[轉載] PLC的選型方法

在PLC系統設計時,首先應確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的,按照易於與工業控制系統形成一個整體,易於擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統,PLC的 系統硬體、軟體配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程式控制器、功能表圖及有關的編程語言有利於縮短編程時間,因此,工程設計選型和估算 時,應詳細分析工藝過程的特點、控制要求,明確控制任務和範圍確定所需的操作和動作,然後根據控制要求,估算輸入輸出點數、所需記憶體容量、確定PLC的功能、外部設備特性等,最後選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。

一、輸入輸出(I/O)點數的估算

I/O點數估算時應考慮適當的餘量,通常根據統計的輸入輸出點數,再增加10%~20%的可擴展余量後,作為輸入輸出點數估算資料。實際訂貨時,還需根據製造廠商PLC的產品特點,對輸入輸出點數進行圓整。

 

二、記憶體容量的估算

記憶體容量是可編程式控制器本身能提供的硬體存儲單元大小,程式容量是記憶體中用戶應用專案使用的存儲單元的大小,因此程式容量小於記憶體容量。設計階 段,由於用戶應用程式還未編制,因此,程式容量在設計階段是未知的,需在程式調試之後才知道。為了設計選型時能對程式容量有一定估算,通常採用記憶體容量 的估算來替代。

記憶體記憶體容量的估算沒有固定的公式,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點數的10~15倍,加上模擬I/O點數的100倍,以此數為記憶體的總字數(16位為一個字),另外再按此數的25%考慮餘量。

 

三、控制功能的選擇

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

(一)運算功能

簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能;普通PLC的運算功能還包括資料移位元、比較等運算功能;較複雜運算功能有代數運算、資料傳送等;大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現,目前在PLC中 都已具有通信功能,有些產品具有與下位機的通信,有些產品具有與同位元機或上位機的通信,有些產品還具有與工廠或企業網進行資料通信的功能。設計選型時應從 實際應用的要求出發,合理選用所需的運算功能。大多數應用場合,只需要邏輯運算和計時計數功能,有些應用需要資料傳送和比較,當用於模擬量檢測和控制時, 才使用代數運算,數值轉換和PID運算等。要顯示資料時需要解碼和編碼等運算。

 

(二)控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等,應根據控制要求確定。PLC主要用於順序邏輯控制,因此,大多數場合常採用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制,有時也採用專用的智慧輸入輸出單元完成所需的控制功能,提高PLC的處理速度和節省記憶體容量。例如採用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的類比單元、ASC碼轉換單元等。

 

(三)通信功能大中型PLC系統應支援多種現場匯流排和標準通信協定(如TCP/IP),需要時應能與工廠管理網(TCP/IP)相連接。通信協定應符合ISO/IEEE通信標準,應是開放的通信網路。

PLC系統的通信介面應包括串列和並行通信介面(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工業乙太網、常用DCS介面等;大中型PLC通信匯流排(含周邊設備和電纜)應1:1冗餘配置,通信匯流排應符合國際標準,通信距離應滿足裝置實際要求。

PLC系統的通信網路中,上級的網路通信速率應大於1Mbps,通信負荷不大於60%。PLC系統的通信網路主要形式有下列幾種形式:1)PC為主站,多台同型號PLC為從站,組成簡易PLC網路;2)1台PLC為主站,其他同型號PLC為從站,構成主從式PLC網路;3)PLC網路通過特定網路介面連接到大型DCS中作為DCS的子網;4)專用PLC網路(各廠商的專用PLC通信網路)。

為減輕CPU通信任務,根據網路組成的實際需要,應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現場匯流排、工業乙太網)通信處理器。

 

(四)編程功能

離線編程方式:PLC和編程器公用一個CPU,編程器在編程模式時,CPU只為編程器提供服務,不對現場設備進行控制。完成編程後,編程器切換到運行模式,CPU對現場設備進行控制,不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本,但使用和調試不方便。線上編程方式:CPU和編程器有各自的CPU,主機CPU負責現場控制,並在一個掃描週期內與編程器進行資料交換,編程器把線上編制的程式或資料發送到主機,下一掃描週期,主機就根據新收到的程式運行。這種方式成本較高,但系統調試和操作方便,在大中型PLC中常採用。

