PLC的各種功能
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在plc系統(tǒng)設(shè)計時,首先應(yīng)確定系統(tǒng)方案,下一步工作就是PLC的設(shè)計選型。選擇PLC,主要是確定PLC的生產(chǎn)廠家和PLC的具體型號。對于系統(tǒng)方案要求有分布式系統(tǒng)、遠程I/O系統(tǒng),還需要考慮網(wǎng)絡(luò)化通訊的要求。那么具體應(yīng)該如何選擇PLC呢?
一、PLC生產(chǎn)廠家
確定PLC的生產(chǎn)廠家,主要應(yīng)該考慮設(shè)備用戶的要求、設(shè)計者對于不同廠家PLC的熟悉程度和設(shè)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(yīng)該存在可靠性不好的問題。
一般來說,對于控制獨立設(shè)備或較簡單的控制系統(tǒng)的場合,配套日本的PLC產(chǎn)品,相對來說性價比有一定優(yōu)勢。對于系統(tǒng)規(guī)模較大網(wǎng)絡(luò)通訊功能要求高、開放性的分布式控制系統(tǒng)、遠程I/O系統(tǒng),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(yīng)選擇在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的PLC系統(tǒng)。
二、輸入輸出(I/O)點數(shù)
PLC的輸入/輸出點數(shù)是PLC的基本參數(shù)之一。I/O點數(shù)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有I/O點數(shù)的總和為依據(jù)。在一般情況下,PLC的I/O點應(yīng)該有適當?shù)挠嗔。通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù),再增加10%——20%的可擴展余量后,作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時,還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點,對輸入輸出點數(shù)進行調(diào)整。
三、存儲容量
存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小,程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小,因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段,由于用戶應(yīng)用程序還未編制,因此,微信公眾號PLC工程師能拿資料能漲知識能提技能程序容量在設(shè)計階段是未知的,需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算,通常采用存儲器容量的估算來替代。PLC存儲器內(nèi)存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(shù)字量I/O點數(shù)的10——15倍,加上模擬I/O點數(shù)的100倍,以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)(16位為一個字),另外再按此數(shù)的25%考慮余量。
四、控制功能
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(shù)功能;普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能;較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)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(tǒng)的出現(xiàn),目前在PLC中都已具有通信功能,有些產(chǎn)品具有與下位機的通信,有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信,有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā),合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合,只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能,有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較,當用于模擬量檢測和控制時,才使用代數(shù)運算,數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。還有的要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。
(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(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制,因此,大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制,有時也采用專用的智能輸入輸出微信公眾號PLC工程師能拿資料能漲知識能提技能單元完成所需的控制功能,提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。
(三)通信功能
大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議(如TCP/IP),需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標準,應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。
PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用dcs接口等;大中型PLC通信總線(含接口設(shè)備和電纜)應(yīng)1:1冗余配置,通信總線應(yīng)符合國際標準,通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。
PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中,上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps,通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式:
1)PC為主站,多臺同型號PLC為從站,組成簡易PLC網(wǎng)絡(luò);2)1臺PLC為主站,其他同型號PLC為從站,構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò);3)PLC網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng);4)專用PLC網(wǎng)絡(luò)(各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡(luò))。
PLC為減輕CPU通信任務(wù),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要,應(yīng)選擇具有不同通信功能的(如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng))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(wù),不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后,編程器切換到運行模式,CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制,不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本,但使用和調(diào)試不方便。
