淺談控制系統(tǒng)中PLC的合理選擇
產(chǎn)品的種類(lèi)越來(lái)越多，其結(jié)構(gòu)型號(hào)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC，對(duì)于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有著重要作用。
一、機(jī)型的選擇
我國(guó)市場(chǎng)上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品：
1．施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品；
2．羅克韋爾公司（包括AB公司）PLC產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品；3．西門(mén)子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品；
4．GE公司的產(chǎn)品；
5．日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品，其中使用較多的是三菱公司F1、F2、FX2等系列產(chǎn)品。
PLC 機(jī)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(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好的場(chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC；對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)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(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)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(lái)選用中檔或高檔機(jī)（其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等）。根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)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(chǎng)合應(yīng)該注意的是，同一企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理；同時(shí)，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(kāi)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(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè) DCS系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。
二、I/O的選擇
PLC在20世紀(jì)90年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型多種PLC。按I/O點(diǎn)數(shù)分，可分為微型PLC（32I/O）、小型PLC（256I/O）、中型PLC（1024I/O）、大型PLC（4.69I/O）、巨型PLC（8195I/O）五種。
PLC與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC有許多I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其他一些特殊模塊，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。
（一）確定I/O點(diǎn)數(shù)
根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)再增加 10%～20%的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能。對(duì)于一個(gè)控制對(duì)象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。表2列出了典型傳動(dòng)設(shè)備及常用電氣元件所需的開(kāi)關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù)。表2 典型傳動(dòng)設(shè)備及常用電氣元件所需的開(kāi)關(guān)量的I/O點(diǎn)數(shù)
（二）開(kāi)關(guān)量I/O
開(kāi)關(guān)量 I/O接口可從傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）接收信號(hào)。典型的交流輸入/輸出信號(hào)為 24～240V，直流輸入/輸出信號(hào)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(cuò)誤信號(hào)的抖動(dòng)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(píng)估離散輸出時(shí)，應(yīng)考慮熔絲、瞬時(shí)浪涌保護(hù)和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開(kāi)始時(shí)花費(fèi)較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。
（三）模擬量I/O
模擬量輸入/輸出接口一般用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。這些接口可用于測(cè)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～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造廠家在PLC上設(shè)計(jì)有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號(hào)，如RTD、熱電偶等。一般來(lái)說(shuō)，這類(lèi)接口模塊可用于接收同一模塊上不同類(lèi)型的熱電偶或RTD混合信號(hào)。
（四）特殊功能I/O
在選擇一臺(tái)PLC時(shí)，用戶(hù)可能會(huì)面臨一些特殊類(lèi)型且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實(shí)現(xiàn)的I/O限定（如定位、快速輸入、頻率等）。此時(shí)用戶(hù)應(yīng)當(dāng)考慮供銷(xiāo)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(chǎng)數(shù)據(jù)，從而使CPU從繁重的任務(wù)處理中解脫出來(lái)。
（五）智能式I/O
當(dāng)前，PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的I/O模塊。一般智能式I/O模塊本身帶有處理器，可對(duì)輸入或輸出信號(hào)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(chǔ)器的容量。綜上，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
三、存儲(chǔ)器類(lèi)型及容量選擇
PLC 系統(tǒng)所用的存儲(chǔ)器基本上由PROM、EPROM及RAM三種類(lèi)型組成，存儲(chǔ)容量則隨機(jī)器的大小變化，一般小型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力低于6kB，中型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可達(dá)64kB，大型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可上兆字節(jié)。使用時(shí)可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要來(lái)選用合適的機(jī)型，必要時(shí)也可專(zhuān)門(mén)進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)。
PLC 的存儲(chǔ)器容量選擇和計(jì)算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲(chǔ)器的實(shí)際使用容量。第二種為估算法，用戶(hù)可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照表4的公式來(lái)估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%～30%的裕量，獲取存儲(chǔ)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(hù)便可確定準(zhǔn)確的存儲(chǔ)容量。表4同時(shí)給出了存儲(chǔ)器容量的估算方法。表4 控制目的估算存儲(chǔ)器容量的方法
四、編程器和外部設(shè)備的選擇
在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，PLC的編程問(wèn)題是非常重要的。用戶(hù)應(yīng)當(dāng)對(duì)所選擇PLC產(chǎn)品的軟件功能及編程器有所了解。通常情況下，小型控制系統(tǒng)一般選用價(jià)格便宜的簡(jiǎn)易編程器，如果系統(tǒng)較大或多臺(tái)PLC共用，可以選用功能強(qiáng)、編程方便的圖形編程器。如果有個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以選用能在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的編程軟件包。同時(shí)，為了防止因干擾、鋰電池電壓下降等原因破壞RAM中的用戶(hù)程序，可以選用EEP-ROM模塊作為外部設(shè)備。
五、實(shí)例
（一）利用三菱PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷機(jī)的精確控制
印刷機(jī)的一套電氣設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了使產(chǎn)品性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，采用以PLC為主控器的控制方案。印刷機(jī)要求易于操作，精度高，輸入、輸出點(diǎn)較多，因此采用雙機(jī)通訊。上位機(jī)采用三菱高性能的FX2N-80MR、FX2N-80MR自帶I/O接口，可以接40點(diǎn)輸入，40點(diǎn)輸出，主要負(fù)責(zé)主傳動(dòng)的控制，各機(jī)組離合器的控制，以及氣泵，氣閥的控制等。下位機(jī)采用三菱FX2N-64MR、FX2N-64MR可以接32點(diǎn)輸入，32點(diǎn)輸出，主要負(fù)責(zé)水輥電機(jī)的控制，主傳動(dòng)的調(diào)速輸出，調(diào)版電機(jī)數(shù)據(jù)采集等。上位機(jī)與下位機(jī)采用RS485, 通訊，通訊方便，可靠。同時(shí)選用了一臺(tái)三菱5.7寸觸摸屏，主要負(fù)責(zé)水輥電機(jī)速度顯示，調(diào)版顯示，以及整機(jī)故障顯示等。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)便直觀，大大提高了膠印機(jī)的檔次。
（二）歐姆龍（OMRON）PLC在石油加工工業(yè)中的應(yīng)用
在石油加工工業(yè)中，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組是裝置設(shè)備的重要組成部分，重油催化裂化氣壓機(jī)組的聯(lián)鎖-自保系統(tǒng)從滿足工藝生產(chǎn)需求出發(fā)，考慮到安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性等因素，采用了OMRON公司生產(chǎn)的CPM2AH型PLC進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，CPM2AH自帶I/O接口，可以接36點(diǎn)輸入，24點(diǎn)輸出，輸出形式是繼電器，并且通過(guò)RS232C串口與PC機(jī)通訊，使生產(chǎn)過(guò)程表現(xiàn)穩(wěn)定，動(dòng)作可靠，在事故狀態(tài)下對(duì)機(jī)組及生產(chǎn)裝置實(shí)行了自我保護(hù)，杜絕了惡性事故的擴(kuò)大和蔓延，取得了顯著的效果。
六、結(jié)束語(yǔ)
隨著科技的不斷進(jìn)步，PLC的種類(lèi)日益繁多，功能也逐漸增強(qiáng)。文章中盡管歸納了一些選用PLC的方法，但在實(shí)際工作中還一定要依據(jù)實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便設(shè)計(jì)出滿足期望的工業(yè)控制系統(tǒng)。
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