五種標準化編程語言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模組圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結構文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準(IEC6113123),同時,還應支援多種語言編程形式,如C,Basic等,以滿足特殊控制場合的控制要求。

 

(五)診斷功能

PLC的診斷功能包括硬體和軟體的診斷。硬體診斷通過硬體的邏輯判斷確定硬體的故障位置,軟體診斷分內診斷和外診斷。通過軟體對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷,通過軟體對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件資訊交換功能進行診斷是外診斷。

PLC的診斷功能的強弱,直接影響對操作和維護人員技術能力的要求,並影響平均維修時間。

 

(六)處理速度

PLC採用掃描方式工作。從即時性要求來看,處理速度應越快越好,如果信號持續時間小於掃描時間,則PLC將掃描不到該信號,造成信號資料的丟失。

處理速度與用戶程式的長度、CPU處理速度、軟體品質等有關。目前,PLC接點的回應快、速度高,每條二進位指令執行時間約0.2~0.4Ls,因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描週期(處理器掃描週期)應滿足:小型PLC的掃描時間不大於0.5ms/K;大中型PLC的掃描時間不大於0.2ms/K。

 

四、機型的選擇

(一)PLC的類型

PLC按結構分為整體型和模組型兩類,按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發,通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。

整體型PLC的I/O點數固定,因此用戶選擇的餘地較小,用於小型控制系統;模組型PLC提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數,功能擴展方便靈活,一般用於大中型控制系統。

 

(二)輸入輸出模組的選擇

輸入輸出模組的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模組,應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模組,應考慮選用 的輸出模組類型,通常繼電器輸出模組具有價格低、使用電壓範圍廣、壽命短、響應時間較長等特點;可控矽輸出模組適用於開關頻繁,電感性低功率因數負荷場 合,但價格較貴,超載能力較差。輸出模組還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等,與應用要求應一致。

可根據應用要求,合理選用智慧型輸入輸出模組,以便提高控制水準和降低應用成本。

考慮是否需要擴展機架或遠端I/O機架等。

 

(三)電源的選擇

PLC的供電電源,除了引進設備時同時引進PLC應根據產品說明書要求設計和選用外,一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源,與國內電網電壓一致。重要的應用場合,應採用不間斷電源或穩壓電源供電。

如果PLC本身帶有可使用電源時,應核對提供的電流是否滿足應用要求,否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC,對輸入和輸出信號的隔離是必要的,有時也可採用簡單的二極體或熔絲管隔離。

 

(四)記憶體的選擇

由於電腦集成晶片技術的發展,記憶體的價格已下降,因此,為保證應用專案的正常投運,一般要求PLC的記憶體容量,按256個I/O點至少選8K記憶體選擇。需要複雜控制功能時,應選擇容量更大,檔次更高的記憶體。

 

(五)冗餘功能的選擇
 
    1.控制單元的冗餘
 
    (1)重要的過程單元:CPU(包括記憶體)及電源均應1B1冗餘。
 
    (2)在需要時也可選用PLC硬體與熱備軟體構成的熱備冗餘系統、2重化或3重化冗余容錯系統等。
 
    2.I/O介面單元的冗餘
 
    (1)控制回路的多點I/O卡應冗餘配置。
 
    (2)重要檢測點的多點I/O卡可冗餘配置。3)根據需要對重要的I/O信號,可選用2重化或3重化的I/O介面單元。
 
    (六)經濟性的考慮
 
    選擇PLC時,應考慮性能價格比。考慮經濟性時,應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素,進行比較和兼顧,最終選出較滿意的產品。
 
    輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數增加到某一數值後,相應的記憶體容量、機架、母板等也要相應增加,因此,點數的增加對CPU選用、記憶體容量、控制功能範圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮,使整個控制系統有較合理的性能價格比。