在線編程方式:CPU和編程器有各自的CPU,主機 CPU負責現(xiàn)場控制,并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換,編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機,下一掃描周期,主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高,但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便,在大中型PLC中常采用。
五種標準化編程語言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準(IEC6113123),同時還應(yīng)支持多種語言編程形式,如C、Basic、Pascal等,以滿足特殊控制場合的控制要求。
(五)診斷功能
PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置,軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷,通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息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(shù)能力的要求,并影響平均維修時間。
(六)處理速度
PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看,處理速度應(yīng)越快越好,如果信號持續(xù)時間小于掃描時間,則PLC將掃描不到該信號,造成信號數(shù)據(jù)的丟失。
處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前,PLC接點的響應(yīng)快、速度高,每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2——0.4μs,因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應(yīng)滿足:小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K;大中型PLC的掃描時間不大于 0.2ms/K。
五、PLC機型
PLC的類型:PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類。
整體型PLC的I/0點數(shù)較少且相對固定,因此用戶選擇的余地較小,通常用于小型控制系統(tǒng)。這一類PLC的代表有:西門子公司的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,方便用戶根據(jù)需要合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)。因此,模塊型PLC的配置比較靈活,一般用于大中型控制系統(tǒng)。例如西門子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、歐姆龍公司的CVM1系列等。
六、各種模塊選擇
(一)數(shù)字量I/O模塊
數(shù)字量輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮應(yīng)用要求。例如對輸入模塊,應(yīng)考慮輸入信號的電平、傳輸距離等應(yīng)用要求。輸出模塊也有很多的種類,例如繼電器觸點輸出型、AC120V/23V雙向晶閘管輸出型、DC24V晶體管驅(qū)動型、DC48V晶體管驅(qū)動型等。
通常繼電器輸出輸出型模塊具有價格低廉、使用電壓范圍廣等優(yōu)點,但是使用壽命較短、響應(yīng)時間較長、在用于感性負載時需要增加浪涌吸收電路;雙向晶閘管輸出型模塊響應(yīng)時間較快適用于開關(guān)頻繁,電感性低功率因數(shù)負荷場合,但價格較貴,過載能力較差。
另外,輸入輸出模塊按照輸入輸出點數(shù)又可以分為:8點、16點、32點等規(guī)格,選擇時要根據(jù)實際的需要合理配備。
(二)模擬量I/O模塊
模擬量輸入模塊,按照模擬量的輸入信號類型可以分為: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——0V、-10V——+10V等。
模擬量輸入輸出模塊,按照輸入輸出通道數(shù)可以分為2通道、4通道、8通道等規(guī)格。
(三)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(shù)模塊、PID控制模塊、溫度控制模塊等。選擇PLC時應(yīng)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方面。
在硬件方面,首先應(yīng)考慮功能模塊可以方便的和PLC相連接,PLC應(yīng)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(yīng)具有對應(yīng)的控制功能,可以方便的對功能模塊進行編程。例如三菱的FX系列PLC通過“FROM”和“TO”指令可以方便的對相應(yīng)的功能模塊進行控制。
七、冗余功能
(一)控制單元冗余
1、重要的過程單元:CPU(包括存儲器)及電源均應(yīng)1B1冗余。
2、在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。
(二)I/O接口單元冗余
1、控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。
2、重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3)根據(jù)需要對重要的I/O信號,可選用2重化或3重化的I/O接口單元。
一般原則
在PLC型號和規(guī)格大體確定后,可以根據(jù)控制要求逐一確定PLC各組成部分的基本規(guī)格與參數(shù),并選擇各組成模塊的型號。選擇模塊型號時,應(yīng)遵循以下原則。
(一)經(jīng)濟性
選擇PLC時,應(yīng)考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時,應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素,進行比較和兼顧,最終選出較滿意的產(chǎn)品。
輸入輸出點數(shù)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(shù)增加到某一數(shù)值后,相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加,因此,點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮,使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。
(二)方便性
一般說來,作為PLC,可以滿足控制要求的模塊往往有很多種,選擇時應(yīng)以簡化線路設(shè)計、方便使用、盡可能減少外部控制器件為原則。微信公眾號PLC工程師能拿資料能漲知識能提技能 例如:對于輸入模塊,應(yīng)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(yīng)優(yōu)先選擇能夠直接驅(qū)動負載的輸出模塊,盡量減少中間繼電器等元件。
(三)通用性
進行選型時,要考慮到PLC各組成模塊的統(tǒng)一與通用,避免模塊種類過多。這樣不僅有利于采購,減少備品備件,同時還可以增加系統(tǒng)各組成部件的互換性,為設(shè)計、調(diào)試和維修提供方便。
(四)兼容性
選擇PLC系統(tǒng)各組成模塊時,應(yīng)充分的考慮到兼容性。為避免出現(xiàn)兼容性不好的問題,組成PLC系統(tǒng)的各主要部件的生產(chǎn)廠家不宜過多。如果可能的話,盡量選擇同一個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品。
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