直流24V驱动电机，所以基于控制系统硬件的要求，可以选择晶体管输出类型的PLC。下图是晶体管输出接口电路：图2-3可编程控制器晶体管输出接口电路2、晶闸管输出：输出部分的开关器件是晶闸管。因为晶闸管的特性，只能带直流负载。无触点，所以响应速度快，不会发生触点接触不良的情况，本设计中，输出部分是直流负载，而晶闸管输出类型只能带交流负载，故晶闸管输出类型的PLC不适合选择。下图是晶闸管输出接口电路：图2-4可编程控制器晶闸管输出接口电路3、继电器输出：输出部分的开关器件是继电器，双向晶闸管只起到以直控交的作用。继电器输出属于有触点的输出类型，所以能够带直流和交流负载，相比其他两种输出方式，能够允许通过电流较大，虽然继电器方式输出比其他两种输出方式速度慢，但它的在售货机系统中，可以忽略。考虑到后续售货机可能会因为升级接入新功能的电气设备，所以继电器输出类型的PLC是本次设计的最佳选择。下图是继电器输出接口电路：图2-5可编程控制器继电器输出接口电路1.3可编程控制器选型可编程控制器按照结构可以分为整体式和模块式两种，整体式一是中小型可编程控制器，体积小，对于大部分的个人、商业等控制系统都能够满足模块式的可编程控制器是大型可编程控制器，拥有更多的I/O口，适合更复杂的工业控制环境，而且可以根据环境需要，选择种类丰富的扩展模块，可以完成非常特殊的控制任务。可编程控制器选型主要是通过经济性和功能性来确定的，想要好的经济型，那么比功能性可能满足不了，而选择好的功能性，那么经济性可能又会太差。所以需要根据实际情况选择合理适用的可编程控制器，兼具一定的经济性和功能性，同时还必须考虑未来发展需要，例如系统更新升级，控制环境变得更加复杂等等。首先根据控制情况确定I/O点数和输入输出接口的类型，在确定点数的基础上额外留有15%~20%裕量，避免后续如有系统升级导致点数不够的情况发生；除此之外，还能够确保在已使用点数中发生了个别故障，系统依旧能够正常运行，能够替换。1.3.1PLC品牌选择日本三菱（Mitsubishi）生产的可编程控制器在我国拥有很大的保有量和使用量，三菱生产的可编程控制器主要有FX系列、Q系列和A系列。FX系列是三菱生产可编程控制器中的小型一体机系列，FX系列拥有较小的体积，还拥有高效的处理速度，在个人和工业环境中应用最多；三菱为了满足国内用户对高性能的需求，Q系列的可编程控制器也就由此而生，前身是A系列，属于大型可编程控制器，所以它采用了模块式的结构，并且它还拥有高性能和低成本的优点；A系列可编程控制器则是三菱使用了自家专用的顺控芯片（MSP），它的运行速度和指令都可以并肩三菱的其他大型可编程控制器系列，它拥有很多特殊模块，例如定位、温控等等。对于本次设计，选用小型可编程控制器即FX系列已足够，下面就详细介绍FX系列。1.3.2选定具体型号确定选择三菱FX系列后，需要对FX系列中的子系列进行选择以确定具体的PLC型号，在这里通过前面输入输出接口的要求进行选择。可以通过三菱FX型号命名规则选定最终使用的PLC。FX系列可编程控制器命名中包含了前半部分的基本单元和后半部分的扩展单元，均用字母和数字表示，下图是FX系列型号含义：图2-7FX系列型号命名规则1、系列名称，FX表示是属于小型可编程控制器系列，而后面两个空位则用来表示子系列，例如：1S、1N则表示该可编程控制器是属于三菱生产的第一代的可编程控制器，如果是2N则表示是该可编程控制器是属于三菱生产的第二代可编程控制器，目前最新的是第三代可编程控制器：3U、3G子系。第三代PLC属于大型PLC，更适用于复杂的工业控制，处于对成的考虑，本设计中可以选择2N及其以下代数的PLC；2、输入输出总点数，例如FX2N-16，表示该类型的可编程控制器输入输出总点数是16点，选用时应根据自身控制要求需要和考虑是否升级改造来选用合适点数的可编程控制器。