PLC控制系统.doc

PLC控制系统1、简介PLC控制系统，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，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。是工业控制的核心部分。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。可程式控制器在发表初期被称为(Programmable Logic -Controller)简称PLC, 最先的目的是取代继电器，从而执行继电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主, 所以也称顺序控制器,其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控制器(MCPC),直到1976年,美国电机制造协会正式给予命名为Programmable Controller, 即可程式控制器,简称PC,由于目前个人电脑(Personal Computer)极为普遍, 加上常与可程式控制器配合使用,为了区分两者, 所以一般都称可程式控制器为PLC 以加以分别.目前市面上之PLC控制器种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异, 但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型;而一般工厂及学校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我国A系列PLC较受国人爱用. 而本CAI将以三菱FX2 PLC控制器 为主加以介绍,望使用者能对PLC有更深的瞭解, 在使用PLC时能更得心应手. 可程式控制器内部基本结构可用下图来表示, 其内部处单元包括CPU、输入模组、输出模组三大部门, PLC控制器的CPU 会经由输入模组取得输入元件所产生的讯号, 再从记忆体中逐一取出原先以程式书写器中输入的控制指令, 经由运算部门逻辑演算後,再将结果通过输出模组加以驱动外在的输出元件.1.1、PLC控制器的发展历程 作为离散控制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC控制器年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC控制器市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC控制器是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC控制器只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC控制器的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC控制器的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC控制器每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC控制器，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC控制器使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC控制器比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC控制器价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC控制器进行控制，PLC控制器在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC控制器在我国仍将保持高速增长势头。通用PLC控制器应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC控制器相对一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC控制器或定制PLC取代嵌入式控制器。1.2 PLC的应用领域目前，PLC控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。开关量的逻辑控制 这是PLC控制器最基本、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。模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。运动控制 PLC控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC控制器生产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。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控制器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。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC控制器也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。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。数据处理 现代PLC控制器具有数学运算（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。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。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。通信及联网 PLC控制器通信含PLC控制器间的通信及PLC控制器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控制器厂商都十分重视PLC控制器的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC控制器都具有通信接口，通信非常方便。6 1.3 PLC的输出类型 PLC控制器数字量输出类型分为：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出三种类型。继电器输出 不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A/点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决 定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至几百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。晶体管输出 适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带 DC 530V的负载，最大输出负载电流为05A/点，但每4点不得大于0.8A。晶闸管输出 晶闸管（可控硅）带负载能力为0.2A/点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。2 、PLC控制系统的结构和工作原理2.1 PLC的结构PLC控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。且各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU，电源，储存器和输入输出接口电路等组成。