PLC选型简介

　　工控摘要：在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是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，zui后选择有较高性能价格比的PLC
　　
　　和设计相应的控制系统。
　　
　　一、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。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，
　　
　　对输入输出点数进行圆整。
　　
　　二、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，
　　
　　由于用户应用程序还未编制，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10～15倍，加上模拟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。
　　
　　三、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（RS232/422A/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）PC为主站，多台同型号PLC为从站，
　　
　　组成简易PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；
　　
　　3）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）PLC网络（各
　　
　　厂商的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，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
　　
　　续时间小于扫描时间，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0.2～0.4Ls，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。
　　
　　四、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）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。
　　
　　2．I/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，zui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、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。