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西門子PLC的選型方法總結(jié)
在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案,，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型,。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的,、標(biāo)準(zhǔn)的,，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體。
在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),，首先應(yīng)確定控制方案,，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù),。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成 的,、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績,、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬 件,、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng),。
熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間,，因此,，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳 細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn),、控制要求,，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求,，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù),、所需存儲器容量、確定PLC的功能,、外 部設(shè)備特性等,，后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。
一,、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算
I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù),，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù),。實(shí)際訂貨時(shí),，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)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(yīng)用項(xiàng)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(jì)階 段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制,，因此,，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道,。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)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(xiàn)資料中給出了不同公式,，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍,，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字）,，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。
三,、控制功能的選擇
該選擇包括運(yùn)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(yùn)算功能
簡單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算,、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能,；普通PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能,；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算,、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級運(yùn)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(jī)的通信,，有些產(chǎn)品具有與 同位機(jī)或上位機(jī)的通信,，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。
設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā),，合理選用所需的運(yùn)算功能,。大多數(shù)應(yīng)用場合， 只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能,，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較,，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算,，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等,。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼 和編碼等運(yùn)算。
(二)控制功能
控制功能包括PID控制運(yùn)算,、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算,、比值控制運(yùn)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(shí)也采用的智能輸入輸出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(jì)數(shù)器,、帶速度補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP）,，需要時(shí)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(biāo)準(zhǔn),，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)符合標(biāo)準(zhǔn),，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)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(fù)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）PLC網(wǎng)絡(luò)（各廠商的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(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對點(diǎn),、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(gè)CPU,，編程器在編程模式時(shí),，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制,。完成編程后,，編程器切換到運(yùn)行模 式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制,，不能進(jìn)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(jī) CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)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(jī),，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí),，還應(yīng)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,。
(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(jìn)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(jìn)行診斷是外診斷。
PLC的診斷功能的強(qiáng)弱,，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間,。
(六)處理速度
PLC采用掃描方式工作,。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好,，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)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(diǎn)的響應(yīng)快、速度高,，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.2～0.4Ls,，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(shí)間不大于0.5ms/K,；大中型PLC的掃描時(shí)間不大于 0.2ms/K。
四,、機(jī)型的選擇
(一)PLC的類型
PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類,，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位,、4位,、8位、16位,、32位,、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā),，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。
整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定,，因此用戶選擇的余地較小,，用于小型控制系統(tǒng),；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù),，功能擴(kuò)展方便靈活,，一般用于大中型控制系統(tǒng)。
(二)輸入輸出模塊的選擇
輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一,。例如對輸入模塊,，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離,、信號隔離,、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊,，應(yīng)考慮選用 的輸出模塊類型,，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣,、壽命短,、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁,，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場 合,，但價(jià)格較貴，過載能力較差,。
輸出模塊還有直流輸出,、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致,。
可根據(jù)應(yīng)用要求,，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本,?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。
(三)電源的選擇
PLC的供電電源,，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外,，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致,。重要的應(yīng)用場合,，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。
如果PLC本身帶有可使用電源時(shí),，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求,，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的,，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離,。
(四)存儲器的選擇
由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價(jià)格已下降,，因此,，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲器容量,，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇,。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大,，檔次更高的存儲器,。
(五)冗余功能的選擇
(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(shí)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(cuò)系統(tǒng)等,。
2．I/O接口單元的冗余
(1)控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置,。
(2)重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn)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,。
(六)經(jīng)濟(jì)性的考慮
選擇PLC時(shí),，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí),，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性,、投入產(chǎn)出比等因素,，進(jìn)行比較和兼顧，終選出較滿意的產(chǎn)品,。
輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)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(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后,，相應(yīng)的存儲器容量,、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加,，因 此,，點(diǎn)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(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。