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自控系统设计中PLC的正确选择

关键词:控制;系统设计;可编程控制器;选型

可编程控制器(programmable logical controller,简称PLC)已经越来越多地应用于工业控制系统中,并且在

自动控制系统中起着非常重要的作用。所以,对PLC的正确选择是非常重要的。

面对众多生产厂家的各种类型PLC,它们各有优缺点,能够满足用户的各种需求,但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容,没有一个统一的标准,无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法,可以在挑选PLC时作为参考。

可以通过以下几方面的比较,挑选到适合的产品。

一、工作量

这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初,就应该对控制点数(数字量及模拟量)有一个准确的统计,这往往是选择PLC的首要条件,一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑:

1、可以弥补设计过程中遗漏的点;

2、能够在运行过程中个别点有故障时,可以有替代点;

3、将来增加点数的需要。

二、工作环境

工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来,就要求自控系统能够适应复杂的环境,诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等,各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。

三、通信网络

现在PLC已不是简单的现场控制,PLC远端通信已成为控制系统必须解决的问题,但各厂家制定的通信协议千差万别,兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面:

1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议,并且不止一种。这在大、中型机上表现明显,而在小、微型机上不尽相同,一些厂家出于容量 功能等方面考虑,往往没有或者有与其它协议不同,而且比较简单的通信。所以,在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信;

2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造,而所选择的是与原系统不同的PLC,或者设计中需要2个或2个以上的PLC,而选用了不同厂家的产品,这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题;

3、是否有利于将来。由于各厂家制定的通信协议各不相同,国际上也无统一标准,所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议

四、编程

程序是整个自动控制系统的“心脏”,程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买,并且不菲,这一点也需考虑在内。

1、编程方法

一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号,大型编程器功能完备,适合各型号PLC,高;小型编程器结构小巧,便于携带,低,但功能简单,适用性差;另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件,现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同,往往只研制出适合于自己产品的编程软件,而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。

2、编程语言

编程语言为复杂,多种多样,看似相同,但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言:

(1)梯形图

这是PLC厂家采用多的编程语言,初是由继电器控制图演变过来的,比较简单,对离散控制和互锁逻辑为有用;

(2)顺序功能图

它提供了总的结构,并与状态处理或机器控制应用相互协调;

(3)功能块图

它提供了一个开发环境,并且特别适用于过程控制应用;

(4)结构化文本

这是一种类似用于计算机的编程语言,它适用于对复杂算法及数据处理;

(5)指令表

它为优化编码性能提供了一个环境,与汇编语言非常相似。

厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言,如TE公司的XTEL编程软件可以使用梯形图(Ladder)、顺序功能图(Grafcet)、结构化文本(Literal)3 种编程语言;Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图(Ladder)、指令表(STL)两种编程语言;Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图(984 梯形)一种编程语言,而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言,依次为梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)、指令表(IL)。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换,一般选择自己比较熟悉的编程语言。

3、存储器

PLC存储器是保存程序和数据的地方,分内制式和外插式两种,存储器容量在512~128M字节之间,一定要根据实际情况选取足够大的存储器,并且要求有一部分空余作为缓存。

PLC存储器按照类型可分随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除只读存储器(EPROM)等。RAM可以任意读写,在掉电后程序只能保持一段时间,适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写,程序是由厂家或开发商事先固化的,不能更改,即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过方式(如紫外线)可以擦除再写,适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。

4、易于更改

PLC较继电器控制的另一个在于它可以根据实际需要任意更改控制结构(或控制过程),这就要求更改程序方便快捷。

5、是否有模块

部分生产厂家的PLC产品提供一些模块,如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块,往往只是简单的输入一些参数就能实现,便于用户编程。

五、与监控系统的通信

1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型,是生产厂家专为自己的PLC产品设计的,适合于点对点控制。结构简单,功能少,面板控制,操作较易,现仍然地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候,仍能很好地控制现场。

2、随着计算机的不断发展,依靠PC(包括工控机)的监控系统越来越多地应用在自控系统中,这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的(或特定的)产品量身定做的;另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强,能够根据PLC产品的特点制定相应的控制方案,应该说仍以PLC为中心;后一种则抛开了PLC产品,注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的,给二次开发提供了较宽松的开发条件,往往可以制作出的监控系统,只要有相应的通信协议(目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议),就可以与各种类型PLC相连,是当今自控系统。所以,在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。

六、可延性

这里包括三个方面含义:

1、产品寿命。大致可以所选择的PLC的使用年限,尽量购买生产日期较近的产品;

2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容,这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。

3、产品的更新周期。当某一种型号PLC(或PLC模块)被淘汰后,生产厂家是否能够有足够的备品(或备件)。这时应考虑选择当时比较的PLC。

七、售后服务与技术支持

1、选择好的公司产品;

2、选择信誉好的代理商;

3、是否有较强的售后服务与技术支持。

八、

相对于自控系统性能的好坏优先于的选择。只是在前面几项比较接近,又不易选择时,才考虑因数,选择比较高的产品。

在实际选型过程中,往往受到多方面的制约,不一定要考虑以上全部方面,但其中有些项是必须考虑的,而存在的问题也必须通过其它替代方式加以解决。

一般来说通过前5项的比较,已可确定2~3种产品,再考虑到后几项,便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展,PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时,挑选PLC将是困难的事情


合理的结构型式

PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。

整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大,且维修方便,一般于较复杂的控制系统。

二、安装方式的选择

PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低;远程I/O式适用于大型系统,系统的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在现场装置附近,连线短,但需要增设驱动器和远程I/O电源;多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型PLC,但必须要附加通讯模块。

三、相应的功能要求

一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。

对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A转换单元,具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂,要求实现PID运算 、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或高挡PLC。但是中、高挡PLC价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

四、响应速度要求

PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC,或者某些功能或信号有特殊的速度要求时,则应该慎重考虑PLC的响应速度,可选用具有高速I/O处理功能的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

五、系统可靠性的要求

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

六、机型尽量统一

一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题:

1)机型统一,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理。

CPU 314,用于对程序量和指令处理速率有额外要求的工厂

CPU 315-2 DP,用于具有中/大规模的程序量以及使用PROFIBUS DP进行分布式组态的工厂

CPU 315-2 PN/DP,用于具有中/大规模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂,在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能

CPU 317-2 DP,用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP进行分布式组态的工厂

CPU 317-2 PN/DP,用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂,在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能

CPU 319-3 PN/DP,用于具有极大容量程序量何组网能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂,在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能

下列紧凑型CPU 可以提供:

CPU 312C,具有集成数字量 I/O 以及集成计数器功能的紧凑型 CPU

CPU 313C,具有集成数字量和模拟量 I/O 的紧凑型 CPU

CPU 313C-2 PtP,具有集成数字量 I/O 、2个串口和集成计数器功能的紧凑型 CPU

CPU 313C-2 DP,具有集成数字量 I/O 、PROFIBUS DP 接口和集成计数器功能的紧凑型 CPU

CPU 314C-2 PtP,具有集成数字量和模拟量 I/O 、2个串口和集成计数、定位功能的紧凑型 CPU

CPU 314C-2 DP,具有集成数字量和模拟量 I/O、PROFIBUS DP 接口和集成计数、定位功能的紧凑型 CPU




http://www.absygs.com

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