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1、本 科 毕 业 设 计 论 文 题 目 导弹发射架液压系统改进设计和PLC控制系统设计 学生姓名 学号 所在院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 测控技术与仪器093班 指导教师 严 国 英 2013 年 5 月 20 日目 录摘 要1第一章 绪论31.1 课题研究的背景和意义31.2 液压技术与PLC自动控制技术在导弹发射勤务塔架应用的发展趋势31.2.1 液压系统发展走势31.2.2 导弹发射勤务塔架主要发展趋势与要求41.2.3 PLC自动控制技术发展趋势4第二章 导弹发射及发射架的发展5第三章 传统导弹发射勤务塔架特点分析73.1 平台液压系统工作原理73.2 平台液压系统特点分
2、析：9第四章 方案比较与选择114.1动力源的选择114.2可编程控制器PLC的选择124.2.1输入输出（I/O）点数的估算124.2.2存储器容量的估算124.2.3控制功能的选择134.2.4机型的选择144.3三菱PLC特点164.3.1 网络结构特点164.3.2 三菱PLC特点174.3.3 产品说明184.3.4三菱PLC程序设计194.3.5 设计方法19第五章 发射架液压系统设计215.1传统导弹发射勤务塔架特点分析及改进215.1.1传统导弹发射勤务塔架优缺点分析215.1.2液压系统改进分析215.2 PLC控制系统控制方式方案比较225.2.1方案的选择比较225.2.
3、2 PLC控制系统控制方式方案选择23第六章 控制系统PLC程序设计246.1三菱PLC可编程控制器指令246.2三菱PLC可编程控制器输入输出控296.2.1FX1N-40MR三菱PLC输入输出接线方法296.2.2输入输出接线图析316.3程序设计326.3.1 电磁铁（输出端）动作设计336.3.2电磁铁动作时序设计346.4 程序设计366.4.1程序梯形图设计366.4.2程序指令图设计37结束语40致谢40参考文献41摘 要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动化技术也得到了迅速的发展,应用范围也越来越广；而导弹发射技术作为现代军工产品，尤其对现代战争，维护国家安定和
4、平起到了举足轻重的作用。所以，将微电子技术、计算机技术和自动化控制技术应用于现代导弹发射是必要的。而针对于过去传统的导弹发射方法，及未来导弹发射勤务塔架主要发展趋势，应用液压技术是实现现代导弹发射要求的前提，PLC控制系统是摆脱人工操作带来的不利因素保障。本文主要介绍了分析了传统导弹发射勤务塔架的特点，针对其优点与缺点做必要的保留与改进，将现代液压技术，计算机自动化控制技术合理的应用于现代导弹发射中，以实现现代导弹日益增强，不断变化的发射要求。关键词： PLC自动控制技术；液压控制技术；导弹发射勤务塔架系统.Abstract：With Chinas rapid economic develop
5、ment, micro-electronics technology, computer technology and automation technology has also been a rapid development, more and more wide range of applications; missile launch technology as a modern military products, especially for modern warfare, to safeguard national stability and peace played a pi
6、votal role. Therefore, the micro-electronics technology, computer technology and automation and control technology used in modern missile launch is necessary. For the traditional missile launch method, and future missile launch service tower major trends in the application of hydraulic technology is
7、 the premise of modern missile launchers requirements, PLC control system is to get rid of manual adverse factors security. This paper describes the analysis the traditional missile launch service tower features, its advantages and disadvantages make the necessary retention and improvement of modern