中央处理单元 中央处理单元(CPU)是PLC控制器的控制中枢。中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。它按照PLC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PLC控制器投入运行时，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PLC控制器的可靠性，近年来对大型PLC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。存储器 PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。电源 PLC控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用。PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。输入输出接口单元PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。扩展接口和通信接口PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。2.2 PLC的工作原理1）扫描技术当PLC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，PLC控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。2）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC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映象区中的相应得单元内。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。3）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC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；或者刷新该输出线圈在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。4）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC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PLC控制器的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC控制器的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。2.3 PLC的分类PLC发展到今天，已经有了多种形式，而且功能也不尽相同。一般有以下几种分类方法。2.3.1 按I/O点数容量分类一般而言，处理I/O点数越多，控制关系就越复杂，用户要求的程序存储器容量越大，要求PLC指令及其他功能比较多，指令执行的过程也比较快。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。（1）小型机小型机PLC的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通讯能力和少量的模拟量处理能力。这类的PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整体式PLC产品。（2）中型机中型PLC的输入、输出总点数在256到2048点之间，用户程序存储器容量达到8K字左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理功能更强大，中型机比小型机更丰富，中型机适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制系统场合。典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模块式PLC产品。（3）大型机大型机总点数在2048点以上，用户程序储存器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与大型PLC的输入、输出工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的能力，还具有强大的网络结构和通信联网能力，有些PLC还具有冗余能力。它的监视系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID调节参数等；它配备多种智能板，构成一台多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器互联，和上位机相联，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。2.3.2按结构形式分类根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。（1）整体式结构整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CUP板、输入板、输出板、电源板等紧凑的安装在一个标准的机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，配有许多专用的特殊功能的模块，如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等，以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本底，安装方便。微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200系列。（2）模块式结构模块式结构的PLC是由一些模块单元构成，这些标准模块如CUP模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等，将这些模块插在框架上和基板上即可。各个模块功能是独立的，外型尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。整体式PLC每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大的多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PLC。2.3.3.按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。2.4 PLC的选型方法随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。一、机型的选择PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。二、输入/输出的选择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，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I/O接口模块来实现的。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，一般情况下，PLC都有许多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、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。