序，如果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动作[6]。 2.1.3 可编程控制器的分类及特点

根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。 还可以按IO点数分类，根据PLC的IO点数的多少，可将PLC分为小型、中型、大型和超大型四类:

? IO点数在256以下为小型PLC； ? IO点数在256～1024为中型PLC； ? IO点数大于1024为大型PLC； ? IO点数在4000以上为超大型PLC

可编程控制器有可靠性高、编程简单易学、功能强、安装简单、维修

方便、采用模块化结构、接口模块丰富、系统设计与调试周期短等特点[7]。

2.2 人机界面基础

随着社会的进步，工业自动化技术迅猛发展，控制系统功能越来越强大，控制过程也变得越来越复杂，系统操作最大透明化已经成为一种需要。人机界面（HMI Human Machine Interface）以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的应用。 2.2.1 人机界面的定义

人机界面是指连接可编程控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠

标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。

2.2.2 人机界面产品的组成及工作原理

人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如组态王等）。用户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。 2.2.3 人机界面产品的特点 (1) 系统运行过程清晰化

控制过程可以动态地显示在HMI设备上。例如：炉子加热通断可以通过指示灯亮灭来显示，炉子的温度大小可以用棒图来指示等等，使整个控制系统变得形象易懂，也更加清晰。 (2) 系统操作简单化

操作员可以通过监控界面来控制过程。可从监控界面上启动和停止系统、设定温度上下限、设置PID参数等。 (3) 显示报警

控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警，例如，当炉子温度超出温度上下限时自动触发报警。 (4) 数据归档

HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。例如：通过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运行情况，过程变量等。 (5) 报表系统

HMI系统可以输出报警和过程值报表。例如，您可以在生产某一轮班结束时打印输出生产数据[8]。

第三章 PLC控制系统硬件设计

在掌握了PLC的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以PLC作为主要控制器来构造PLC控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。

3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤

弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图3-1所示的步骤。 3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。

1. 设计原则

(1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。

(2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。 (3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。

(4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在IO接口、通信能力等方面留有余地。 2. 评估控制任务

根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。 (1) 控制规模

一个控制系统的控制规模可用该系统的IO设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的IO设备较多时，最适合采用PLC控制。 (2) 工艺复杂程度

当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性.

(3) 可靠性要求

目前,当IO点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。 (4) 数据处理速度

若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜[9]。

图3-1 PLC控制系统设计步骤

3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤

PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行。 1. 熟悉被控对象

深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认