8、 hydraulic technology, computer automation and control technology used in modern missile launchers, in order to achieve a modern missile increasingly enhancement, changing emission requirements.Key words: PLC automatic control technology; hydraulic control technology; missile launch service tower sy
9、stem1 绪论1.1 课题研究的背景和意义原有的导弹发射勤务塔架液压系统为手动控制，对操作人员要求极高，要经过长时间、大量重复训练和相互默契配合才可完成发射前操作，人为因素很大，控制精度低。本次设计的思路为：在认真分析计算原液压系统的基础上，拟对原有液压系统进行改进设计，并将手动控制方式改为PLC控制方式，提高控制的精度，排除人为因素。目前，液压控制技术，PLC控制技术以单独作为一门既有理论基础，又有实际应用背景的交叉学科。因此，采用液压控制技术对原有导弹发射勤务塔架进行硬件改进，即提升了发射效率，又使得原有系统在工作时更加的稳、安全；而采用PLC控制技术，可以有效的减少由于人工操作造成的失
10、误，保障了发射的正常运作。总之，在面对现代导弹发射时越来越高的要求，采用液压系统及PLC控制技术是导弹发射勤务塔架的未来趋势。1.2 液压技术与PLC自动控制技术在导弹发射勤务塔架应用的发展趋势导弹发射技术随着科学的发展、作战使用的需要和导弹系统性能的改进而不断发展变化。第二次世界大战末德国的V-1、V-2导弹，分别采用地面固定倾斜和垂直发射。战后，一些国家的战略导弹多采用着两种发射方式。从20世纪50年代末起，为了提高战略导弹在核环境下得生存能力，采用了地下井发射。到60年代，远程导弹几乎都采用地下井发射，潜地导弹则采用弹射。70年代末，对着空间侦查技术的不断发展，导弹命中精度的不断提高和分
11、导式多弹头的出现，靠加固地下井已不可能确保导弹的生存能力，因此，在进一步加固地下井的同时，一些国家先后研究和改进了各种机动发射方式，随着导弹系统的小型化、自动化技术的不断提高，导弹的发射技术将日趋多样化，向着机动、快速、隐蔽的发展方向发展。1.2.1 液压系统发展走势随着社会主义市场经济的不断深化，液压、气动和密封产品的市场供求关系发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低档次液压、气动和密封件，普遍供过于求；而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档产品，又不能满足市场需要，只能依赖于进
12、口。在我国加入WTO后，其冲击有可能更大。因此，“十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构，也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大的发展。1.2.2 导弹发射勤务塔架主要发展趋势与要求（1）提高发射筒的空间利用率，以适应导弹外型尺寸不断增加的需要。（2）提高发射动力系统的能量利用率，以适应导弹射程和弹重的增加。（3）用燃气蒸汽弹射动力系统取代压缩气弹射动力系统，简化发射动力系统的结构，提高可靠性，增加发射推力。（4）提高发射系统的快速反应能力，如采用能量可调发射动力系统，以适应变深度发射的要求
13、。（5）简化发射装置结构，改善工艺性能，缩短建造周期，降低造价和使用费用。1.2.3 PLC自动控制技术发展趋势（1）大型化：为了适应大规模控制系统的需求，大型PLC向着储容量大，高速，高性能和增加I/O点数方向发展。（2）小型化：发展小型化PLC，其目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合，使PLC不仅成为继电器控制柜的代替物，而且超过继电器控制系统的功能。小型、超小型和微小型PLC不仅便于机电一体化，也成为实现家庭自动化的理想控制器。2 导弹发射及发射架的发展1980年，前苏联在“基洛夫”级核动力巡洋舰上安装了SA-N-6舰空导弹和SS-N-19反舰导弹的垂直发射系统，这是世界上
