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附 錄
A Little Brief Introduction Of Clutch
Nowadays the pioneers of the clutch disc, clutch disc is more pieces of it until 1925 later. The multi-gear clutch main advantage is that car started the clutch engagement is no impact on the smooth. Early in the design, layout design, according to slice pairs of a steel plate with a bronze blanks. Using the friction pair of pure metal, put them in oil, can achieve more satisfactory performance.
As the power to combustion in mechanical transmission automobiles, clutch is as an independent assembly. The clutch is usually served in the engine and transmission, the active part between connected with engine flywheel, driven and transmission. Various types of cars for widespread adoption of friction clutch, in fact, is a kind of depend on their part, driven to relay the friction between the power and the separation. The major function of the clutch is cut off and the realization of the engine and transmission, to ensure smooth, stable car When the shift in the engine and transmission of separation, reduce transmission gear shift between the impact, Work in the dynamic load is larger, can limit the transmission of maximum torque, in order to prevent the transmission parts of a damaged by overload, Reducing effectively the transmission of the vibration and noise.
In the early development of clutch structures, the most successful conical clutch. It was the prototype design in 1889 German Daimler company production of steel wheel on the car. It is to make the engine flywheel hole taper as clutch active. The taper clutch scheme continues to the middle of the twentieth century, when the manufacture, cone-shaped clutch friction relatively simple, easy to repair. It was used LuoMao friction material, leather belt, etc. Then have been hoof - drum clutch, its structure in the solid-bowl clingy reaches hoof. Hoof - drum clutch friction components with wood, leather belt is such, shoe - drum clutch weight is light cone clutch. Whatever tapered clutch or hoof - drum clutch, easy to cause the separation is not complete appear even Lord, follower cannot separate self-locking phenomenon.
Years of practical experience and technical improvement makes people tend to preferred dry friction clutch single chip, because it has driven part of inertia, good heat, simple structure, convenient adjustment, compact size, etc, but also because completely in structure, already can take action to smooth, so now junction disc is widely used in large, medium and small various models.
Now monolithic dry type clutch in structural design is quite perfect. Using the axial elastic platen, improve the clutch of comfort. The clutch platen assembly installed in reverse, prevent the transmission system of shock of torsional resonances, reduced the transmission system of noise and load.
As the car comfort requirements, clutch in original basis has been obtained by car, by continuously improved by increasing the quality of the flywheel has double shock absorber, can turn better reduce transmission noise.
Due to heavy clutch, commercial, engine power tends to large-scale increasing, but the size of the space increased clutch allows the use of limited, clutch, cool, increase conditions to improve ability, preaching clutch torsion life-span, simplify the operation has become the development trend of the heavy clutch. In order to improve the ability of torsion, in heavy vehicles can be used on double dry type clutch. Theoretically, in the same radial dimensions, biplate clutch torsion ability and the service life is 2 times of single chip. But other objective factors, the actual effects of low value than others.
In recent years, the wet clutch on technology improvement, some heavy cart in abroad and start using multiple wet clutch. Compared with dry type clutch, due to the use of the pump are forced cooling, friction surface temperature is lower than 93 degrees Celsius (not), therefore, long time also does not start sliding friction loss. Refer to the information at home and abroad were told that this clutch can use dry type clutch of 5-6 times, but the advantages of the wet clutch play must be in a temperature range, more than it can achieve a temperature range will play a negative effects. Now this technology is not perfect.
一些離合器的簡介
現今所用的盤式離合器的先驅是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現的。多片離合器最主要的優(yōu)點是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設計中，多片按成對布置設計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達到更為滿意的性能。
以內燃機在作為動力的機械傳動汽車中，離合器是作為一個獨立的總成而存在的。離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構。離合器的主要功用是切斷和實現發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。
在早期研發(fā)的離合器結構中，錐形離合器最為成功。它的原型設計曾裝在1889年德國戴姆勒公司生產的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機飛輪的內孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀20年代中葉，對當時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現過蹄-鼓式離合器，其結構有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現主、從動件根本無法分離的自鎖現象。
多年的實踐經驗和技術上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉動慣量小、散熱性好、結構簡單、調整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點，而且由于在結構上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現在廣泛采用于大、中、小各類車型中。
如今單片干式離合器在結構設計方面相當完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。
隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎上得到不斷改進，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質量飛輪的扭轉減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。
對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的2倍。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。
近年來濕式離合器在技術上不斷改進，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制冷卻的結果，摩擦表面溫度較低(不超過93℃)，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內才能實現的，超過這一溫度范圍將起負面效應。目前此技術尚不夠完善。
xxxxxx
畢業(yè)設計說明書
題 目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計
學 院： xxxxxx
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學 號： xxxxxx
姓 名： xxxxxx
指導教師： xxxxxx
完成日期： 2012年5月28日
xxxxxx
畢業(yè)論文（設計）任務書
論文（設計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計
學號： xxxxxx 姓名： xxxxxx 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化
指導教師： 系主任：
一、主要內容及基本要求
1.內容簡介：
基于PLC的電磁離合器性能測試臺控制部分設計
2.基本要求：
（1）翻譯一篇不少于3000字的外文文獻
（2）畫出有CPU接線圖
（3）各程序圖要求清晰明了
（4）畢業(yè)設計論文，要求不少于1.5萬字
2、 重點研究的問題
主要研究的問題包括以下幾個方面：
1.從實際出發(fā)了解電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的工作流程。
2.參考工作流程，確定控制方案及要用到的元器件。
3.了解各元器件的功能和工作原理，完成相應的硬件設計以及元器件的接線。
4.編寫控制程序并對其進行模擬仿真分析結果。
三、進度安排
序號
各階段完成的內容
完成時間
1
查閱相關文獻資料
二月初到二月底
2
通過閱讀文獻資料完成開題報告
三月上旬至三月中旬
3
完成畢業(yè)設計說明書和外文文獻翻譯
三月下旬至四月中旬
4
完成設計圖的繪制和相關的仿真分析
四月下旬至五月上旬
5
寫出初稿
五月上旬
6
修改，寫出第二稿
五月中旬
7
寫出正式稿，定稿
五月下旬
8
答辯
五月底
四、應收集的資料及主要參考文獻
⑴王永華.現代電氣控制及PLC應用技術[M].北京航空航天大學出版社，2008
⑵方大千.變頻器、軟起動器及PLC實用技術問答[M].人民郵電出版社，2007.
