系統設計的水平將直接影響控制系統的性能、設備的可靠性。這其中PLC的選型至關(guān)重要,如何根據不同的控制要求選擇合適的PLC,設計出運行平穩、動(dòng)作可靠、安全實(shí)用、調試方便、易于維護的控制系統呢?
在PLC系統設計時(shí),首先應確定系統方案,下一步工作就是PLC的設計選型。選擇PLC,主要是確定PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)家和PLC的具體型號。對于系統方案要求有分布式系統、遠程I/O系統,還需要考慮網(wǎng)絡(luò )化通訊的要求。
那么具體應該如何選擇PLC?應該有以下幾方面的內容。
1. PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家的選擇
確定PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)家,主要應該考慮設備用戶(hù)的要求、設計者對于不同廠(chǎng)家PLC的熟悉程度和設計習慣、配套產(chǎn)品的一致性以及技術(shù)服務(wù)等方面的因素。從PLC本身的可靠性考慮,原則上只要是國外大公司的產(chǎn)品,不應該存在可靠性不好的問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō),對于控制獨立設備或較簡(jiǎn)單的控制系統的場(chǎng)合,配套日本的PLC產(chǎn)品,相對來(lái)說(shuō)性?xún)r(jià)比有一定優(yōu)勢。對于系統規模較大網(wǎng)絡(luò )通訊功能要求高、開(kāi)放性的分布式控制系統、遠程I/O系統,歐美生產(chǎn)的PLC在網(wǎng)絡(luò )通訊功能上更有優(yōu)勢。
另外對于一些特殊的行業(yè)(例如:冶金、煙草等)應選擇在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績(jì)、成熟可靠的PLC系統。
2. 輸入輸出(I/0)點(diǎn)數的估算
PLC的輸入/輸出點(diǎn)數是PLC的基本參數之一。I/O點(diǎn)數的確定應以控制設備所需的所有輸入/輸出點(diǎn)數的總和為依據。
在一般情況下,PLC的I/O點(diǎn)應該有適當的余量。通常根據統計的輸入輸出點(diǎn)數,再增加10%~20%的可擴展余量后,作為輸入輸出點(diǎn)數估算數據。實(shí)際訂貨時(shí),還需根據制造廠(chǎng)商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn),對輸入輸出點(diǎn)數進(jìn)行調整。
3. PLC存儲器容量的估算
存儲器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小,各種PLC的存儲器容量大小可以從該PLC的基本參數表中找到,例如:西門(mén)子的S7-314 PLC的用戶(hù)程序存儲容量為64KB,S7-315-2DP PLC的用戶(hù)程序存儲容量為128KB。
程序容量是存儲器中用戶(hù)程序所使用的存儲單元的大小,因此存儲器容量應大于程序容量。設計階段,由于用戶(hù)應用程序還未編制,因此,需要對程序容量進(jìn)行估算。
如何估算程序容量呢?許多文獻資料中給出了不同公式,大體上都是按數字量I/O點(diǎn)數的10~15倍,加上模擬I/O點(diǎn)數的100倍,以此數為內存的總字數(16位為一個(gè)字),另外再按此數的25%考慮余量。
4. PLC通訊功能的選擇
現在PLC的通訊功能越來(lái)越強大,很多PLC都支持多種通訊協(xié)議(有些需要配備相應的通訊模塊),選擇時(shí)要根據實(shí)際需要選擇合適的通訊方式。
PLC系統的通信網(wǎng)絡(luò )主要形式有下列幾種形式:
PC為主站,多臺同型號PLC為從站,組成簡(jiǎn)易PLC網(wǎng)絡(luò );
1臺PLC為主站,其他同型號PLC為從站,構成主從式PLC網(wǎng)絡(luò );
PLC網(wǎng)絡(luò )通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò )接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng);