14、最早实现舰装的导弹垂直发射系统。该系统有自己的独特之处：在“基洛夫”级核动力巡洋舰前甲板下分别设置了两种阵列、不同形式的发射装置，位于前方的是44阵列的垂直发射装置，专供储存和发射SA-N-6导弹使用，用于舰艇防空；位于后方的是45阵列的斜置发射装置，全部为前倾45度至50度的SS-N-19远程超声速反舰导弹发射箱。“基洛夫”级核动力巡洋舰共载20枚SS-N-19反舰导弹，16枚SA-N-6舰空导弹，不再设弹库供再次装填用。尽管这种安排仍是垂直发射与倾斜发射混用，但这是军事上将垂直发射方式应用到海军舰艇上的首次尝试。此后，垂直发射的优点很快显露出来，与倾斜发射相比，垂直发射有以下优点：一是发射
15、井布置紧凑，载弹量大；二是攻击目标时舰艇不用再转向，可进行全方位打击；三是导弹发射装置位于甲板以下，可降低舰艇重心，也有利于隐身。很快，美军也展开了对舰艇的导弹垂直发射的研究，并于1986年将这一命名为“MK-41”的导弹垂直发射系统首先安装在“提康德罗加”级巡洋舰上，以后又安装在“阿利伯克”级与“斯普鲁恩斯”级导弹驱逐舰等水面舰艇上。美海军装备的MK-41采用热发射方式，它是目前最先进也是最具有代表性的导弹垂直发射系统，它有两大特点：一是采用了模块化设计，整个系统由8个或4个模块构成，每个模块又由8个模件组成，每个模件含8个导弹发射箱，由于起重机占去了3个发射箱空间，所以MK-41储存导弹的
16、总数是61枚或29枚，即8的倍数减去3，MK-41一个模块的总高度为7.67米，长为3.16米，宽为2米；二是MK-41的兼容性非常强，除了四联装的改进型“海麻雀”导弹（Seasparrow）外，MK-41还可与下列导弹系统相配用：“标准”SM-2 Block 防空导弹、垂直发射的“阿斯洛克”反潜导弹、“战斧”巡航导弹以及“北约海麻雀”导弹。另外，它还可以与下列系统兼容：宙斯盾MK8型作战系统、加拿大“部落”级驱逐舰的MK-14武器指挥系统、荷兰的“卡雷尔多尔曼”级护卫舰的水雷作战控制系统以及澳大利亚海军的CT-9LV-3作战系统。MK-48是美军另一种导弹垂直发射系统，由美国雷声公司研制。该
17、系统也出口到中国、韩国及北约组织各国的海军舰艇上，至上世纪九十年代初该系统已装舰40多套，它可用于发射北约的“海麻雀”及改进型“海麻雀”对空点防御导弹。目前，用于发射“海麻雀”导弹的MK-48垂直发射系统有4种配置形式：MK-48-0型适装在不同舰艇的装板上，现已装备在加拿大巡逻护卫舰和*海上自卫队的“村雨”级驱逐舰；MK48-1型发射装置适装于舱壁上（例如舰载直升机机库一侧），已装备在荷兰皇家海军的“卡雷尔多尔曼”级护卫舰；MK48-2型发射装置通常装在舰艇的上层建筑内，已装备在希腊海军“海德拉”级护卫舰和韩国的KDX驱逐舰；MK48-3型发射装置小巧紧凑，主要用于一些小型舰艇，已装备在丹麦
18、的SF-300型多用途巡逻艇。英国海军在八十年代初的马岛海战结束之后，将其舰载“海狼”防空导弹的6联装倾斜发射装置改造成垂直发射装置。“海狼”导弹的垂直发射系统在设计上最具特色之处的是燃气排导系统，它与储运发射箱是一体的，即它的4个排气道分布在导弹的4个弹翼之间，发射击筒的底部是密封的，上端盖采用玻璃易碎盖，导弹点火后产生的高温、高速燃气流在发射筒底部拐180度弯后从发射筒上端盖排出。这种设计与美国的MK-41系统截然相反。MK-41是在发射筒的下方专门设计燃气排放系统，以排导导弹点火后产生的高温高速气流。该系统已经装备于英国的23型护卫舰上。而法国的VT-1型“响尾蛇”导弹垂直发射系统则是与
19、俄罗斯联合研制的，采用冷气弹射技术发射。垂直发射的响尾蛇导弹装入四个发射隔舱模块中，每一隔舱可备弹8枚、16枚、24枚。由于导弹的火箭发动机在发射装置之外点火，不需要排导燃气气流，所以该系统的主要优点就是发射架结构简单，重量轻巧且容易安装。该发射装置可搭载8个导弹，其底面积为1.3米0.9米，高为2.6米，包括导弹在内总重不超过2吨。“响尾蛇”VT-1导弹垂直发射系统既适合在大型舰艇上安装，也适合在500吨级的小型舰艇上安装。垂直发射技术对于军舰的防空导弹来说几乎是必须的，除了射程很短的末段防空导弹外，没有垂直发射技术的防空导弹是过时的，也是没有战斗力的。此外，MK41这样的成熟的导弹垂直发射
20、系统可以大大减小占用军舰甲板的面积，减小能耗，降低采购费用，最重要的是可以统一整个武器发射系统，大大增加武器携带量和作战灵活性。导弹要垂直发射无论对于导弹还是发射系统或者指挥系统都有严格要求，这也就是为什么能做到导弹垂直发射的国家很少，能有通用垂直发射系统的只有美国。2 传统导弹发射勤务塔架特点分析导弹发射勤务塔架是完成导弹的起竖、对接、检测、加注和发射等任务的装置。它由塔架和塔架吊车两部分组成。塔体中的回转平台、工作平台和电缆摆杆均为液压驱动。回转平台有两个扇，可以单独回转，也可以同时回转，回转平台撤收后由液压驱动的机械锁锁紧。回转平台内侧有可以垂直升降的两个水平工作台，其小距离调整用液压驱
