PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計
1 . PLC 型號的選擇
在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前,要詳細了解被控對象的控制要求,從而決定是否選用 PLC 進行控制。
在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等)、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等)、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下,使用 PLC 控制是很必要的。
目前,國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品,使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨,不要盲目貪大求全,以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。
( 1 )對輸入 / 輸出點的選擇
盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。
要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù),再按實際所需總點數(shù)的 15 ~ 20 %留出備用量(為系統(tǒng)的改造等留有余地)后確定所需 PLC 的點數(shù)。
另外要注意,一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制,一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 %; PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力( A/ 點)也是有限的,有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異;一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。
PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級,但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離,則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。
( 2 )對存儲容量的選擇
對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中,可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點+輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算;計數(shù)器/ 定時器按( 3 ~ 5 )字 / 個估算;有運算處理時按( 5 ~ 10 )字 / 量估算;在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中,可以按每輸入 / (或輸出)一路模擬量約需( 80 ~ 100 )字左右的存儲容量來估算;有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后,一般按估算容量的50 ~ 100 %留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者,選擇容量時留有裕量要大些。
( 3 )對 I/O 響應(yīng)時間的選擇
PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲(一般在 2 ~ 3 個掃描周期)等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng),PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求,可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。
( 4 )根據(jù)輸出負載的特點選型
不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如,頻繁通斷的感性負載,應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的,而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點,如導(dǎo)通壓降小,有隔離作用,價格相對較便宜,承受瞬時過電壓和過電流的能力較強,其負載電壓靈活(可交流、可直流)且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。
( 5 )對在線和離線編程的選擇
若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò),則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能,即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能,目前大部分小型機也具有通信功能。
( 7 )對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇
在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下,整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活,維修方便(換模塊),容易判斷故障等優(yōu)點,要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。
2 .分配輸入 / 輸出點
一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。
分配好后,按系統(tǒng)配置的通道與接點號,分配給每一個輸入信號和輸出信號,即進行編號。
在個別情況下,也有兩個信號用一個輸入點的,那樣就應(yīng)在接入輸入點前,按邏輯關(guān)系接好線(如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)),然后再接到輸入點。
( 1 )確定 I/O 通道范圍
不同型號的 PLC ,其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的,應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號,查閱相應(yīng)的編程手冊,決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊。
( 2 )部輔助繼電器
內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出,不能直接連接外部器件,而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。
從功能上講,內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。
未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區(qū)以及未使用 1 : 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要,應(yīng)合理安排PLC 的內(nèi)部輔助繼電器,在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途,避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊。
( 3 )分配定時器 / 計數(shù)器
PLC 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。
7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟
7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法
在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后,就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多,這里主要介紹幾種典型的編程方法。
離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ,通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時, CPU 只為編程器服務(wù),而不對現(xiàn)場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ,主機的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制,在每一個掃描周期末尾與編程器通信,編程器把修改的程序發(fā)給主機,在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程,也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機,并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。
( 6 )據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型