計算機畢業論文：PC控制系統設計的要點

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摘要：該文指出pc控制系統設計，硬件要確定PC單機還是PC網絡，80點以內的系統選用不須擴展模塊的PC單機，PC輸入輸出點數要留有10％余量，存儲容量和指令執行速度是重要指標，手持編程器易于現場調試，選用大公司的PC產品；輸入回路中電源為AC85—240V、DC24V時，應加裝電源凈化元件，PC內、外接DC24V“一”端和“COM”端不共接；輸出回路中輸出方式：繼電器輸出適用于不同公共點間帶不同交、直流負載，電流達2A／點；晶體管輸出適宜高頻動作，響應時間0.2ms。每個“COM”點加一熔絲。用手持編程器編程先畫梯形圖再編程。

關鍵詞：自動控制可編程序控制器系統設計應用

在現代化的工業生產設備中，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制等，工業現場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器(PC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PC控制系統設計時應該注意的問題。

硬件選購目前市場上的PC產品眾多，除國產品牌外，國外有：日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PC產品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技術人員選用PC的重要原因。那么，如何選購PC產品呢?

1．系統規模首先應確定系統用PC單機控制，還是用PC形成網絡，由此計算PC輸入、輸出點。數，并且在選購PC時要在實際需要點數的基礎上留有一定余量(10%)。

2．確定負載類型根據PC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統的穩定運行是很重要的。

3．存儲容量與速度盡管國外各廠家的PC產品大體相同，但也有一定的區別。目前還未發現各公司之間完全兼容的產品。各個公司的開發軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PC價格就越高，但應該根據系統的大小合理選用PC產品。

4．編程器的選購PC編程可采用三種方式：

一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統容量小，用量小的產品比較適宜，并且體積小，易于現場調試，造價也較低。

二是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內就可應用自如，但該編程器價格較高。

三是用IBM個人計算機加PC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PC開發軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現場調試。

因此，應根據系統的大小與難易，開發周期的長短以及資金的情況合理選購PC產品。

5．盡量選用大公司的產品其質量有保障，且技術支持好，一般售后服務也較好，還有利于你的產品擴展與軟件升級。

輸入回路的設計

1．電源回路PC供電電源一般為AC85—240V(也有DC24V)，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1：1隔離變壓器等)。

2．Pc上DC24V電源的使用各公司PC產品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PC的運行)。

3.外部DC24V電源若輸入回路有DC24V供電的接近開關、光電開關等，而PC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與PC的DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PC的運行。

4．輸入的靈敏度各廠家對PC的輸人端電壓和電流都有規定，如日本三菱公司F7n系列Pc的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4．5mA，關斷電流小于1．5mA，因此，當輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動)，或者有并聯電阻或有漏電流時(不能完全切斷)，就會有誤動作，靈敏度下降，對此應采取措施。另一方面，當輸入器件的輸入電流大于PC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的PC，Bp輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出PC的輸入端。

輸出回路的設計

1．各種輸出方式之間的比較

(1)繼電器輸出：優點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百萬次之間，有的公司產品可達1000萬次以上，響應時間為10ms

(2)晶閘管輸出：帶負載能力為0．2A／點，只能帶交流負載，可適應高頻動作，響應時間為1ms.

(3)晶體管輸出：最大優點是適應于高頻動作，響應時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶DC5—30V的負載，最大輸出負載電流為0．5A／點，但每4點不得大于0．8A。

當你的系統輸出頻率為每分鐘6次以下時，應首選繼電器輸出，因其電路設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PC輸出驅動達林頓三極管(5—10A)，再驅動負載，可大大減小電流。

2．抗干擾與外部互鎖當PC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PC。

當兩個物理量的輸出在PC內部已進行軟件互鎖后，在PC的外部也應進行互鎖，以加強系統的可靠性。

3．“GOM“點的選擇不同的PC產品，其“COM”點的數量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶2個或1個輸出點的。當負載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的PC產品；當負載數量多而種類少時，采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PC產品。這樣會對電路設計帶來很多方便，每個“COM”點處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點輸出的加5—10A的熔絲，因PC內部一般沒有熔絲。

4．PC外部驅動電路對于PC輸出不能直接帶動負載的情況下，必須在外部采用驅動電路：可以用三極管驅，也可以用固態繼電器或晶閘管電路驅動，同時應采用保護電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管(LED)指示。印制板應做成插拔式，易于維修。

PC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。

擴展模塊的選用

對于小的系統，如80點以內的系統．一般不需要擴展；當系統較大時，就要擴展。不同公司的產品，對系統總點數及擴展模塊的數量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網絡結構；同時，有些廠家產品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規定，請看相關的技術手冊。

各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。PC的這種模塊化設計為用戶的產品開發提供了方便。

PC的網絡設計

當用PC進行網絡設計時，其難度比PC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則，不能適應你的實時要求，造成系統崩潰。另外，對通信接口、通信協議、數據傳送速度等也要考慮。

最后，還要向PC的商家尋求網絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料，至于選用幾層工作站，依你的系統大小而定。

軟件編制

在編制軟件前，應首先熟悉所選用的PC產品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結束后先空調程序，待各個動作正常后，再在設備上調試。