21、动，回转平台和水平工作台统称为平台。3.1 平台液压系统工作原理某导弹发射勤务塔架平台液压系统如图（3.1）所示。平台液压系统完成：回转平台开锁、回转平台合拢、回转平台撤收、回转平台闭锁、水平工作台上升、水平工作台调平等工作。图3.1 导弹发射勤务塔架平台液压系统1-液压泵 2-油箱 3-电动机 4、13、15-单向阀 5-多路换向阀 6-单向换向阀 7-回转台油箱 8-铰轴 9-水平台油缸 10-液控单向阀11-开闭锁油缸 12-分流集流阀 14-溢流阀 （一）回转平台分析回转平台开锁 回转平台合拢前，先由开闭锁液压缸11打开机械锁紧装置。然后将多路换向阀5d处于下位。其油路走向为：进油路：
22、泵1 阀4 阀5d 缸11a和缸11b有杆腔；回油路：缸11a和缸11b无杆腔 阀5d 油箱2。此时，并联同步缸11a和11b活塞同步下滑，完成开锁工作。开锁到位后，松开阀5d手柄，多路换向阀处于中位。液压泵排油 阀4 多路阀中位 油箱2，液压泵处于卸载状态。回转平台合拢 回转平台有A和B两个。回转平台A回转运动由多路换向阀5a控制。此时多路换向阀处于下位。其油路走向为：进油路：泵1 阀4 阀15 阀5a 阀6b的单向阀 缸7b有杆腔，缸7b活塞下行；回油路：活塞缸7a、7b为串联连接，所以回油路为缸7a有杆腔回油 阀6a的节流阀 阀5a 油箱2，缸7a活塞上行。缸7b和缸7a同步牵引钢丝绳驱
23、动铰轴8a，带动回转平台A顺时针回转，完成回转平台A合拢，合拢速度由单向节流阀6a调节。合拢到位松开5a手柄，多路换向阀处于中位。液压泵排油 阀4 多路换向阀中位 油箱2，液压泵处于卸载状态回转平台B的合拢由多路换向阀5g控制，由液压缸7c和驱动7d驱动完成。油路状况同回转平台A类似。回转平台撤收 回转平台撤收由多路换向阀5a控制，此时多路换向阀5a处于上位。油路经阀6a进入缸7a有杆腔，缸7b有杆腔的回油经阀6b的节流阀调速，回转平台逆时针回转。回转速度由节流阀6b调节。回转到位松开手柄后，液压泵经多路换向阀5a中位卸载。回转平台闭锁 回转平台撤收到位后，将多路换向阀5d处于上位。油路进入开
24、闭锁缸11a和缸11b无杆腔，活塞上行完成闭锁。闭锁到位后，松开手柄，活塞上行完成闭锁。（二）水平工作台分析水平工作台上升 水平工作台C上升由多路换向阀5b控制，此时多路换向阀5b处于下位。其油路走向为：进油路：泵1 阀4 阀15 阀5b下位 等量分流集流阀12a 分别经阀10a和10b 分别进入并联同步缸9a和9b有杆腔；回油路：缸9a和9b无杆腔 阀5b下位 油箱2。此时，并联同步缸9a和9b同步上升（活塞杆固定）。上升到位后，松开5b手柄，液压泵经多路换向阀5b中位卸载。水平工作台D上升，由多路换向阀5f控制，分流集流阀12b控制并联同步缸9a和9b同步上升。油路状况同水平工作台C类似。
25、水平工作台下降 水平工作台C下降由多路换向阀5b控制，此时多路换向阀5b处于上位。其油路走向为：进油路：泵1 阀4 阀15 阀5b 缸9a和缸9b无杆腔；回油路：缸9a和缸9b有杆腔 分别经阀10a和阀10b 阀12a 阀5b 油箱2。此时缸9a和缸9b同步下降。下降到位后，松开手柄，使液压泵经多路换向阀5b中位卸载。水平工作台D下降，由多路换向阀5f控制，分流集流阀12b控制缸9c和9d同步下降完成。油路状况同水平工作台C类似。水平工作台调平 水平工作台上升和下降过程中，由于同步液压缸的制造误差、油液泄露、等量分流集流阀等误差的影响，使两个同步缸产生误差。为消除同步误差，系统中采用了补油回路
26、，以消除同步缸上升到终点后所产生的同步积累误差。水平工作台C补油调平油路的工作状况是：如果缸9b上升到位，而缸9a还没到位时，将多路换向阀5c处于上位。其补油路走向为：进油路：泵1 阀4 阀15 阀5c 阀13a 阀10a 缸9a有杆腔；回油路：缸9a无杆腔 阀5b（阀5b依然处于下位） 油箱2。缸9a相继上升下位。如果缸a到位，而缸b还没有到位时，将阀5c手柄前推发信补油。此时阀5c处于下位。其补油路走向为：进油路：泵1 阀4 阀15 阀13b 阀10b 缸9b有杆腔；回油路：缸9b无杆腔 阀5b（下位） 油箱2。缸9b相继到位。缸9c和缸9d同步积累误差，由多路换向阀5e发信补油消除。油路
27、状态同缸9a和9b类似。水平工作台下降时产生的同步积累误差也必须在上升到位后补油消除。3.2 平台液压系统特点分析：系统执行元件多，换向操作频繁。为减少换向元件数量，简化油路连接，方便操作，采用多路换向阀，多路换向阀将滑阀、溢流阀、单向阀复合在一起，油路并联，中位卸载。回转平台采用串联同步缸驱动，回油节流调速。水平工作台用等量分流集流阀控制两个并联同步缸实现双向速度同步。采用补油调平保证较高的同步精度。开闭锁液压缸采用并联同步液压实现位置同步。由于开锁同步要求不高，故系统中未采用补油措施。3 方案设计与比较与选择4.1动力源的选择液压系统为导弹发射车提供动力源，该系统运行的可靠性在不同程度上影
