贵州大学本科毕业论文(设计) 第 20 页
3.2.4 PLC模块的选择
远程I/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远离控制站。
高速计数器模块：当PLC内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选
择使用。
定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位。
通信联网模块：PLC与PLC之间，或PLC与计算机之间的通信与联网。 模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风力、张力等变换成数字量，及
把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。 3.2.5 PLC品牌选择
世界上生产PLC的厂商有数百家，构成美国、欧洲和日本三大技术阵营，其代表机
型有美国罗克韦尔（Rockwell）自动化公司所属的A-B(Allen-Bradley)公司生产的PLC-5系列PLC、GE-Fanuc公司生产的90TM-30系列和90TM-70系列的PLC，德国西门子（Siemens）公司生产的S5系列PLC和S7系列PLC，日本三菱公司生产的FX系列、A系列、Q系列PLC、欧姆龙公司生产的CS系列、C200系列、CPM系列PLC。
三大技术阵营的 PLC在程序表达形式、功能及用法上有很大的差异。熟悉西门子
S5系列PLC的人都知道，他是采用结构化编程的方法，尽管他也设有梯形图、逻辑图等多种其他编程语言，单少许复杂一点的问题就必须采用语句表，通过STEP5语言，调用各种功能来实现。然而美国A-B公司的PLC-5系列可编程控制器则与西门子S5系列PLC相去甚远，A-B的PLC-5根本就没有语句表，他所有的程序都要依靠梯形图编制，因而A-B的梯形图与西门子的梯形图在形式、功能及用法上相差很大。
日本的微型小型PLC产品是非常有特色的，他对梯形图、语句表并重，而且配置了
包括功能指令在内的功能很强的指令系统。用户常常会发现，同一个应用问题，选用日本的小型PLC产品就能解决，而用欧美产品常要选用中型乃至大型PLC才行。这主要是欧美小型PLC产品指令系统太弱所制。
日本的PLC技术是由美国引进的，因此日本的产品对美国的产品有一定的继承性。
单日本把自己主推产品定位在小型PLC上，因面临的主要市场在亚洲，因此他对美国的PLC技术既有继承，更多的是发展。在小型PLC方面，他已是青出于蓝而胜于蓝，日本产品在世界小型PLC市场上占70%的份额。
据不完全统计，我国每年引进的PLC产品价值，其中美国产品约占36.3%，欧洲产
贵州大学本科毕业论文(设计) 第 21 页
品约占45.5%，日本产品约占18.2%。欧美产品以大中型PLC为主基本上是德国西门子公司与美国A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本产品。
在国内，日本三菱公司生产的FX系列小型PLC以其良好的性能得到了广泛的应用，
同时各大高校、职业技术学校，也为其提供了专业技术人才的支持。
简单机械手运动小型PLC足以满足需求，选用日本三菱公司FX系列作为本文中搬
移机械手的核心控制系统，可以减少企业对操作人员培训，降低使用成本，减少消费者对产品使用的顾虑。 3.2.6 PLC系列选择
PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最
方便以及性能价格比的最优化机型。三菱FX系列PLC包括FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC。各型号的 PLC在性能上都有所区别。
1） FX1S系列PLC
将优良的特点融合进一个很小的控制器中。FX1S适用于最小的封装，它是希望低
成本的用户在有限的I/0范围内寻求功能强大的控制的首选目标。FX1S提供多达30个I/O，并且能通过串行通信传输数据，所以它能用在常用的紧凑型PLC不能应用的地方。
FX1S体积虽小，但功能强大：
? 主机点数10/14/20/30，分为晶体管输出/继电器输出，交流电源/直流电源。 ? 结构紧凑、性价比高。显示模块和扩展板使系统升级变得容易。
? 高速运算。基本指令是0.55μs/指令~0.7μs/指令；应用指令是3.7μs/指令至几百μs/指令。
? 2000步存储容量，是以前的FX0S的2.5倍 。
? 丰富的器件资源。辅助继电器512点、定时继电器64点、计数器32点、数据寄存器256点。
? 具有实时时钟功能。使用标准型号的 实时时钟满足对时间的应用要求。 ? 联网能力。串行扩展板通过RS-232、RS-422使联网更容易。
? 电源适用范围很宽。世界任何地方的标准电压都适合，也可以使用直流电源。 ? 基于Windows软件。 ? 模拟电位器。 ? 密码保护。
贵州大学本科毕业论文(设计) 第 22 页
? 远程维护。
? 脉冲输出和定位功能。一个PLC单元中每相能同时输出2点100KHz脉冲，PLC配备7条特殊定位指令，包括零返回、绝对位置读出、绝对或相对地址表达方式以及特殊脉冲输出控制。 2） FX1N系列PLC
增加了特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信
和特殊功能模块和能源控制等重要的应用方面非常完美。是一种普遍选择方案。
与FX1S相比较，在以下方面得到了很好的提升： ? 更多的控制点数14点~128点。 ? EEPROM寄存器更大，达8000步。
