在可編程邏輯控制器系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。可編程邏輯控制器及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，可編程邏輯控制器的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設備特性等，后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制系統。

一、輸入輸出(I/O)點數的估算

I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商可編程邏輯控制器的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。

二、存儲器容量的估算

存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數(16位為一個字)，另外再按此數的25%考慮余量。

三、控制功能的選擇

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

1、運算功能

簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能;普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能;較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等;大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現，在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。

2、控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。

3、通信功能

大中型可編程邏輯控制器系統應支持多種現場總線和標準通信協議(如TCP/IP)，需要時應能與工廠管理網(TCP/IP)相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。

可編程邏輯控制器系統的通信接口應包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等;大中型可編程邏輯控制器通信總線(含接口設備和電纜)應1：1冗余配置，通信總線應符合標準，通信距離應滿足裝置實際要求。

可編程邏輯控制器系統的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。可編程邏輯控制器系統的通信網絡主要形式有下列幾種形式：

1)、PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網絡;

2)、1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構成主從式可編程邏輯控制器網絡;

3)、可編程邏輯控制器網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網;

4)、專用可編程邏輯控制器網絡(各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網絡)。

為減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現場總線、)通信處理器。

4、編程功能

離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。

五種標準化編程語言：順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結構文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準(IEC6113123)，同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

5、診斷功能

可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。

6、處理速度

可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。

處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質量等有關。可編程邏輯控制器接點的響應快、速度高，每條二進制指令執行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K;大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K。

四、可編程邏輯控制器的類型

可編程邏輯控制器按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。

整體型可編程邏輯控制器的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統;模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。

五、PLC輸入/輸出類型

開關量

開關量主要指開入量和開出量，是指一個裝置所帶的輔助點，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(變壓器溫后變位)、閥門凸輪開關所帶的輔助點(閥門開關后變位)，接觸器所帶的輔助點(接觸器動作后變位)、熱繼電器(熱繼電器動作后變位)，這些點一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點，也叫PLC或綜保裝置的開入量。

1、數字量

在時間上和數量上都是離散的物理量稱為數字量。把表示數字量的信號叫數字信號。把工作在數字信號下的電子電路叫數字電路。

例如：

用電子電路記錄從自動生產線上輸出的零件數目時，每送出一個零件便給電子電路一個信號，使之記1，而平時沒有零件送出時加給電子電路的信號是0，所在為記數。可見，零件數目這個信號無論在時間上還是在數量上都是不連續的，因此他是一個數字信號。小的數量單位就是1個。

2、模擬量

在時間上或數值上都是連續的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。

例如：

熱電偶在工作時輸出的電壓信號就屬于模擬信號，因為在任何情況下被測溫度都不可能發生突跳，所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數量上都是連續的。而且，這個電壓信號在連續變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義，即表示一個相應的溫度。

六 轉換原理

1. 數模轉換器是將數字信號轉換為模擬信號的系統，一般用低通濾波即可以實現。數字信號**行解碼，即把數字碼轉換成與之對應的電平，形成階梯狀信號，然后進行低通濾波。

根據信號與系統的理論，數字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜(即Sa函數)的乘積。這樣，用Sa函數的倒數作為頻譜特性補償，由數字信號便可恢復為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜經理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。

一般實現時，不是直接依據這些原理，因為尖銳的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波(Sa函數和理想低通)可以合并(級聯)，并且由于這各系統的濾波特性是物理不可實現的，所以在真實的系統中只能近似完成。

2. 模數轉換器是將模擬信號轉換成數字信號的系統，是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。

模擬信號經帶限濾波，采樣保持電路，變為階梯形狀信號，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號中的各個電平變為二進制碼。

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