⑶劉瑞華.S7系列PLC與變頻器綜合應用技術[M].中國電力出版社，2009.
⑷鄭鳳翼.圖解西門子S7-200系列PLC入門[M].電子工業(yè)出版社，2009.
⑸任國熊、任致程.特種變頻器實用手冊[M].中國電力出版社，2006.
⑹吳宗澤、羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].高等教育出版社，2006.
⑺熊詩波、黃長藝.機械工程測試技術基礎[M].機械工業(yè)出版社，2006.
⑻殷洪義、吳建華.PLC原理與實踐[M].清華大學出版社，2008.
⑼陳忠平、周少華．西門子S7-200系列PLC自學手冊[M].人民郵電出版社，2008.
⑽鄭鳳翼、金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應用88例[M].電子工業(yè)出版社，2009.
⑾湖南湘儀動力測試儀器有限公司.JC系列轉矩轉速傳感器使用說明書.
⑿西門子(中國)有限公司.MICROMASTER440通用型變頻器使用大全.
⒀李華棟.基于數字信號控制器的磁電式相位差轉矩轉速測量系統(tǒng)的研究[J].重慶大學
碩士學位論文，2006.
⒁羅穩(wěn)剛.電梯PLC控制設計[J].成都電子機械高等?？茖W校，2007.
xxxxxx
畢業(yè)論文（設計）評閱表
學號 xxxxxx 姓名 吳 滔 專業(yè) 機械設計制造及其自動化
畢業(yè)論文（設計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計
評價項目
評 價 內 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標，體現學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；
2.難度、份量是否適當；
3.是否與生產、科研、社會等實際相結合。
能力
1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運用知識的能力；
3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；
4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；
5.工科是否有經濟分析能力。
論文
（設計）質量
1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評
價
評閱人：
年 月 日
xxxxxx
畢業(yè)論文（設計）鑒定意見
學號： xxxxxx 姓名： 吳 滔 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化
畢業(yè)論文（設計說明書） 70 頁 圖 表 1 張
論文（設計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計
內容提要： 隨著科學技術的進步和生產力的發(fā)展，轉矩、轉速測量技術已在電機、汽
車、船舶運輸、柴油機、化工機械、石油工業(yè)、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。
轉矩、轉速測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)
能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。因此，轉矩、轉速測量系統(tǒng)的研
制和生產情況，也就表征了一個國家的基礎工業(yè)和科學研究的現代化水平。
本文介紹了可編程控制器的特點及工作原理，詳細闡述了變頻器、轉矩轉
速傳感器以及一些電器元件的特點。同時描述了西門子S7-200系列PLC在本系統(tǒng)
中的應用，確定了以西門子S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)，完成了對電磁離合器轉
矩測量系統(tǒng)的集中控制。
指導教師評語
指導教師：
年 月 日
答辯簡要情況及評語
答辯小組組長：
年 月 日
答辯委員會意見
答辯委員會主任：
年 月 日
目 錄
第1章緒論 1
1.1電磁離合器概述 1
1.2課題背景及意義 1
1.3國內外基本研究情況 1
1.3.1 轉矩測量的國內外發(fā)展現狀 1
1.3.2 PLC控制系統(tǒng)的國內外發(fā)展現狀 2
1.4課題的主要研究內容 2
第2章 PLC 可編程序控制器 3
2.1 PLC的起源和發(fā)展 3
2.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 5
2.2.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 5
2.2.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較 5
2.2.3 PLC控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較 7
2.3 PLC控制系統(tǒng)的組成 7
2.3.1 硬件的組成 7
2.3.2 軟件的組成 10
2.4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 13
第三章 元器件選型 15
3.1 PLC選型 15
3.1.1 輸入輸出（I/O）點數的估算 15
3.1.2 存儲器容量的估算 15
3.1.3 控制功能的選擇 16
3.1.4 機型的選擇 17
3.1.5 CPU226及EM235介紹 19
3.2 I/O地址分配與擴展I/O的地址分配 19
3.2.1 本機最大I/O配置 19
3.2.2 I/O點數擴展和編址 20
3.2.3 本設計I/O地址分配表 21
3.3變頻器選型 21
3.3.1 變頻器介紹 21
3.3.2 變頻器的調速 22
3.3.3 變頻器選型原則 22
3.3.4 MM440變頻器介紹 25
3.3.5 MM440 特點 25
3.3.6 MM440 控制端子介紹 27
3.4 傳感器選型 29
3.4.1 傳感器簡介 29
3.4.2 轉矩轉速傳感器工作原理 30
3.4.3 轉矩轉速傳感器選型依據 31
3.5扭矩儀 33
第四章 控制系統(tǒng)程序設計 34
4.1程序設計說明 34
4.2 轉矩調零程序設計 34
4.3測量系統(tǒng)控制程序設計 36
4.3.1測量系統(tǒng)工作流程 36
4.3.2模擬量控制編程方法 36
4.3.3轉矩傳感器電機控制 37
4.3.4測量過程控制程序 38
4.4 故障報警電路設計 39
第五章設計總結 43
5.1本設計研究結論 43
