PC控制系统设计的要点

摘要该文指出 PC控制系统设计，硬件要确定PC单机还是PC网络，80点以内的系统选用不须扩展模块的PC单机，PC输入输出点数要留有10％余量，存储容量和指令执行速度是重要指标，手持编程器易于现场调试，选用大公司的 PC产品；输入回路中电源为 AC85—240V、DC24V时，应加装电源净化元件，PC内、外接DC24V“一”端和“COM”端不共接；输出回路中输出方式：继电器输出适用于不同公共点间带不同交、直流负载，电流达2A／点；晶体管输出适宜高频动作，响应时间 0.2ms。每个“COM”点加一熔丝。用手持编程器编程先画梯形图再编程。

关键词自动控制 可编程序控制器 系统 设计 应用

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器(PC)来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，本文叙述PC控制系统设计时应该注意的问题。
硬件选购目前市场上的PC产品众多，除国产品牌外，国外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高，这是众多技术人员选用PC的重要原因。那么，如何选购PC产品呢?
1．系统规模首先应确定系统用 PC单机控制，还是用PC形成网络，由此计算PC输入、输出点。数，并且在选购PC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%)。
2．确定负载类型根据PC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。
3．存储容量与速度尽管国外各厂家的PC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PC产品。
4．编程器的选购 PC编程可采用三种方式：
一是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。
二是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。
三是用 IBM个人计算机加PC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。
因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PC产品。
5．尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。
输入回路的设计
1．电源回路 PC供电电源一般为 AC85—240V(也有DC24V)，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1：1隔离变压器等)。
2．Pc上DC24V电源的使用各公司 PC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PC的运行)。
3. 外部DC24V电源 若输入回路有 DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“—”端不要与 PC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相连，否则会影响PC的运行。
4．输入的灵敏度各厂家对PC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司F7n系列Pc的输入值为：DC24V、7mA，启动电流为4．5mA，关断电流小于1．5mA，因此，当输入回路串有二极管或电阻(不能完全启动)，或者有并联电阻或有漏电流时(不能完全切断)，就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PC的最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的 PC，Bp输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PC的输入端。
输出回路的设计
1．各种输出方式之间的比较
(1)继电器输出：优点是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Jl百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms
(2)晶闸管输出：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.
(3)晶体管输出：最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带 DC 5—30V的负载，最大输出负载电流为0．5A／点，但每4点不得大于0．8A。
当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PC输出驱动达林顿三极管(5—10A)，再驱动负载，可大大减小电流。
2．抗干扰与外部互锁当 PC输出带感性负载，负载断电时会对PC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PC。

当两个物理量的输出在PC内部已进行软件互锁后，在PC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。
3．“GOM“点的选择不同的 PC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1—2个输出点的 PC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带4—8个输出点的PC产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“COM”点处加一熔丝，1—2个输出时加2A的熔丝，4—8点输出的加5—10A的熔丝，因 PC内部一般没有熔丝。
4．PC外部驱动电路对于 PC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管(LED)指示。印制板应做成插拔式，易于维修。
PC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。

扩展模块的选用
对于小的系统，如80点以内的系统．一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。
各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。 PC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。
PC的网络设计
当用PC进行网络设计时，其难度比PC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。
最后，还要向 PC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的系统大小而定。
软件编制
在编制软件前，应首先熟悉所选用的 PC产品的软件说明书，待熟练后再编程。若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。