2 整体设计
可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理器为基础的新型工业控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品。1985年国际电工委员会（IEC）对可编程控制器做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
可编程控制器采用易为工厂电气人员掌握的梯形图编程语言，能够实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量PID控制，联网通信等功能。尤其是微处理器应用与可编程控制器后，因其体积小、功能强、价格便宜，使可编程控制器的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。
2.1 PLC的特点
（1） 可靠性高，抗干扰能力强 （2） 编程方法简单易学，使用方便 （3） 功能完善，应用灵活 （4） 环境要求低，适应性强， （5） 体积小，重量轻，能耗低 （6） 维修工作量小，维修方便
（7） 系统的设计，安装，调试工作量少
2.2 PLC的结构和工作原理
可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块、编程器、电源组成。 CPU模块又叫中央处理单元或者控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。
输入输出模块（I/0）模块是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，可编程控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀，电磁铁等执行器和其他的外部负载。
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可编程控制器有运行（RUN）和停止（STOP）两种基本的工作状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或者切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入输出关系来看，处理过程几乎是同时完成的。
在部处理阶段，可编程控制器检查CPU模块部的硬件是否正常，将监控器复位，以及完成一些别的部工作。在通信服务阶段，可编程控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示容。当可编程控制器处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。处于运行状态时，还要执行输入处理、程序执行、输出处理等阶段。在可编程控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像积存器。可编程控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。
2.3 PLC与其他工业控制的比较
1. DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC (可编程控制器) 只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。
2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经，它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余。
3. DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案
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程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。
4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。
5. DCS安全性：为保证DCS控制的设备的安全可靠，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。
6. 系统软件，对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。
7. 模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。
8.现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多，DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能，同时对运算和模拟量的处量比较拿手。
9.PLC还分大、中、小、微PLC，其中微型的只卖几百块到2000块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与DCS差不多，但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多，只是重点不一样。
2.4 FX 系列PLC的特点
（1）体积极小的PLC （2）先进美观的外部结构 （3）提供多种子系列供用户选用
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（4）灵活多变的系统配置 （5）功能强,使用方便.
2.5 PLC机型的选择
在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：
（1）最大限度地满足被控对象或生产过程的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。
（3）保证控制系统的安全可靠。
（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。 在该系统中，输入点数为3，输出点数为8，为继电器输出，则我可以选择
FX2N?16MR?001机型，由于此设计的系统要求不复杂，则可以选用小型控制
系统中采用整体式PLC。
2.6 开关量输入/输出模块的选择
2.6.1 开关量输入模块的选择
选择三相交流输入电源AC380V，采用共点式输入接线方式，即四个电动机共用一个电源。
2.6.2 开关量输出模块的选择
该系统中开关输出模块的输出方式为继电器输出。
2.7 开关的选择
在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。
电动机的最大容量为1KW，则四台电动机的最大容量为4KW，则三级组合开关的额定电流为10A，型号为HZ10-10。
2.8 熔断器的选择
在本系统中，熔断器保护四台异步电动机，且此四台电动机不同时启动，则继电器的额定电流为IfN?(1.5~2.5)INmax??IN，其中：
1000INmax?IN??4.55A ，则IfN?2.5?4.55?4.55?4.55 ，所以IfN?20.475A
220熔断器的额定电压为AC380V，则可选择型号为RT14-32的熔断器。
2.9 继电器的选择
采用具有掉电保持功能的继电器，防止因电源故障造成数据的丢失。 2.9.1 热继电器的选择（FR）
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一台电动机的额定电流为4.55A，由于是4台电动机总额定电流为18.2A，可以用电流调节围为10.0A—19A,则热继电器的型号为JR16-20/3，此额定电流为20A。
2.9.2 接触器的选择（KM） 额定电流为IC?PN1000??3.8A KUN1.2?220则可以选择CJ10-5型号的交流接触器。 式中：
PN——电动机的额定功率
K ——经验系数，一般取1—1.4
UN——电动机的额定电压
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自动送料装车系统PLC控制设计 - 图文