5.2設計存在的問題和展望 43
致謝 44
參考文獻 45
附錄Ⅰ 程序語句 46
附錄Ⅱ CPU226接線圖 49
摘要
隨著科學技術的進步和生產力的發(fā)展，轉矩、轉速測量技術已在電機、汽車、船舶運輸、柴油機、化工機械、石油工業(yè)、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。轉矩、轉速測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。因此，轉矩、轉速測量系統(tǒng)的研制和生產情況，也就表征了一個國家的基礎工業(yè)和科學研究的現代化水平。
本文介紹了可編程控制器的特點及工作原理，詳細闡述了變頻器、轉矩轉速傳感器以及一些電器元件的特點。同時描述了西門子S7-200系列PLC在本系統(tǒng)中的應用，確定了以西門子S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)，完成了對電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的集中控制。
關鍵詞：轉矩轉速測量，PLC，電磁離合器
ABSTRACT
Along with the progress in science and technology and the development of productive forces，torque and rotational speed measurement technology is widelyapplied in motor,automobile，marine transportation,diesel engine,chemical machinery,petroleum industry,metallurgy,etc．The torque and rotational speed measurement is necessary for mechanical products’development and research，test and analysis，quality test,pattern appraisal and energy conservation,security and optimized control.
Therefore,the development and production of torque and rotational speed measuremant system also represent the modem level of a country’s basic industry and the scientific research．
This paper provides an overview of featuers and working principle of the Programmable Logic Controller, elaborated the features of iverter, sensor and other electrical componets. Also describes the Siemens S7-200 series PLC in this system, established Siemens S7-200PLC as the core control system, completed the centralized control of electromagnetic clutch torque measurement system.
Keywords: Torque and tational speed measurement,PLC，Electromagnetic clutch
第1章緒論
1.1電磁離合器概述
電磁離合器主要應用于機械傳動系統(tǒng)中，可在主動部分運轉的情況下，使從動部分與主動部分結合或分離。它有著高速響應、耐久性強、組裝維護容易，使用簡單、動作確實等特點。電磁離合器的動作是通過電磁線圈驅動離合盤吸合與分開。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉差式電磁離合器等。
1.2課題背景及意義
轉矩、轉速測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒
定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。通過測量機械設備的轉矩、轉速，可以分析研究零件、機構的受力狀況和某些物理現象的機理。因此，
轉矩、轉速測量及分析是保證各種生產及輔助設備安全正常運行、節(jié)省能源、提
高系統(tǒng)效率的重要手段。轉矩、轉速在線監(jiān)測對減少非計劃檢修時間，快速分析
產生事故及故障的原因，提高生產效率和經濟效益都有重要意義。隨著科學技
術的進步和生產力的發(fā)展，轉矩、轉速測量技術已在電機、汽車、船舶運輸、交
通、柴油機、化工機械、石油、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。在市場經濟激
烈的競爭下，許多機械新產品既要向更大功率、更高速度、更高效率的方向發(fā)展，
又要向更小的設計裕度方向加速發(fā)展，轉矩、轉速測量能為旋轉機械的設計提供
科學數據；轉矩、轉速測量應用在自適應控制系統(tǒng)中，可為自適應控制系統(tǒng)提供
控制信號；轉矩、轉速測量是檢驗各類動力機械功率輸出是否達到設計標準的必
要手段；對于一些大型的、關鍵的、無儲備的動力機械設備來說，由于他們的意
外停車或故障將造成極大的危害，而轉矩、轉速測量可對這些設備的運行進行狀
態(tài)監(jiān)測和故障識別，做到提前預警，避免危害。此外，轉矩、轉速測量在作為節(jié)
能指示器，多主機系統(tǒng)的動力平衡指示器等方面都有著廣泛應用。
隨著轉矩、轉速測量的廣泛應用，市場對轉矩、轉速測量系統(tǒng)也提出了越來
越高的要求：由靜態(tài)測試轉向動態(tài)在線檢測；由間接測量轉向直接測量；由單功能轉向多功能，包括自補償、自修正、自適應、自診斷、遠程設定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶；要求系統(tǒng)微型化、數字化、智能化、虛擬化和網絡化；要求轉矩、轉速的檢測與動力裝置的控制相結合，達到轉速、轉矩、輸出功率的優(yōu)化配置。
1.3國內外基本研究情況
1.3.1 轉矩測量的國內外發(fā)展現狀