本设计中，输入部分的端口数量有14个，是对端口数量要求最多的部分，所以选择的PLC输入端口数量必须满足控制系统要求的最小值，即输入端口数量≥14，那么根据PLC输入输出对称，输入输出总点数至少需要28个；3、单元类型，M-基本单元，E-输入/输出扩展单元模块，兼具扩展输入和输出模块扩展的功能；EX为输入专用扩展模块,只能用于扩展输入口点数；EY为输出专用扩展模块，只能用于扩展输出口点数；EX和EY的区分方法是，X代表着可编程控制器的输入端，所以EX是输入扩展专用模块，而Y代表着可编程控制器的输出端，所以XY是输出扩展专用模块。当因为控制条件改变，系统升级等等原因导致现用型号的可编程控制器的I/O口点数不足时，便可根据条件选用合理的扩展模块。本设计中，控制条件相对简单，基本单元本身自带的输入输出接口在选型时已经考虑到，所以基本单元能够满足控制要求，无需购买或者扩展专用的输输出单元模块；4、可编程控制器的输出形式，可编程控制器的输出形式总共有三种，前面小节里有介绍过，这里不再赘述。R代表继电器输出，能带交直流的设备；T为晶体管输出，只能带直流设备；S为双向晶闸管输出，只能带交流设备。本设计中，可以选用R和T输出方式，前面已经选择为继电器输出方式；5、特别种类，如果铭牌上没有这部分，则表示该可编程控制器是通用的可编程控制器，通用可编程控制器为AC100~120V、DC输入、横式端子排、标准输出；若铭牌上有这部分，则不同字母代表了不同含义，D-DC直流电源，且输出模块也为直流；A1-AC输入或者输出的模块，工作电压为100~120V之间；H-大电流输出扩展模块，通常一个输出点能通过的电流为1A；V-立式段子排的模块；C-接插口输入/输出方式模块；F-输入滤波时间常数为1ms的扩展模块；L-TTL电平输入扩展模块；S-独立端子，无公共端的扩展模块。本设计中，无需特别种类的PLC，故特别种类的PLC系列排除。经过上述的分析，最终选定本设计的PLC型号为：三菱FX2N-48MR，是属于基本单元类型的PLC，能够单独使用。输入输出接口各有24个，总计48个，满足总数量≥28个，且还留有一定裕量。输出类型为继电器输出，符合预期选定的类型。1.3.3FX2N系列可编程控制器的介绍因为本次设计所选用的可编程控制器为三菱FX2N系列的可编程控制器作为控制系统的核心器件，所以这里就着重介绍FX2N系列可编程控制器的性能和参数。FX2N的性能和规格：该系列可编程控制器的运算方式为反复执行，用户在写入可编程控制器用户程序后，可编程控制器开机自检完成后如没有硬件故障，且程序没有实质性的错误，可编程控制器就会无限循环的执行所写入的程序，这种程序结构大部分都是顺序式的程序结构，前面1.2.3小节有介绍，不再赘述。具有终中断和恒定扫描功能。可以使用梯形图（LAD）和指令表（IL）完成大部分的编程控制，也可以用步进梯形指令（指令为STL）或顺序功能图（SFC）来编写有顺序控制要求的程序，FX2N有27条顺序控制指令，2条步进指令。FX2N变更程序时不需要停止，即便是在运行中也可以进行程序的更新写入，也就是说如果已经在进行现有生产，对程序进行改写和更新不会并不需要对可编程控制器进行停止操作[7]。拥有十六位变址寄存器V0~V7以及Z0~Z7。变址寄存器的多少一定程度上反映了可编程控制器的寻址能力，数据处理能力。每条基本逻辑控制指令的执行时间仅需要0.08微秒；应用指令执行时间仅需要几百微秒。FX2N系列采用了基本和扩展单元的组合的结构模式。本身自带固定的I/O口，可以作为单独的可编程控制器使用，若情况需要可以接入扩展I/O扩展模块（包括模拟量的I/O模块），最大可扩展到256点。FX2N系列的应用指令相比于之前1N、1S系列增加了不少，拥有132种，