28、响着导弹发射车的工作性能，因此，在导弹发射设备中,液压系统是最主要的系统之一,液压系统的状态反映了发射设备的工作状态,因此,无论是在发射设备工作过程中,还是在对其进行故障诊断、状态监测过程中,对液压系统状态参数的检测都显得非常重要。在各种型号的发射设备中,在液压系统的关键点上,都设置有测量压力、流量的仪表,但由于条件限制,这类测量点不可能设得很多,因此,要靠有限的几个点位的参数来分析整个液压系统的状态,是非常困难的。要对正投入使用的发射设备液压系统的状态进行全面分析,必须尽可能多地设置流量、压力、温度等测量点,但增设新的接触式测量仪表,势必改变原系统的状态。因此,对导弹发射架液压系统的改进及实
29、现PLC控制具有非常重要的意义。表4.1 各种动力形式的比较动力形式优点缺点炮式可使导弹获得极大的初速度，对快速捕捉目标与命中目标十分有利导弹及其上仪器，设备经受极大的冲击过载，只适用于设备简单的小型反坦克导弹上液压式快速性好，功率大，功效高设备精密、复杂、故障率高，维修困难，不宜野外作业压缩空气式利用高压气体作为动力源，能将导弹高速弹出设备庞大、笨重、大容量的高压气缸工艺制作困难液压-气压式其优点是液压式与空气压缩式的叠加缺点也是液压式与空气压缩式的叠加燃气式将火药的化学能转化为推动导弹运动的功能，能量大，但体积并不大，设备也不复杂，燃气发生器本质上是个固体火箭发动机，可直接装在发射筒内燃气
30、温度高（一般在1500以上），不仅对本身热设计造成困难，也对弹上的设备及发射设施构成威胁燃气-蒸汽式在燃气式弹射装置的燃气发生器后面加装水冷却器，使燃气气温降低后进入作动筒，因此能量得意充分利用，并且可调，压力变化平稳，内弹道参数较理想装置较燃气式复杂，体积也增大，成本增加电磁式实质上一个特殊的直线电动机，电磁发射是利用电磁能量、无声、无光、五污染，对导轨与设备五侵蚀，弹射后可以获得很大的出轨速度设备庞大、复杂，技术难度大，强大的电磁场会影响到弹上设备的正常工作液压式动力形式相对于其他动力方式发射形式而言，具有快速性好、功率大、功效高的优点，但其在设计使用中，设备精密，复杂，故障率高，维修困难
31、，不宜有野外作业等缺点。由于其操作的复杂性及设备的精密性等，在导弹发射时，对操作人员要求极高，要经过长时间、大量重复训练和相互默契配合才可完成发射前操作，人为因素很大，控制精度低。为了减少、避免液压系统所带来的不利因素，我们需要在原有系统上进行合理的改进；而为了排除人为因素导致的发射问题，需将原有的手工配合操作发射改用PLC控制。随着PLC技术的日臻成熟，它以速度快，性能好，可靠性高的特点在工业控制领域得到了广泛的应用。由PLC为主组成的控制系统代表着当前机电设备电气控制的先进水平，发展迅速，前景广阔。4.2可编程控制器PLC的选择PLC的选型方法 在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一
32、步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
33、4.2.1输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。4.2.2存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模
34、拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 4.2.3控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (一)运算功能 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应
35、用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (三)通信功能 大中型PLC系
36、统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）1台PLC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；2
37、）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3)专用PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。 为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)编程功能 离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，
38、主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。 （五）几种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (五)诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊
39、断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (六)处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小
40、型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。 4.2.4机型的选择 (一)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入
41、模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 (三) 电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内
42、电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。(四)存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (五)冗余功能的选择 1控制单元的冗余 (1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。 (2
43、)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。 2I/O接口单元的冗余 (1)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。 (六)经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、
44、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 4.3三菱PLC特点三菱PLC英文名又称：Mitsubish Power Line Communication，是三菱电机在大连生产的主力产品。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。三菱PLC在中国市场常见的有以下型号： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q）。4.3.1 网络结构特点三菱公司PLC网
45、络继承了传统使用的MELSEC网络，并使其在性能、功能、使用简便等方面更胜一筹。Q系列PLC提供层次清晰的三层网络，针对各种用途提供最合适的网络产品。（1）信息层/Ethernet（以太网） 信息层为网络系统中最高层，主要是在PLC、设备控制器以及生产管理用PC之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据，信息层使用最普遍的Ethernet。它不仅能够连接windows系统的PC、UNIX系统的工作站等，而且还能连接各种FA设备。Q系列PLC系列的Ethernet模块具有了日益普及的因特网电子邮件收发功能，使用户无论在世界的任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监视管理系统
46、。同时，利用因特网的FTP服务器功能及MELSEC专用协议可以很容易的实现程序的上传/下载和信息的传输。（2）控制层/MELSECNET/10（H） 是整个网络系统的中间层，在是PLC、CNC等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络。作为MELSEC控制网络的MELSECNET/10，以它良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念，以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价，被采用的设备台数在日本达到最高，在世界上也是屈指可数的。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10优秀的特点，还使网络的实时性更好，数据容量更大，进一步适应市场的需要。（3）设备层/现场总线CC-Link 设备层是把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为整个网络系统最低层的网络。采用CC-Link现场总线连接，布线数量大大减少，提高了系统可维护性。而且，不只是ON/OFF等开关量的数据，还可连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信，到终端生产信息的管理均可实现，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更简便。