1、确定I/O点数根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时应再增加10%20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。表1列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。表1 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数序号电气设备、元件输入点数输出点数序号电气设备、元件输入点数输出点数1Y-起动的笼型异步电动机4312光电管开关2-2单向运行的笼型异步电动机4113信号灯-13可逆运行的笼型异步电动机5214拨码开关4-4单向变极电动机5315三档波段开关3-5可逆变极电动机6416行程开关1-6单向运行的直流电动机 9617接近开关1-7可逆运行的直流电动机 12818制动器-18单线圈电磁阀2119风机-19双线圈电磁阀3220位置开关2-10比例阀3521单向运行的绕线转子异步电动机3411按钮1-22可逆运行的绕线转子异步电动机452、开关量输入/输出通过标准的输入/输出接口可从传感器和开关（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）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24240V，直流输入/输出信号为5240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。3、模拟量输入/输出模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为10+10V、0+10V、420mA或1050mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。4、特殊功能输人/输出在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定如定位、快速输入、频率等。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从耗时的任务处理中解脱出来。5、智能式输入/输出当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入/输出模块。一般智能式输入/输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。智能式输入/输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作绝对编码输人）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII/BASIC处理器、RS-232C/422接口模块等。表2归纳了选择I/O模块的一般规则。 表2 选择PLC的I/O接口模块的一般规则I/O模块类型现场设备或操作（举例）说明离散输入模块和I/O模块选择开关、按钮、光电开关、限位开关、电路断路器、接近开关、液位开关、电动机起动器触点、继电器触点、拨盘开关输入模块用于接收ON/OFF或OPENED/CLOSED（开/关）信号，离散信号可以是直流的，也可以是交流的离散输出模块和I/O模块报警器、控制继电器、风扇、指示灯，扬声器、阀门、电动机起动器、电磁线圈输出模块用于将信号传递到ON/OFF或OPENED/CLOSED（开/关）设备。离散信号可以是交流或直流模拟量输入模块温度变送器、压力变送器、湿度变送器、流量变送器、电位器将连续的模拟量信号转换成PLC处理器可接受的输入值模拟量输出模块模拟量阀门、执行机构、图表记录器、电动机驱动器、模拟仪表将PLC处理器的输出转为现场设备使用的模拟量信号（通常是通过变送器进行）特种I/O模块电阻、电偶、编码器、流量计、I/O通信、ASCII、RF型设备、称重计、条形码阅读器、标签阅读器、显示设备通常用作位置控制、PID和外部设备通信等专门用途三、PLC存储器类型及容量选择PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的最大存储能力低于6KB，中型机的最大存储能力可达64KB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。PLC的存储器容量选择和计算的第一种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%30%的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表3同时给出了存储器容量的估算方法。表3 控制目的估算存储器容量的方法控制目的公式说明 代替继电路M=Km（10DI+5D0）DI为数字（开关）量输入信号；Do为数字（开关）量输出信号；AI为模拟量输入信号；Km为每个接点所点存储器字节数；M为存储器容量模拟量控制M=Km(10DI+5Do+100AI)多路采样控制M=Km10DI+5Do+100AI+(1+采样点0.25)四、软件选择在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件任务的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。五、支撑技术条件的考虑选用PLC时，有无支撑技术条件同样是重要的选择依据。支撑技术条件包括下列内容：1、编程手段便携式简易编程器主要用于小型PLC，其控制规模小，程序简单，可用简易编程器。 CRT编程器适用于大中型PLC，除可用于编制和输入程序外，还可编辑和打印程序文本。由于IBM-PC已得到普及推广，IBM-PC及其兼容机编程软件包是PLC很好的编程工具。目前，PLC厂商都在致力于开发适用自己机型的IBM-C及其兼容机编程软件包，并获得了成功。 2、进行程序文本处理简单程序文本处理以及图、参量状态和位置的处理，包括打印梯形逻辑； 程序标注，包括触点和线圈的赋值名、网络注释等，这对用户或软件工程师阅读和调试程序非常有用。 图形和文本的处理。 3、程序储存方式对于技术资料档案和备用资料来说，程序的储存方法有磁带、软磁盘或存储程序盒等方式，具体选用哪种储存方式，取决于所选机型的技术条件。4、通信软件包对于网络控制结构或需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用PLC的主要依据。通信软件包往往和通信硬件一起使用，如调制解调器等。六、PLC的环境适应性由于PLC通常直接用于工业控制，生产厂都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。一般PLC及其外部电路（包括I/O模块、辅助电源等）都能在表4所列的环境条件下可靠工作。表4 PLC的工作环境序号项目说明1湿度工作温度范围为055，最高为60，贮存温度范围为-40+85 2湿度相对湿度5%95%*无凝结霜）3振动和冲击满足国际电工委员会标准4电源采用220V交流电源，允许变化范围为-15%+15%，频率为4753Hz，瞬间停电保持10ms5环境周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体3、常用PLC与生产厂家我国有不少的厂家研制和生产过PLC，但是还没有出现有影响力和较大市场占有率的产品，目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌的产品。在全世界上百个PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是美国Rockwell自动化公司所属的AB(AllenBradly)公司、GE-Fanuc公司，德国的西门子(Siemens)公司和法国的施耐德(Schneider)自动化公司，日本的三菱公司和欧姆龙(OMRON)公司。这几家公司控制着全世界80%以上的PLC市场，它们的系列产品有其技术广度和深度，从微型PLC到有上万个I/O(输入，输出)点的大型PLC应有尽有。