可编程控制器应用系统硬件设计方法,中国科技纵横.doc

可编程控制器应用系统硬件设计方法，中

国科技纵横，

《中国科技纵横》

摘要：文章主要对可编程控制器的硬件设计方法进行了总结,主要包括硬件设计的若干依据、机型选择的参考条件以及系统供电设计等方面,以供参考。

关键词：可编程控制器硬件机型供电

目前,适用于工程应用的可编程控制器种类繁多,性能各异。在实际工程应用中,应根据什么进行应用系统硬件设计,机型选择时应注意哪些性能指标和各种模块怎样选择都是比较重要的问题。另外,在完成了系统硬件选型设计之后,还要进行系统供电设计,这也是工程应用中的重要一环。本文将着重讨论这些问题。

1、系统硬件设计的依据

1.1工艺要求

工艺要求是系统设计的主要依据,也是控制系统所要实现的最终目的,所以在进行系统设计之前,必须了解清楚控制对象的工艺要求。不同的控制对象,其工艺要求也不相同。如果要实现

的是单体设备控制,其工艺要求相对简单,如果要实现的是整个车间或全厂的控制,其工艺要求就会比较复杂。

1.2设备状况

了解了工艺要求后还要掌握控制对象的设备状况,设备状况应满足整个工艺要求。对控制系统来说,设备又是具体的控制对象,只有掌握了设备状况,对控制系统的设计才有基本依据。在实际应用中,既有新产品或新的生产流水线控制系统的设计,又有老系统的改造设计,因此在掌握设备状况时,既要掌握设备的种类、多少,也要掌握设备的新旧程度。

1.3控制功能

根据工艺要求和设备状况可提出控制系统应实现的控制功能。控制功能也是控制系统设计的重要依据。只有掌握了要实现的控制功能,才能据此设计系统的类型、规模、机型、模块、软件等内容。

1.4I/O点数和种类

根据工艺要求、设备状况和控制功能,可以对系统硬件设计形成一个初步的方案。但要进行详细设计,则要对系统的I/O点数和种类有一个精确的统计,以便确定系统的规模、机型和配置、在设计系统I/O时,要分清输入和输出、数字量和模拟量、各种电压电流等级、智能模块要求。

2、可编程控制器的机型选择

2.1CPU的能力

CPU能力是可编程控制器最重要的性能指标,也是机型选择时首要考虑的问题。主要包括:(1)处理器的个数；(2)CPU存储器的性能；(3)中间标志、计时器和计数器的能力；(4)其他性能参数,如电流消耗、工作环境、寿命时间等。总之,CPU能力是一

种综合的性能指标,而且要根据实际需要进行选择,以满足工程应用的要求。

2.2I/O点数

I/O点数是可编程控制器的一个简单明了的性能参数,也是应用设计的最直接的参数,在机型选择时必须注意以下问题:(1)产品手册上给出的最大I/O点数的确切含义。由于各公司的习惯不同,所给出的最大I/O点数含义并不完全一样。有的给出的是I/O总点数,即包括输入也包括输出；有的则分别给出最大输入点数和最大输出点数；(2)要分清模拟量I/O点数和数字量I/O点数的关系。有的产品模拟量I/O点数要占数字量I/O的点数,有的产品则分别独立给出且互相并无影响；(3)智能I/O的考虑。在机型选择考虑I/O点数的同时,还要考虑智能I/O的能力,具有智能I/O 模块可方便地解决高速计数、闭环控制等特殊的控制功能。

2.3响应速度

对于数字量控制为主的工程应用项目,可编程控制器的响应速度都可满足实际需要,不必给予特殊的考虑。对于模拟量控制的系统,特别是具有较低闭环控制的系统,则必须考虑可编程控制器的响应速度。响应速度主要从两个来考虑:一是可编程控制器的语句处理时间；二是可编程控制器的扫描周期。在机型选择时还应注意最大的扫描周期是否可重新设定,如果可以设定则适应性更强。

3、系统供电设计

3.1供电系统的保护措施

可编程控制器一般都是使用市电（220V,50Hz）。电网的冲击、频率的波动将直接影响到实时控制系统的精度和可靠性；有时电网的冲击也将给整个系统带来毁灭性的破坏。电网的瞬间变

换也是经常不断发生的,由此可产生一定的干扰传播到可编程控制器系统中。为了提高系统的可靠性和抗干扰性,在可编程控制器供电系统中一般可采取隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等措施。

目前,各公司的可编程控制器中的电源模块采用的都是晶体管开关电源,所以在整个系统供电电源设计中不必再考虑加晶体管开关电源,只要注意可编程控制器电源模块对外加电源的要求就可以了。

3.2电源模块的选择

在选择电源模块时一般应考虑以下几点:

(1)电源模块的输入电压。可编程控制器电源模块包括各种输入电压,有220V交流、110V交流和24V直流。在实际应用中药根据具体情况选择,此时要注意,确定了输入电压后也就确定了系统供电电源的输出电压。

(2)电源模块的输出功率。在选择电源模块时,其额定输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总的消耗功率之和,并且要留有30%左右的余量。当同一电源模块既要为主机单位又要为扩展单元供电时,从主机单位到最远一个扩展单位的线路压降必须小于0.25V。

(3)扩展单位中的电源模块。在有的系统中,由于扩展单位中安装有智能模块及一些特殊模块,就要求在扩展单元中安装相应的电源模块,这时相应的电源模块输出功率可按各自的供电范围计算。

(4)电源模块接线。选定了电源模块后,还要确定电源模块的接线端子和连接方式,以便正确进行系统供电的设计。以便的电源模块七输入电压是通过接线端子与供电电源相连的,而输出信

号则通过总线插座与可编程控制器CPU的总线相连。