轉矩的測量，按原理可分為：傳遞類(扭軸類或轉矩計類)，平衡力類(支反力類或測功機類)，能量轉換類(間接測量法)等三類。據統(tǒng)計，現代實驗工作中，大多數都采用傳遞類轉矩測量法。轉矩測量技術主要包括兩方面：一是傳感器，二是測量系統(tǒng)?，F階段應用最為廣泛的傳遞類轉矩測量手段是采用傳感器測量。國外轉矩、轉速測量系統(tǒng)總體說來發(fā)展較早，技術水平也較為先進。但近幾年來，國內的轉矩、轉速測量系統(tǒng)經過廣大科研技術人員的不斷努力，也取得了迅速的發(fā)展。
1.3.2 PLC控制系統(tǒng)的國內外發(fā)展現狀
自從第一臺PLC出現以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。
??? 目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產品，各流派PLC產品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結構緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。
??? 著名的PLC生產廠家主要有美國的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE（Telemecanique）公司等。
???? 我國的PLC研制、生產和應用也發(fā)展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，PLC的應用逐年增多，并取得顯著的經濟效益，PLC在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。
???? 目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。
1.4課題的主要研究內容
本次設計的大體內容是運用PLC配合變頻器和轉矩轉速傳感器來控制電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)。
要完成以上要求，本論文具體內容包括以下幾個方面：
⑴從實際出發(fā)，了解電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的工作流程。
⑵參考工作流程，確定控制方案及要用到的元器件。
⑶了解各元器件的功能和工作原理，完成相應的硬件設計以及元器件的接線。
⑷編寫控制程序，并對其進行模擬仿真分析結果。
第2章 PLC 可編程序控制器
2.1 PLC的起源和發(fā)展
在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產的各個領域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯捎奢斎腚娐?，控制電路，輸出電路和生產現場這4個部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關，限位開關，傳感器等構成。用以向系統(tǒng)送入控制信號。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構成，用以控制各種被控制對象，如電動機，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導線將各個分立的繼電器，電子元器件連接起來對工業(yè)現場實施控制；生產現場是指被控制的對象（如電動機等）或生產過程。
繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產中曾起著不可替代的重要作用，隨著生產規(guī)模的逐步擴大，市場經濟競爭日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應，因為繼電器控制電路通常是針對著某一固定的動作順序或生產工藝而設計的。它的控制功能也僅僅只局限于邏輯控制，定時，計數等這樣一些簡單的控制，一旦動作順序或生產工藝發(fā)生變化，就必須進行重新設計，布線，裝配，和調試。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無法滿足日新月異且競爭激烈的市場經濟發(fā)展的需要。這就迫使人們要放棄原來已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，研制可以替代繼電器控制系統(tǒng)的新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。
出于上述考慮，美國通用汽車公司（GM）于1968年提出了公開招標研制新型的工業(yè)控制器的設想，第二年，即1969年美國數字設備公司（DEC）就研制出了世界上第一臺可編程序控制器。在這一時期，可編程序控制器雖然采用了計算機的設計思想，但實際上只能完成順序控制，僅有邏輯運算，定時，計數等順序控制功能。所以人們將可遍程序控制器稱之為PCL（Programmable Logical Controller），即可編程序邏輯控制器。
20世紀70年代末80年代初，微處理器技術日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點運算，函數運算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制。因此，美國電氣制造協(xié)會NEMA（National Electrical Manufacturers Association）將之正式命名為PC（Programmable Controller）。值得注意的是，因為個人計算機的簡稱也是PC（Personal Computer），有時為了避免混淆，人們習慣上仍將可編程序控制器簡稱PLC（盡管這是早期的名稱）。本書采用PLC的稱呼。20世紀80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構成的微機化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設計上，性能價格比等方面有了重大突破?？删幊绦蚓哂辛烁咚儆嫈?，中斷技術，PID控制等功能，同時聯網通信功能也得到了加強，這些都使得可編程序控制器的應用范圍和領域不斷擴大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產和發(fā)展規(guī)范化。國際電工委員會（IEC）制定了PLC的標準，并給出了它的定義：
“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內部儲存執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作，并通過數字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充功能的原則設計?！?