3.1 常用的PLC产品3.1.1 西门子可编程控制器德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-1500、S7-400等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。1. SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。2. SIMATIC S7-300 PLCS7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。 模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用 大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务 由于简单实用的分散式，结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活 方便用户和简易的无风扇设计 当控制任务增加时，可自由扩展 由于大范围的集成功能使得它功能非常强劲SIMATIC S7-300 的应用领域包括： 专用机床 纺织机械 包装机械 通用机械工程应用 控制系统 机床 楼宇自动化 电器制造工业及相关产业。 多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。 当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展SIMATIC S7-300已经得到以下国内和国际标准认证： DIN UL认证 CSA认证 FM1级1区，A、B、C、D组 温度组T4(135C) 船级认证 美国船级社 法国船级社 挪威船级社 德国劳氏船级社 英国劳氏船级社3. SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。 S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。通过它，可以使用全集成自动化 (TIA)，实现的自动化解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台。它灵活的模块化结构和高度的性能裕量，使 S7-400 比所有其它的 PLC 远为优越。其性能为： 可支持多CPU运行，多个 CPU 在一个 S7-400 中央控制器中同时运行 通过多处理器计算扩大 S7-400 的整体性能。例如，复杂的任务可以分解为各种技术，如开环控制、计算或通讯，并分配给不同的 CPU。每个 CPU 可赋与其本地的 I/O。模块化：功能强大的 S7-400 背板总线和可以直接连接到 CPU 的通讯接口可以实现许多通讯线路的高性能操作。例如，这允许把一条通讯线路用于 HMI 和编程任务，一条通讯线路用于高性能和等距运动控制组件，一条通讯线路用于普通 I/O 现场总线。还可以执行额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。工程和诊断：尤其是在使用采用高性能工程组件的大量自动化解决方案时，使用 SIMATIC 工程工具可以极为有效地组态和编程 S7-400。为此，提供有可高级语言（如 SCL）、用于顺序控制的图形工程工具、状态图和技术功能图。S7-400H采用冗余设计的容错自动化系统。适合对故障安全要求很高的应用。满足重启动费用高、昂贵的停机、极少的监控以及很少的维护的过程应用。冗余的集中功能。提高 I/O 的可用性：网管型 I/O 配置。也可作为标准 I/O 使用：单边配置。热后备：发生故障时，可自动切换到备用设备。采用 2 个独立机架或一个分开的中央机架进行配置经过冗余 PROFIBUS-DP 来连接切换的 I/O。S7-400F/FH故障安全型自动化系统，大大提高了工厂生产过程的安全性符合 IEC 61508 SIL3、DIN V 19250 AK6 和 EN 954-1 Cat.4 等安全要求。如果需要，也可通过冗余设计而实现容错安全相关的 I/O 不增加接线:通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 进行安全通讯基于带有故障安全模块的 S7-400H 和 ET 200M标准模块可以使用在自动化系统的非故障安全型应用场合隔离模块，用于在一个 ET 200M 的安全模式中组合使用故障安全型模块和标准模块。4. SIMATIC S7-1200 可编程控制器SIMATIC S7-1200 可编程控制器相当于普通的S7-200控制器，但是S7-200的替代，作为中低端的小型 PLC 产品线，其硬件结构由紧凑模块化结构组成，系统 IO 点数、内存容量，均比 S7-200 多出 30%，充分满足市场的针对小型 PLC 的需求。SIMATIC S7-1200 PLC具有卓越的灵活性和可扩展性，同时集成高级功能，如高速计数、脉冲输出、运动控制等。在研发过程中充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝整合和高效协调的需求。SIMATIC S7-1200 集成了PROFINET接口，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用PROFINET工业以太网技术，并对现有的PROFIBUS系统的升级提供了很好的支持。 同时，SIMATIC S7-1200 小型控制器的设计具备可扩展性和灵活性，使其能够精确完成自动化任务对控制器的复杂要求。CPU本体可以通过嵌入输入/输出信号板完成灵活扩展。“信号板” 是S7-1200的一大亮点，信号板嵌入在CPU模块的前端，可以提供两个数字量输入/数字量输出接口或者一个模拟量输出。这一特点使得系统设计紧凑，配置灵活。同时通过独立的RS-232 或 RS-485通信模块可实现S7-1200通信灵活扩展。5、SIMATIC S7-1500 可编程控制器作为新一代大中型PLC，S7-1500比S7-300/400的各项指标有很大的提高。CPU1516-3PN编程用的块的总数最多为6000个，数据块最大5MB，FB、FC、OB最大512KB。用于程序的工作存储器5MB，用于数据的工作存储器1MB；插槽式装载存储器（SIMATIC存储卡）最大2GB，可存储项目数据、归档、配方和有关的文档；S7定时器、计数器分别有2048个，IEC定时器、计数器的数量不受限制；位存储器（M）16KB；I/O模块最多8192个，过程映像分区最多32个，过程映像输入、输出分别为32KB；每个机架最多32个模块；运动控制功能最多支持20个速度控制轴、定位轴和外部编码器，有高速计数和测量功能。3.1.2 AB：ROCKWELL-罗克韦尔自动化罗克韦尔自动化(中国)有限公司(NYSE: ROK)是全球最大的致力于工业自动化与信息化的公司，致力于帮助客户提高生产力，以及世界可持续发展。罗克韦尔自动化总部位于美国威斯康星州密尔沃基市，在全球80多个国家设有分支机构。在中国设有37个销售机构（包括香港和台湾地区），5个培训中心，1个位于上海的全球研发中心，大连软件开发中心，深圳、上海和北京OEM应用开发中心，位于上海和哈尔滨的三个生产基地。AB的PLC目前主要分5类：1. 低端为MicroLogix1500，编程软件为RS Logix500。目前最新版本为 V6.0。 2.中端小型机为SLC500，编程软件为RS Logix500。目前最新版本为 V6.0。可以支持多种网络，最多支持4096点I/O.3. 中端新贵族则为CompactLogix，编程软件为RS Logix5000。目前最新版本为V13.0。4.高端主流机型为ControlLogix5000，编程软件为RS Logix5000。目前最新版本为 V13.0。最大支持128K点I/O. 功能十分强大，甚至西门子S7-400H都不能相比。5.高端老机型为PLC-5，编程软件为RS Logix5。目前最新版本为V5.5。PLC-5基本上已经停止生产了，目前只是备件供应。其地位将完全由ControlLogix5000替代，约于08年以前停止备件供应。