? 更为丰富的器件资源。辅助继电器1536点、定时器256点、计数器235点、数据寄存器8000点。
? 增加过程控制。在系统要求精确控制时适用PID指令。 3） FX2N系列PLC
作为FX系列最高级的模块，他拥有无以匹敌的速度、高级功能、逻辑组件以及定
位控制等特点。
与前者PLC相比较，在以下方面得到了很好的提升： ? 更多的控制点数。16点~256点。
? 灵活的配置。具有满足特殊要求的大量特殊模块，6个基本FX2N单元中的每一个单元可扩充到256点的I/O。
? 更高速运算。基本指令0.08μs/指令；应用指令是1.52μs/指令至几百μs/指令。 ? 寄存器容量扩展。
? 更为丰富的器件资源。辅助继电器3072点、定时器256点、计数器235点、数据寄存器8000点。
? 特殊功能模块。主单元可配置8个特殊功能模块。
? 数学指令集。使用32位处理器、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能。 4） 位置控制模块扩展
位置控制是对工位的控制，可由位置控制模块实现.PLC系统可作为整个位置控制系
统中的一个控制环节，配上伺服放大器或驱动放大器，就可以将位置控制功能和逻辑控
贵州大学本科毕业论文(设计) 第 23 页
制、顺序控制等一揽子解决。
利用PLC模块实现位置控制的优点：
? 在实现位置控制的时候，可充分利用PLC系统的硬件和软件资源。更便于在柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）或工厂自动化（FA）系统中大量应用位置控制。
? 用户可根据自身要求灵活配置系统，既降低成本，又能因地制宜。 ? 可靠性高，维护方便。
FX-1PG脉冲输出模块是一种根据FROM/TO指令进行与FX2、FX2C系列PLC数
据交换的特殊功能模块。用一台FX-1PG独立进行一轴定位控制，而一台PLC则最多可连8台FX-1PG。
5） PLC系列选择
FX1N系列以其信价比独占鳌头。但程序结构较为复杂。
就功能而言，FX2N系列是不错之选，选配3个FX2N-1PG-E脉冲输出模块给步进
电机驱动设备提供稳定信号，同时模块程序简化了PLC程序的结构。但其制造总价较高，就核心控制系统PLC及其模块而言，其成本将是FX1N系列的4倍以上。由于本文中机械手不必联动，分时复用即可，适用范围内不必选用FX2N-1PG-E脉冲输出模块，其功能通过软件实现。 3.2.7 输出方式
PLC包括继电器输出和晶体管输出两种输出方式。其适输出区别如下： 2） 负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。 电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。
电压：晶体管可接直流24V（继电器可以接直流24V或交流220V）。 3） 负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西
来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。
4） 晶体管过载能力小于继电器过载的能力
一般来说，存在冲击电流较大的情况时，晶体管过载能力较小，需要降额更多。 5） 晶体管响应速度快于继电器
贵州大学本科毕业论文(设计) 第 24 页
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的
触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms），主要控制开关量。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应
时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出。
6） 额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制。
继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数
限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。
本文中使用步进电机作为动力源，故采用晶体管输出，直流D24V电源。
3.2.8 I/O点数
I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。
确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和种
类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加 10％～15％的余量。如表3.1所示。
表3.1 I/O点数估算统计
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 电气设备、元件 步进电机驱动器 脉冲信号源 行程开关 指示灯 报警嗡鸣器 按钮 电磁继电器 5位旋钮 输入点数 输入点数 0 0 1 0 0 1 0 5 输出点数 2 1 0 1 1 0 1 0 22 20 44 使用数量 3 1 6 11 1 12 1 1 合计 输出点数 总点数 3.2.9 I/O口分配原则
1） 特殊、特定I/O点优先分配。如高速脉冲输出口Y000或Y001；方便指令中初