綜上所述，PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強，程序設計簡單，靈活通用，維護方便等優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認和好評。他經過短短的幾十年發(fā)展后，現在已成為現代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機器人和CAD/CAM）之一，被廣泛地應用于機械，冶金，化工交通，電力等領域中。
以PLC作為控制器的PLC控制系統(tǒng)是從根本上改變了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的工業(yè)原理和方式。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過采用硬件接線的方式來實現的，而PLC控制系統(tǒng)的控制功能是通過存儲程序來實現的，不僅可以實現開關量控制，還可以進行模擬量控制，順序控制。另外，它的定時和計數功能也遠比繼電器控制系統(tǒng)強很多，一般可以為用戶提供幾十個甚至上百個定時器，計數器。隨著計算機和通信技術的發(fā)展，現代PLC控制系統(tǒng)已遠不是幾十年前的那個樣子，PLC的控制從早期的單機控制發(fā)展到多機控制，實現了工廠自動化。盡管現在的PLC控制系統(tǒng)已發(fā)生了很大的變化，但是從自動控制的角度來看，PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)在結構上仍有相似之處?，F在以集中型的PLC控制系統(tǒng)為例說明集中型PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結構上有那些相同和不同之處，這對初學者理解PLC控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。集中型PLC控制系統(tǒng)的結構。
將兩種系統(tǒng)相比，就會發(fā)現PCL控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)輸入，輸出部分基本相同，輸入電路也是由按鈕，開關，傳感器所構成：輸出電路也好似由接觸器，執(zhí)行器，電磁閥等構成的。不同的是繼電器控制系統(tǒng)在控制線路被PLC中的程序代替，這樣一旦生產工藝發(fā)生變化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實現模擬量控制，開環(huán)或閉環(huán)過程控制，甚至多級分布式控制。隨著微電子技術的進一步發(fā)展，PLC的成本在降低，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)代替已是發(fā)展的必然趨勢。
2.2 PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較
2.2.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較
比較項目
繼電器控制系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)
控制功能的實現
由許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能
各種控制功能是通過編制的程序來實現的
對生產工藝過程變更的適應性
適應性差。需要重新設計，改變繼電器和接線
適應性強，只需對程序進行修改
控制速度
低?？繖C械動作實現
極快?？课⑻幚砥鬟M行處理
計數及其他特殊功能
一般沒有
有
安裝，施工
連線多，施工繁
安裝容易，施工方便
可靠性
差，觸點多，故障多
高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施
壽命
短
長
可擴展性
困難
容易
維護
工作量大，故障不易查找
有自診能力，維護工作量小
表2-1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較表
結論：由于PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無法比擬的優(yōu)點，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)所代替是大勢所趨。
2.2.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較
20世紀60年代，由于小型計算機的出現，有人曾試圖用小型計算機來取代當時占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結果未獲成功，取而代之的卻是PLC的出現。通過計算機與PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結果比較見下表。
比較項目
通用計算機系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)
工作目的
科學計算，數據管理等
工業(yè)自動控制
工作環(huán)境
對工作環(huán)境要求比較高
對環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現場工作
工作方式
中斷處理方式
循環(huán)掃描方式
系統(tǒng)軟件
需配備功能較強的系統(tǒng)的軟件
一般只需要簡單的監(jiān)控程序
采用的特殊措施
掉電保護等一般性措施
采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修
編程語言
匯編語言，高級語言
梯形圖，助記符語言，SFC標準化語言
對操縱人員的要求
需專門培訓，并具有一定的計算機基礎
一般技術人員，稍加培訓即可操作使用
對內存的要求
容量大
容量小
價格
價格高
價格較低
其他
若用于控制，一般需自行設計
機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng)
表2-2 PLC與計算機系統(tǒng)比較表
結論：一般情況下，在工業(yè)自動化工程中采用PLC可靠，方便，易于維護。
進入20世紀70年代，采用微處理器的工業(yè)控制計算機出現了。它與PLC共同推動著傳統(tǒng)工業(yè)的技術改造。經過較長時間是實踐，人們又發(fā)現，PLC與一般的工業(yè)控制計算機相比，PLC還是有著較強的優(yōu)勢，其原因是PLC專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計，在PLC中采用了如下的硬件和軟件措施：
⑴ 光電耦合隔離和R-C濾波器，有效地防止了干擾信號的進入。
⑵ 內部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。
⑶ 采用優(yōu)良的開關電源，防止電源線引入的干擾。具有良好的自診斷功能可對CPU等內部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。
⑷ 對程序及有關數據有電池供電進行后備，一旦斷電或運行停止，有關狀態(tài)及信息不會丟失。
⑸ 對采用的器件都進行了嚴格的篩選和簡化，排除了因器件問題而造成的故障。
⑹ 采用了冗余技術進行一步增強了可靠性。對某些大型PLC還采用了雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或三CPU構成表決式系統(tǒng)。