1、SLC500系列PLC（中型控制系统）型号多以1746、1747开头。属于中型PLC系统，应用非常广泛。Allen-Bradley SLC 500 PLC是一个基于机架的中型控制系统，由控制器、离散量模块、模拟量模块和特殊输入输出模块、外围设备组成。SLC 500系列功能强大、配置灵活，可以提供广泛的通讯配置、特点和内存选项。RSLOGIX 500梯形图逻辑编程软件包提供了灵活的编辑器、点击式的输入输出配置、功能强大的数据库编辑器，此外还带有诊断和排错工具以节省项目开发时间和最大限度提高效率。简单易用、高效的编程软件 RSLOGIX 500 经由其简单易用的编辑器、点击式配置方式、强大的诊断和排错功能，RSLOGIX 500融合了最新的技术以帮助用户提高性能和减少开发的时间。它直观的界面以及稳定的可靠性转化为生产力的增长。RSLOGIX500允许建立、修改、监控应用程序，使得编程工作大为简化。2、ControlLogix控制系统Controllogix集中了Logix通用平台的多种优点-通用的编程环境、通用的通讯网络、通用的控制引擎-提供了一个既能满足您高性能应用需求又易于使用的环境。Controllogix在编程软件、控制器和输入输出诸方面的紧密集成降低了在试运行和正常操作的开发成本和时间。Controllogix系统以紧凑的、经济的产品提供离散控制、驱动控制、运动控制、过程控制、安全控制、便利的通讯连接、艺术级的输入输出功能。Controllogix系统是模块化的系统，您能有效的设计、建立和修改它，这有助于在培训和工程方面显著的降低成本。真正意义上的冗余控制器结构提供无扰动切换和高可靠性。提供众多的通讯选择、更多的模拟量、数字量和特殊输入输出模块。Controllogix产品通过了TUV认证，能够应用于SIL 2要求的项目中。Controllogix内容容量最大可扩展到8M，Controllogix控制器支持高标准过程控制应用，提供了在一个单一的集成环境中对运动控制指令进行高速处理的功能。Controllogix提供了模块化的通讯网络连接选择，您根据您的需要购买相应的通讯模块即可；提供时间同步能力，这个在第一故障条件和过程顺序应用中是特别重要的；可以根据应用要求，选用不同存储容量的Controllogix控制器。可用CompactFlash卡做程序的移动存储设备。3、 MicroLogix系列产品主要提供三种不同级别的可编程控制器，分别是： MicroLogix1000,MicroLogix1200、MicroLogix1500。MicroLogix1000体积小巧、功能全面、是小型控制系统的理想选择；MicroLogix1200能够在空间有限的环境中，为用户提供强大的控制功能，满足不同应用项目的需要；MicroLogix1500不仅功能完善，而且还能根据应用项目的需要进行灵活扩展，适用于要求较高的控制系统。4、CompactLogix PLC提供面向低端到中型应用的Logix解决方案。典型的应用包括设备级别的控制应用（只要求有限的输入输出数量以及有限的通讯要求）。Compactlogix1769-L31提供两个串行通讯接口。1769-L32C和1769-L35CR控制器提供一个集成的ControlNet通讯口。1769-L32E和1769-L35E提供一个集成的以太网接口。CompactLogix PLC系统支持：从中心CompactLogix控制器通过EtherNet/IP、控制网、设备网来远程控制输入输出和现场设备，实现不同地点的分布式控制。通过将CompactLogix控制器连接到EtherNet/IP以太网或ControlNet控制网，您可以以很低的成本将一台机器或一个项目集成到一个工厂范围控制系统中去。比如：您可以使用1769-L35E控制器连接数量众多的产品，如Allen-BradleyPanelView Plus操作员界面、Point I/O、和PowerFlex 70驱动器，以实现全范围的集成解决方案。3.1.3 日本三菱三菱PLC以其高性能，低价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。三菱PLC产品系列十分丰富，可以广泛的满足不同用户的需要。三菱电机公司的PLC产品主要有以下几个系列：FX1S系列：三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。FX1N系列：是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。最多可达128点控制，具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制PLC。FX2N系列：是三菱PLC是FX家族中最先进、最高级的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。它拥有无以匹及的速度、更高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N是从16到256路输入、输出的多种应用的选择方案。三菱FX2N系列PLC的性能：控制规模：16256点内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16KCPU运算处理速度0.08S/基本指令在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能(晶体管输出型）FX3U系列：是三菱电机公司新近推出的新型第三代PLC，可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。FX3U系列产品为FX2N替代产品，FX2N系列产品2012年12月三菱电机不再供货。以后大家都会选用FX3U系列产品。三菱PLC-FX3U系列产品介绍： FX3U系列PLC第三代微型可编程控制器，内置高达64K大容量的RAM存储器。 内置业界最高水平的高速处理0.065S/基本指令。 控制规模:16384(包括CC-LINK I/O)点。 内置独立3轴100kHz定位功能(晶体管输出型)。 基本单元左侧均可以连接功能强大简便易用的适配器。 内置的编程口可以达到115.2kbps 的高速通信，而且最多可以同时使用3 个通信口。 通过CC-Link 网络的扩展可以实现最高84 点（包括远程I/O 在内）的控制。 模块上可以进行软元件的监控、测试，时钟的设定。 FX3U系列还可以将该显示模块安装在控制柜的面板上。 FX3U系列PLC编程软件：需要GX Developer 8.23Z 以上版本。4、FX3G系列：是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC，基本单元自带两路高速通讯接口（RS422&USB，内置高达32K大容量存储器，标准模式时基本指令处理速度可达0.21s，控制规模:14256点（包括CC-LINK网络I/O），定位功能设置简便（最多三轴），基本单元左侧最多可连接4台FX3U特殊适配器，可实现浮点数运算，可设置两级密码，每级16字符，增强密码保护功能。FX1NC FX2NC FX3UC三菱PLC：在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。Q系列三菱PLC：三菱电机公司推出的大型PLC，CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，过程控制CPU，运动控制CPU，冗余CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有极佳的性价比。A系列三菱PLC：使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32个PID回路。而QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至124K步，如使用存储器卡，QnASCPU则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。3.1.4 GE PLC