PLC選型很頭疼,價格、性能、擴展、接口等等該如何決斷?

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、動作可靠、安全實用、調試方便、易於維護的控制系統呢?在PLC系統設計時,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的生產廠家和PLC的具體型號。對於系統方案要求有分佈式系統、遠程I/O系統,還需要考慮網絡化通訊的要求。那麼具體應該如何選擇PLC呢?

PLC選型很頭疼,價格、性能、擴展、接口等等該如何決斷?

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的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、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、所需存儲器容量、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%的可擴展餘量後,作為輸入輸出點數估算數據。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、存儲器容量的估算

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用項目使用的存儲單元的大小,因此程序容量小於存儲器容量。設計階段,由於用戶應用程序還未編制,因此,程序容量在設計階段是未知的,需在程序調試之後才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算,通常採用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內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,以此數為內存的總字數(16位為一個字),另外再按此數的25%考慮餘量。

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三、PLC通訊功能的選擇

現在PLC的通訊功能越來越強大,很多PLC都支持多種通訊協議(有些需要配備相應的通訊模塊),選擇時要根據實際需要選擇合適的通訊方式。

PLC系統的通信網絡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網絡;

(2)1臺PLC為主站,其他同型號PLC為從站,構成主從式PLC網絡;

(3)PLC網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網;

(4)專用PLC網絡(各廠商的專用PLC通信網絡)。

為減輕CPU通信任務,根據網絡組成的實際需要,應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現場總線、工業以太網等)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。在線編程方式: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數據交換,編程器把在線編制的程序或數據發送到主機,下一掃描週期,主機就根據新收到的程序運行。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)、功能模塊圖(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,還應支持多種語言編程形式,如C,Basic等,以滿足特殊控制場合的控制要求。

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五、處理速度

PLC採用掃描方式工作。從實時性要求來看,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,造成信號數據的丟失。

處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質量等有關。目前,PLC接點的響應快、速度高,每條二進制指令執行時間約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。

六、廠家選擇

確定PLC的生產廠家,主要應該考慮設備用戶的要求、設計者對於不同廠家PLC的熟悉程度和設計習慣、配套產品的一致性以及技術服務等方面的因素。從PLC本身的可靠性考慮,原則上只要是國外大公司的產品,不應該存在可靠性不好的問題。

筆者個人認為,一般來說,對於控制獨立設備或較簡單的控制系統的場合,配套日本的PLC產品,相對來說性價比有一定優勢。對於系統規模較大網絡通訊功能要求高、開放性的分佈式控制系統、遠程I/O系統,歐美生產的PLC在網絡通訊功能上更有優勢。

另外對於一些特殊的行業(例如:冶金、菸草等)應選擇在相關行業領域有投運業績、成熟可靠的PLC系統。

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七、PLC機型和系列選擇

PLC的類型:PLC按結構分為整體型和模塊型兩類;整體型PLC的I/0點數較少且相對固定,因此用戶選擇的餘地較小,通常用於小型控制系統。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,方便用戶根據需要合理地選擇和配置控制系統的I/O點數。因此,模塊型PLC的配置比較靈活,一般用於大中型控制系統。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。

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八、選型通用原則

在PLC型號和規格大體確定後,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,並選擇各組成模塊的型號。選擇模塊型號時,應遵循以下原則。

(1)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,選擇時應以簡化線路設計、方便使用、儘可能減少外部控制器件為原則。

例如:對於輸入模塊,應優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。對於輸出模塊,應優先選擇能夠直接驅動負載的輸出模塊,儘量減少中間繼電器等元件。

(2)通用性:進行選型時,要考慮到PLC各組成模塊的統一與通用,避免模塊種類過多。這樣不僅有利於採購,減少備品備件,同時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。

(3)兼容性:選擇PLC系統各組成模塊時,應充分的考慮到兼容性。為避免出現兼容性不好的問題,組成PLC系統的各主要部件的生產廠家不宜過多。如果可能的話,儘量選擇同一個生產廠家的產品。


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