⑺ 隨著構成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相應的提高。一般PLC的平均無故障時間可達到幾萬小時以上。某些PLC的生產廠家甚至宣布，今后生產PLC不再標明可靠性這一指標，因為對PCL來講這一指標已毫無意義了。經過大量時間人們發(fā)現PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是由于PLC的外部開關，傳感器，執(zhí)行機構引起的，而不是PLC本身發(fā)生的。
⑻ 另外，PLC程序設計簡單，易學易懂易維護，更適合于工程技術人員。因此，PLC在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。但是必須指出的是：計算機在信息處理方面還是優(yōu)于PLC，所以在一些自動化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結合起來，PLC做下位機進行現場控制，計算機做上位機信息處理。計算機與PLC之間通過通信線路實現信息的轉換和交換。這樣相輔相成，構成一個功能較強的完整的控制系統(tǒng)。
2.2.3 PLC控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較
由前所述可知，PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。而集散型控制系統(tǒng)DCS（Distribution Control System）是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。而PLC隨微電技術，計算機技術和通信技術的發(fā)展，無論在功能上，速度上，智能化模塊以及聯網通信上，都用很大的提高。并開始與小型計算機聯成網絡，構成了以PLC為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著PLC網絡通信功能不斷增強，PLC與PLC及計算機的互聯，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數據高速公路上（Data Highway）掛接在線通用計算機，實現在線組態(tài)，編程和下裝，進行在線監(jiān)控整個生產過程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC的價格和可靠性優(yōu)勢，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。
2.3 PLC控制系統(tǒng)的組成
PLC控制系統(tǒng)像一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個部分組成的，硬件是指PLC本身及其外圍設備，軟件是指管理PLC的系統(tǒng)軟件，PLC的應用程序，編程語言和程序支持工具軟件。
圖2-1典型PLC控制系統(tǒng)的硬件組成圖
2.3.1 硬件的組成
PLC控制系統(tǒng)的硬件是由是由輸入/輸出（I/O）電路及外圍設備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕嶋H應用的需要而定，可大可小。下面對構成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。
（1）主控模塊
除了早期生產的整體式PLC（PLC的各個部件都在同一機殼內）外，目前市場多數的PLC都已采用模塊化的結構（PLC的各個部件獨立封裝，稱之為模塊）。在PLC中各個模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱CPU），它包括：CPU，存儲器，通信接口等部分。
①CPU：CPU是PLC的控制中樞，它由控制器和運算器組成。其中，控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制PLC工作的部件。運算器則是進行邏輯，算術等運算部件。PLC在CPU的控制下使整個機器有條不紊的協(xié)調工作，以實現對現場各個設備的控制。CPU的具體作用如下：
執(zhí)行接受，存儲用戶程序的操作指令。
用以掃描方式來自輸入單元的數據和狀態(tài)信息，并存入相應的數據存儲區(qū)。
執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數據和信息的處理，產生相應的內部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。
響應外部設備（如編程器，打印機）的請求。
PLC中所采用的CPU隨機型的不同而不同，通常有3種：通用微處理器（如8086，80286，80386等），單片機芯片，位片式處理器。一般來說，小型PLC大采用8位微處理器或單片機作為CPU，如Intel8086，Inter96系列單片機，具有集成度高，運算速度快，可靠性高等優(yōu)點。如日本歐姆龍公司生產的OMRONC200H型PLC采用的是Motorola公司生產的MC68B09的CPU芯片。這是一種增強型8位微處理器。對大型PLC，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強，速度快，效率高的優(yōu)點。
目前，一些廠家生產的PLC中，還采用了冗余技術，即采用雙CPU或三CPU工作，進一步提高了系統(tǒng)可靠性。采用冗余技術可使PLC的平均無故障工作時間達幾十萬小時以上。
②存儲器：PLC系統(tǒng)中的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數據。
系統(tǒng)程序存儲區(qū)：采用PROM或EPROM芯片存儲器。它是由生產廠家直接存放的，永久存儲的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和PLC的硬件組成與專用部件的特性有關，用戶不能隨意訪問和修改這部分存儲器的程序。
存儲器區(qū)：工作數據是PLC運行過程中經常變化的，需要隨機存取的一些數據。這些數據一般不需要長久保存，因此采用隨機存儲器RAM。數據存儲區(qū)包括輸入，輸出數據映象區(qū)，定時器/計數器預置和當前數值的數據。
用戶程序存儲區(qū)：用于存放用戶經編程器或計算機輸入的應用程序。一般采用EPROM或EEPROM存儲器，用戶可檫寫重新編程。用戶程序存儲器的容量一般就代表PLC的標稱容量。通常，小型機小于8KB，中型機小于50KB，而大型機可以在50KB以上。
③通信接口：主控模塊通常有一個或一個以上的通信接口（簡稱通信口），用以與計算機，編程器相連，實現編程，調試，運行，監(jiān)視等功能。
（2）輸入/輸出模塊
PLC的控制對象是工業(yè)生產過程，它與工業(yè)生產過程的聯系是通過I/O模塊實現的。生產過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應的I/O模塊作為CPU與工業(yè)生產現場的橋梁。且這些模塊應具有較好的抗干擾能力。目前，生產廠家已開發(fā)出各種型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數字量輸入/輸出模塊，開關量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流信號輸入/輸出模塊，220V交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶CPU，存儲器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數模塊，PID調節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能I/O模塊。