專(zhuān)用PLC網(wǎng)絡(luò )(各廠(chǎng)商的專(zhuān)用PLC通信網(wǎng)絡(luò ))。
為減輕CPU通信任務(wù),根據網(wǎng)絡(luò )組成的實(shí)際需要,應選擇具有不同通信功能的(如點(diǎn)對點(diǎn)、現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等)通信處理器。
5. PLC機型的選擇
PLC的類(lèi)型:PLC按結構分為整體型和模塊型兩類(lèi):
整體型PLC的I/0點(diǎn)數較少且相對固定,因此用戶(hù)選擇的余地較小,通常用于小型控制系統。這一類(lèi)PLC的代表有:西門(mén)子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、歐姆龍公司的CPM1A系列等。
模塊型PLC提供多種I/O模塊可以在PLC基板上插接,方便用戶(hù)根據需要合理地選擇和配置控制系統的I/O點(diǎn)數。因此,模塊型PLC的配置比較靈活,一般用于大中型控制系統。例如西門(mén)子公司的S7-300系列和S7-400系列等。
6. I/O模塊的選擇
數字量輸入輸出模塊的選擇:
數字量輸入輸出模塊的選擇應考慮應用要求。例如對輸入模塊,應考慮輸入信號的電平、傳輸距離等應用要求。輸出模塊也有很多的種類(lèi),例如繼電器觸點(diǎn)輸出型、AC120V/23V雙向晶閘管輸出型、DC24V晶體管驅動(dòng)型、DC48V晶體管驅動(dòng)型等。
通常繼電器輸出輸出型模塊具有價(jià)格低廉、使用電壓范圍廣等優(yōu)點(diǎn),但是使用壽命較短、響應時(shí)間較長(cháng)、在用于感性負載時(shí)需要增加浪涌吸收電路;雙向晶閘管輸出型模塊響應時(shí)間較快適用于開(kāi)關(guān)頻繁,電感性低功率因數負荷場(chǎng)合,但價(jià)格較貴,過(guò)載能力較差。
另外,輸入輸出模塊按照輸入輸出點(diǎn)數又可以分為:8點(diǎn)、16點(diǎn)、32點(diǎn)等規格,選擇時(shí)也要根據實(shí)際的需要合理配備。
模擬量輸入輸出模塊的選擇:
模擬量輸入模塊,按照模擬量的輸入信號類(lèi)型可以分為:電流輸入型、電壓輸入型、熱電偶輸入型等。電流輸入型通常的信號等級為4~20mA或0~20mA;電壓型輸入模塊通常信號等級為0~10V、-5V~+5V等。有些模擬量輸入模塊可以兼容電壓或電流輸入信號。
模擬量輸出模塊同樣分電壓型輸出模塊和電流型輸出模塊,電流輸出的信號通常有0~20mA、4~20mA。電壓型輸出信號通常有0~10V、-10V~+10V等。
模擬量輸入輸出模塊,按照輸入輸出通道數可以分為2通道、4通道、8通道等規格。
7. 功能模塊
功能模塊包括:通訊模塊、定位模塊、脈沖輸出模塊、高速計數模塊、PID控制模塊、溫度控制模塊等。
選擇PLC時(shí)應考率到功能模塊配套的可能性,選擇功能模塊涉及硬件與軟件兩個(gè)方面:
在硬件方面,首先應考慮功能模塊可以方便的和PLC相連接,PLC應該有相關(guān)的連接、安裝位置與接口、連接電纜等附件。
在軟件上,PLC應具有對應的控制功能,可以方便的對功能模塊進(jìn)行編程。
8. 一般原則
在PLC型號和規格大體確定后,可以根據控制要求逐一確定PLC各組成部分的基本規格與參數,并選擇各組成模塊的型號。選擇模塊型號時(shí),應遵循以下原則。
方便性
一般說(shuō)來(lái),作為PLC,可以滿(mǎn)足控制要求的模塊往往有很多種,選擇時(shí)應以簡(jiǎn)化線(xiàn)路設計、方便使用、盡可能減少外部控制器件為原則。
例如:對于輸入模塊,應優(yōu)先選擇可以與外部檢測元件直接連接的輸入形式,避免使用接口電路。對于輸出模塊,應優(yōu)先選擇能夠直接驅動(dòng)負載的輸出模塊,盡量減少中間繼電器等元件。
通用性
進(jìn)行選型時(shí),要考慮到PLC各組成模塊的統一與通用,避免模塊種類(lèi)過(guò)多。這樣不僅有利于采購,減少備品備件,同時(shí)還可以增加系統各組成部件的互換性,為設計、調試和維修提供方便。
兼容性
選擇PLC系統各組成模塊時(shí),應充分的考慮到兼容性。為避免出現兼容性不好的問(wèn)題,組成PLC系統的各主要部件的生產(chǎn)廠(chǎng)家不宜過(guò)多。如果可能的話(huà),盡量選擇同一個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品。