PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 . PLC 型號(hào)的選擇
在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前,要詳細(xì)了解被控對(duì)象的控制要求,從而決定是否選用 PLC 進(jìn)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(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等)、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運(yùn)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(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下,使用 PLC 控制是很必要的。
目前,國(guó)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(hù)眼花繚亂、無(wú)所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿(mǎn)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(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。
( 1 )對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇
盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。
要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù),再按實(shí)際所需總點(diǎn)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(diǎn)數(shù)。
另外要注意,一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制,一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)的 60 %; PLC 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力( A/ 點(diǎn))也是有限的,有的 PLC 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)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(shí)要考慮這些問(wèn)題。
PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類(lèi)和電壓等級(jí),但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離,則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。
( 2 )對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇
對(duì)用戶(hù)存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中,可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)+輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來(lái)估算;計(jì)數(shù)器/ 定時(shí)器按( 3 ~ 5 )字 / 個(gè)估算;有運(yùn)算處理時(shí)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(chǔ)容量來(lái)估算;有通信處理時(shí)按每個(gè)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(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者,選擇容量時(shí)留有裕量要大些。
( 3 )對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇
PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)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(shí)間延遲(一般在 2 ~ 3 個(gè)掃描周期)等。對(duì)開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng),PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿(mǎn)足實(shí)際工程的要求,可不必考慮 I/O 響應(yīng)問(wèn)題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問(wèn)題。
( 4 )根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型
不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如,頻繁通斷的感性負(fù)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(diǎn),如導(dǎo)通壓降小,有隔離作用,價(jià)格相對(duì)較便宜,承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng),其負(fù)載電壓靈活(可交流、可直流)且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。
( 5 )對(duì)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(dòng)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(jì)算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能,目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。
( 7 )對(duì) PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇
在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下,整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活,維修方便(換模塊),容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn),要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。
2 .分配輸入 / 輸出點(diǎn)
一般輸入點(diǎn)和輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。
分配好后,按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào),分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào),即進(jìn)行編號(hào)。
在個(gè)別情況下,也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的,那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前,按邏輯關(guān)系接好線(如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)),然后再接到輸入點(diǎn)。
( 1 )確定 I/O 通道范圍
不同型號(hào)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(hào),查閱相應(yīng)的編程手冊(cè),決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊(cè)。
( 2 )部輔助繼電器
內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)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(shí)器 / 計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用。
從功能上講,內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)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(shí)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(jì)的需要,應(yīng)合理安排PLC 的內(nèi)部輔助繼電器,在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中應(yīng)詳細(xì)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(cè)。
( 3 )分配定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器
PLC 的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器數(shù)量分別見(jiàn)有關(guān)操作手冊(cè)。
7.3 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟
7.3.1 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)和編程器共用一個(gè) CPU ,通過(guò)編程器的方式選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時(shí), CPU 只為編程器服務(wù),而不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè) CPU ,主機(jī)的 CPU 完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,在每一個(gè)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(jī),在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程,也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購(gòu)置計(jì)算機(jī),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