（3）電源模塊
該模塊將交流電源轉換成供CPU存儲器所需的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。目前，大多數PLC采用高質量的開關式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強。有些機器的電源除了供內部電路使用外，還向外提供24VDC的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。
I/O電路
PLC的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置實現控制。輸入電路就是被控對象（需要進行控制的機器，設備和生產過程）進行檢測，采集，轉換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關等也可以向PLC送控制指令。輸出電路的功能就是接受PLC輸出的控制信號，對被控對象執(zhí)行控制任務。
PLC外圍設備
PLC的外圍設備很多，但基本功能不外乎對信息和數據的處理。常用的有編程器，可編程終端，打印機，條碼讀入機等等。編程器PLC的重要外圍設備之一，它可以將用戶編寫的程序送到PLC的用戶程序存儲器。因此，它的主要任務是輸入程序，調試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程?？删幊探K端是具有I/O功能的PLC人機界面產品。人可以通過觸摸屏幕將信息輸入PLC中同樣可編程終端也可以將PLC的輸入數據和信息顯示在屏幕上。
2.3.2 軟件的組成
PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。
（1）PLC系統(tǒng)軟件與工作過程
PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對用戶程序進行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結束，然后返回到程序的
始又開始新的一輪掃描。PLC的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描。
圖2-2 PLC內部工作示意圖
值得注意的是在繼電器控制系統(tǒng)中，一個繼電器的線圈被接通或斷開，繼電器的所用觸點（常開觸點和常閉觸點）都會立即動作。但在PLC中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所用只有掃描到”線圈”的觸點時，才會動作，沒有掃描到時，觸點就不會動。并且PLC掃描一次用戶程序的時間即掃描周期與擁護程序的長短和掃描速度有關，一般為1ms至幾十毫秒?，F以OMRONP型機為例來說明PLC掃描的工作過程，如上圖在沒有掃描之前，PLC首先應保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機性，進行清零或復位處理，檢查I/O單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。使它涉及到各種指令和內存單元，如果執(zhí)行的時間不超過規(guī)定的時間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關閉。上述操作完成后，將時間監(jiān)視定時復位，才允許掃描用戶程序。
公共操作公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現故障，除了報警顯示燈亮之外，還判斷故障性質。一般性故障，只報警不停機，等待處理；對于嚴重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出。
數據I/O數據輸入/輸出操作有的稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號（即刷新輸入狀態(tài)的內容）；二是送出處理結果（即按輸出狀態(tài)表的內容刷新輸出電路）。PLC數據I/O示意圖如下：
圖2-3 PLC數據I/O示意圖
① 輸入映象存儲器及刷新。由上圖所示可知送入PLC端子上的輸入信號，經過電隔離，電平轉換，濾波處理后，進入緩沖器內CPU的采樣。。在PLC的存儲器有一個專門存放I/O數據區(qū)，其中對應輸入端子的數據區(qū)，稱之為輸入映象存儲器。當CPU采樣時，輸入信號由緩沖區(qū)進入映象區(qū)。接著就是數據輸入或輸出狀態(tài)刷新。
只有在采樣刷新的時刻，輸入映象存儲器中的內容才與輸入信號（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時間范圍輸入信號變化是不會影響映象存儲器的內容的。由于PLC掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時間很短，對一般開關量來說，可以認為沒有因間斷采樣引起的誤差。即認為輸入信號一旦變化，就能立即進入輸入映象的存儲器內。
② 輸出映象存儲器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理，CPU不能直接驅動負載。按用戶程序要求及當前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對于變化較慢的控制過程來說，因為兩次刷新的時間間隔和輸出電路的慣性時間常數一般才幾十毫秒，可以認為輸出信號是及時的。
③執(zhí)行用戶程序這里又包括監(jiān)視與執(zhí)行兩部分。
1）監(jiān)視定時器WDT。監(jiān)視定時器就T1是通常所說的”看門狗”WDT（Watch-DogTimer），它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。正常時，執(zhí)行完用戶程序多用的時間不會超過T1，在程序復位WDT，即執(zhí)行程序并開始計時：執(zhí)行完用戶程序后立即令WDT復位，表示程序執(zhí)行正常。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)，則WDT會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時，重新程序不會再遇到”偶然干擾”，系統(tǒng)便轉入正常運行；若由于不可恢復的確定性故障，則系統(tǒng)會自動地停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負載，發(fā)出故障信號，等待處理。
2)執(zhí)行用戶程序。用戶程序是放在用戶程序存儲器中的，掃描時，按順序從零步開始，逐步解釋和執(zhí)行，直到執(zhí)行END指令才結束對用戶程序的掃描。
（2）應用軟件
PLC控制系統(tǒng)的應用軟件是指為完成PLC實際控制任務而編制的各種軟件。隨著PLC應用領域范圍的不斷擴大，應用水平的提高，PLC應用軟件也大大豐富起來了。PLC應用軟件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大不同，PLC應用軟件有以下幾個特點：
①應用軟件設計必須與生產工藝緊密結合。生產工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產過程，由于各種設備的工藝參數不一樣，控制實現的方式也不一樣。所以程序設計人員必須深入現場，嚴格尊守生產工藝的具體要求來設計應用程序。
