PLC基本原理及選型方法

摘 要 通過分析PLC原理、功能、結構，結合用戶實際需求、應用環(huán)境，闡述了如何選擇可編程序控制器。

關鍵詞 PLC 原理 型號 選擇

可編程序控制器（PLC）是以計算機的微處理器為基礎，綜合計算機應用技術、通訊技術以及自動控制技術而發(fā)展起來的一種通用控制器，PLC以其通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，迅速擴展到幾乎所有的工業(yè)領域。PLC通常由電源、CPU、內(nèi)存及I/O板組成，從物理結構上分，可分為整體式和模塊式，整體式是將電源、CPU、I/O板等組合成不可拆卸的整體，模塊式則將電源、CPU、I/O板模塊化，這些模塊可按照一定規(guī)則組合配置。

一、PLC的特點

（1）通用性強。PLC可適用于各種電氣控制系統(tǒng)，除了可以實現(xiàn)開關量控制之外，還可以實現(xiàn)溫度、位置等模擬量控制。（2）使用方便、適應面廣。PLC作為繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的替代品，其圖形符號及梯形圖編程語言與繼電器電路圖基本類似，容易被工程技術人員接受、理解并熟練運用。（3）可靠性高、抗干擾能力強。PLC系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，在內(nèi)部電路、生產(chǎn)工藝等方面都采用了先進的抗干擾技術，能適應不同的工業(yè)環(huán)境，如在更加特殊、惡劣的環(huán)境下，還可以考慮采取抑制干擾噪聲、正確使用接地系統(tǒng)、采用屏蔽電纜等措施來消除干擾。（4）維護改造方便。PLC通過內(nèi)部邏輯處理替代了大量繼電器，大大減少了控制系統(tǒng)設計和制造時間，同時使設備維護及改造變得更加簡單。

二、可編程序控制器的基本工作過程

在使用者看來，不必要詳細分析PLC的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是要有足夠的理解。PLC由CPU控制工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令，運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，PLC與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。輸入模塊將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O模塊除了開關量模塊外，還有特殊I/O模塊，如溫度、脈沖等模塊。PLC基本工作過程為：（1）現(xiàn)場信息輸入：PLC以掃描工作方式，按照順序?qū)斎朦c進行掃描，并將其暫存于輸入映像寄存器中。（2）程序執(zhí)行階段：PLC按順序?qū)Τ绦蜻M行掃描處理，并分別從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中獲得所需數(shù)據(jù)進行運算、處理，再將程序結果寫入寄存執(zhí)行結果的輸出映像區(qū)中保存。（3）控制信號輸出：在執(zhí)行完用戶所有程序后，PLC將運算的輸出結果送至輸出映像寄存器中。輸出寄存器向各個輸出點同時發(fā)出相應的信號，以實現(xiàn)所需的邏輯控制功能。

三、PLC型號的選擇

1、PLC選型的基本原則是：（1）滿足控制系統(tǒng)功能；（2）保證系統(tǒng)可靠工作；（3）性價比高。

對于小型單臺均為開關量控制的設備，一般小型整體式PLC就能滿足要求，如西門子的S7-200系列、三菱的FX系列，如果系統(tǒng)要完成模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換，PID閉環(huán)控制等工作，可考慮中、高檔PLC，如西門子的S7-400系列、三菱Q系列等，如考慮將PLC納入工廠自動控制網(wǎng)絡，還需擴展相應的通訊模塊，對于可靠性要求極高的系統(tǒng)，應考慮采用冗余控制設備和熱備用系統(tǒng)。

一個大型企業(yè)，應盡量做到機型統(tǒng)一。因為同一機型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理，可以減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給擴展系統(tǒng)升級留有余地，配以上位計算機后，可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC輕松聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，集中管理。

2、PLC容量估算。PLC容量包括兩個方面：一是I/O的點數(shù)，二是用戶存儲器的容量。（1）I/O點數(shù)估算。根據(jù)被控制對象的輸入信號和輸出信號，并考慮到今后調(diào)整和系統(tǒng)功能擴充，一般應加上15%的備用量。（2）用戶存儲器容量的估算。用戶應用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關，其容量一般按實際需要的110%～125%考慮，用戶一般可以按照下式對PLC存儲容量進行簡單估算：存儲容量字數(shù)=數(shù)字量I/O點數(shù)€？+模擬量I/O點數(shù)€？0+其它特殊I/O點數(shù)€？00。

四、PLC模塊的選擇

1、開關量輸入模塊的選擇。PLC的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場（按鈕、行程開關、壓力開關等）的信號。交流輸入方式觸點接觸可靠，適用于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境和傳輸距離較遠的設備，輸入電壓有110V、220V兩種。直流輸入電路的延遲時間較短，可以直接與開關、光開關等輸入裝置連接。

2、開關量輸出模塊的選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出外接電源可以是直流，也可以是交流，但是動作速度較慢，動作次數(shù)有一定限制，適用于動作不頻繁的交直流負載。晶體管輸出和雙向晶閘管輸出模塊分別適用于直流負載和交流負載，它們的可靠性高，響應速度快，但過載能力稍差，另外這兩張形式的輸出均不具備明確的輸出開關斷點，可能導致一些小型繼電器在PLC輸出OFF時無法關斷。

3、模擬量輸入/輸出單元的選擇。模擬量輸入/輸出接口是用于溫度、流量、壓力等信號的測量和電壓輸出設備或電流輸出設備的控制

4、特殊模塊的選擇。特殊模塊主要用于一般PLC無法完蛋的任務，如快速輸入、位置定位、PID調(diào)節(jié)、通信接口等。

5、電源模塊的選擇。電源模塊的選擇較為簡單，只需要考慮模塊的額定輸出電流就可以了，電源模塊的額定電流必須大于CPU模塊、I/O模塊及其它模塊的總消耗電流，對整體式PLC則不存在電源的選擇問題。

綜上所述，選擇PLC時，應根據(jù)系統(tǒng)需求及系統(tǒng)的可擴展性，尋找一些技術實力強、信譽好、售后服務及技術支持到位的廠商。

參考文獻：

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（作者單位：中國石化銷售有限公司江蘇泰州石油分公司）