PLC可編程邏輯器件選擇方法

   隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國等國引進的PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列、上百種型號。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。

1 機型的選擇

         PLC機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。

在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較�。┑膱龊希�建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。

對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。

         而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)ＰＩＤ運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。根據(jù)不同的應(yīng)用對象，表１列出了PLC的幾種功能選擇。

表1 PLC的功能及應(yīng)用場合

      對于一個大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機型統(tǒng)一。這樣，同一機型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。

2 輸入/輸出的選擇

       PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。

       通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制信息對被控對象進行控制。同時通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距離，為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實際需要，一般情況下，PLC都有許多I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時應(yīng)根據(jù)它們的特點進行選擇。

2.1 確定I/O點數(shù)

        根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的I/O點數(shù)時，應(yīng)再增加10%～20%的備用量，以便隨時增加控制功能。對于一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點數(shù)也應(yīng)有所不同。

表2列出了典型傳動設(shè)備及常用電氣元件所需的開關(guān)量的I/O點數(shù)。

表2 典型傳動設(shè)備及常用電氣元件所需的開關(guān)量的I/O點數(shù)

2.2 開關(guān)量輸入／輸出

      通過標(biāo)準(zhǔn)的輸入／輸出接口可從傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控制（開／關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報警器、電動機起動器等）接收信號。典型的交流輸入／輸出信號為24～240V，直流輸入／輸出信號為5～240V。

      盡管輸入電路因制造廠家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除錯誤信號的抖動電路；免于較大瞬態(tài)過電壓的浪涌保護電路等。此外，大多數(shù)輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設(shè)有可選的隔離電路。

      在評估離散輸出時，應(yīng)考慮熔絲、瞬時浪涌保護和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開始時花費較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。

2.3 模擬量輸入／輸出

       模擬量輸入／輸出接口一般用來感知傳感器產(chǎn)生的信號。這些接口可用于測量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。這些接口的典型量程為－10～＋10V、0～＋10V、4～20mA或10～50mA。

      一些制造廠家在PLC上設(shè)計有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號，如RTD、熱電偶等。一般來說，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不同類型的熱電偶或RTD混合信號。

2.4 特殊功能輸人／輸出

      在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實現(xiàn)的I/O限定�J如定位、快速輸入、頻率等�K。此時用戶應(yīng)當(dāng)考慮供銷廠商是否提供有特殊的有助于最大限度減小控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使CPU從耗時的任務(wù)處理中解脫出來。

2.5 智能式輸入／輸出

        當(dāng)前，PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入／輸出模塊。一般智能式輸入／輸出模塊本身帶有處理器，可對輸入或輸出信號作預(yù)先規(guī)定的處理，并將處理結(jié)果送入CPU或直接輸出，這樣可提高PLC的處理速度并節(jié)省存儲器的容量。

        智能式輸入／輸出模塊有高速計數(shù)器（可作加法計數(shù)或減法計數(shù)）、凸輪模擬器（用作絕對編碼輸人）、帶速度補償?shù)耐馆喣�擬器、單回路或多回路的PID調(diào)節(jié)器、ASCII／BASIC處理器、RS—232C／422接口模塊等。表3歸納了選擇I/O模塊的一般規(guī)則。

表3 選擇 PLC 的 I/O 接口模塊的一般規(guī)則

3 PLC存儲器類型及容量選擇

PLC系統(tǒng)所用的存儲器基本上由PROM、E-PROM及PAM三種類型組成，存儲容量則隨機器的大小變化，一般小型機的最大存儲能力低于6kB，中型機的最大存儲能力可達(dá)64kB，大型機的最大存儲能力可上兆字節(jié)。使用時可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機型，必要時也可專門進行存儲器的擴充設(shè)計。

PLC的存儲器容量選擇和計算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點數(shù)精確計算存儲器的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照表4的公式來估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%～30%的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶便可確定準(zhǔn)確的存儲容量。表４同時給出了存儲器容量的估算方法。

表4 控制目的估算存儲器容量的方法

4 軟件選擇

        在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，PLC的編程問題是非常重要的。用戶應(yīng)當(dāng)對所選擇PLC產(chǎn)品的軟件功能有所了解。通常情況下，一個系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，有些應(yīng)用系統(tǒng)也需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一個應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度。可用的指令集將直接影響實現(xiàn)控制程序所需的時間和程序執(zhí)行的時間。

5 支撐技術(shù)條件的考慮

        選用PLC時，有無支撐技術(shù)條件同樣是重要的選擇依據(jù)。支撐技術(shù)條件包括下列內(nèi)容：

(1) 編程手段

       便攜式簡易編程器主要用于小型PLC，其控制規(guī)模小，程序簡單，可用簡易編程器； CRT編程器適用于大中型PLC，除可用于編制和輸入程序外，還可編輯和打印程序文本； 由于IBM-PC已得到普及推廣，IBM-PC及其兼容機編程軟件包是PLC很好的編程工具。目前，PLC廠商都在致力于開發(fā)適用自己機型的IBM-PC及其兼容機編程軟件包，并獲得了成功。

(2) 進行程序文本處理

        簡單程序文本處理以及圖、參量狀態(tài)和位置的處理，包括打印梯形邏輯； 程序標(biāo)注，包括觸點和線圈的賦值名、網(wǎng)絡(luò)注釋等，這對用戶或軟件工程師閱讀和調(diào)試程序非常有用； 圖形和文本的處理。

(3) 程序儲存方式

        對于技術(shù)資料檔案和備用資料來說，程序的儲存方法有磁帶、軟磁盤或EEPROM存儲程序盒等方式，具體選用哪種儲存方式，取決于所選機型的技術(shù)條件。

(4) 通信軟件包

      對于網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)或需用上位計算機管理的控制系統(tǒng)，有無通信軟件包是選用PLC的主要依據(jù)。通信軟件包往往和通信硬件一起使用，如調(diào)制解調(diào)器等。

6 PLC的環(huán)境適應(yīng)性

       由于PLC通常直接用于工業(yè)控制，生產(chǎn)廠都把它設(shè)計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設(shè)計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要給予充分的考慮。

     一般PLC及其外部電路（包括I/O模塊、輔助電源等）都能在表５所列的環(huán)境條件下可靠工作。

表5 PLC的工作環(huán)境

7 結(jié)束語

隨著科技的不斷進步，PLC的種類日益繁多，功能也逐漸增強。文章中盡管歸納了一些選用PLC的方法，但在實際工作中還一定要依據(jù)實際情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便設(shè)計出滿足期望的控制系統(tǒng)。