②應用軟件與硬件緊密相關。軟件設計人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設計。設計必須根據硬件系統(tǒng)，接口的實際情況進行相應的程序設計。
③PLC應用軟件的設計需要計算機，自動控制技術甚至網絡通信技術等多種知識。特別是PLC網絡的出現，PLC控制系統(tǒng)不再是一個單獨的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺不同型號的PLC，計算機，外圍設備等。因此在進行軟件設計時，實現和處理某種控制功能都離不開計算機自動控制和通信技術。因此，應用程序中不僅有PLC程序，還有計算機程序和通信網絡程序等。
（3）編程語言及編程支持工具軟件
PLC有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數語言和某些高級語言。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言。現在世界上各個PLC生產廠家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。
2.4 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
PLC當初是針對工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經過30幾年的迅速發(fā)展，PLC已不僅能進行開關量控制，而且還能進行模擬量控制，位置控制。特別是PLC的通信網絡技術的發(fā)展，使得PLC如虎添翼，由單機控制向多機控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展?，F在PLC的足跡已遍布了國民經濟的各個領域，形成了滿足各種需要的PLC應用系統(tǒng)。
今后PLC控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場經濟發(fā)達的今天，產品的發(fā)展取決于市場的需求。PLC的主要應用領域是自動化。不同的企業(yè)對自動化的要求，規(guī)模以及投資數額都不相同，存在著不同的層次需求。從我國目前正在開展的以高新技術帶動傳統(tǒng)產業(yè)發(fā)展形式來看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準的PLC網絡，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)該找的性能價格比高的小型PLC控制系統(tǒng)。所以今后PLC控制系統(tǒng)將朝著兩個方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關鍵設備，PLC將朝著體積更小，速度更快，功能更強，價格更低的方向發(fā)展。二是向大型化，網絡化，多功能的方向發(fā)展。
⑴ 小型化、高性能、低成本、簡單使用
近年來，小型PLC應用十分普遍，超小型PLC的需求日趨增多。據統(tǒng)計，美國機床行業(yè)應用超小型PLC幾乎占據了市場的1/4，國外許多PLC廠家正在積極地研制開發(fā)出各種超小型微型的PLC。例如德國西門子公司的S7-200既可以單機運行也可以聯網實現復雜的控制。S7-200的最小配置是8個數字量輸入和6個數字量輸出，還可以根據實際情況擴展2～7個模塊，最多可達到128個輸入和120輸出，此外S7-200還可以進行模擬量控制，是一種性能價格比較好的微型PLC
⑵ 大型化、網絡化、多功能
多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統(tǒng)設計，組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當前控制系統(tǒng)發(fā)展的主要潮流。為了適應這種發(fā)展，實現工廠自動化，世界上各PLC生產廠家不斷地研制開發(fā)功能更強的PLC網絡系統(tǒng)。這種PLC網絡一般是多級的，網絡的最底層是現場執(zhí)行級，網絡的最上層為組織管理級。現場執(zhí)行級可以由多個PLC或遠程I/O工作站所組成，中間一級由PLC或計算機構成。最高一級一般由高性能的計算機組成。它們之間采用工業(yè)以太網，MAP網和工業(yè)現場總線相連構成一個多級分布式PLC。隨著自動控制系統(tǒng)技術的發(fā)展，這種多分布式的PLC控制系統(tǒng)不再是單一的，除了控制功能外，還可以實現在線優(yōu)化，生產過程的實時調度，產品計劃，統(tǒng)計管理等功能，成為一種測，控，管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。
⑶ PLC控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進一步地相互滲透和結合
目前，PLC與計算機已成為地結合并廣泛應用，PLC不再是單獨的一個控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個重要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計算機技術的進一步發(fā)展，今后的PLC將更加注重它與智能控制系統(tǒng)的結合。許多PLC開發(fā)商已經注意到了PLC的兼容性，不僅是PLC與PLC的兼容，而且還注意到PLC與計算機的兼容，使之可以充分地利用計算機現有的軟件資源。例如西門子的S7-300采用SIMATICS7的模塊，它的軟件編程，監(jiān)控都可以在Windows操作平臺上操作和運行。今后PLC將采用速度更快，功能更強的CPU，容量更大的存儲器。并將更充分地利用計算機資源。PLC與工業(yè)控制計算機，集散控制系統(tǒng)，嵌入式計算機等系統(tǒng)還將進一步滲透與結合，這必將更進一步拓寬PLC的應用領域和空間。
⑷ 實現軟，硬件的標準化
長期以來，PLC走的是專門化的道路，使其在獲得成功的同時也帶來諸多的不便。例如各個公司的PLC都有通信聯網的能力，但各個公司的PLC之間還無法通信聯網，因此制定PLC國際標準已是今后的發(fā)展趨勢。從1978年起國際電工委員會IEC在其下設TC65的SC65B中轉設WGT工作組制定PLC的國際標準。
第三章 元器件選型
工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)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PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。
3.1 PLC選型
工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)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PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性價比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。
3.1.1 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(tǒng)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PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。
3.1.2 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，