PLC控制器選型的分析與探討

鄭益

摘 要：PLC（可編程序控制器）因符合現(xiàn)代工業(yè)控制特點(diǎn)的要求，在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，選擇合適的PLC作為控制單元也非常重要。本文從控制點(diǎn)數(shù)量、使用環(huán)境、編程及通信、存儲容量、可擴(kuò)展性與性價(jià)比等思路出發(fā)進(jìn)行選型探討。

關(guān)鍵詞：PLC；選型；編程；通信

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心的PLC（可編程序控制器）因其具有控制功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，從而在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，被視為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的三大支柱之一。

面對眾多PLC生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各具優(yōu)缺點(diǎn)，但還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對其性能、功能、通信組網(wǎng)、編程等各方面內(nèi)容進(jìn)行橫向比較，因此為選擇一款合適的PLC控制器帶來了困惑。下文提出了一些對于PLC選型思路的探討，可以作為PLC選型的參考，以此選擇到適合的產(chǎn)品。

1選型原則

PLC選型的基本原則是：在滿足功能要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。

通常做法是，在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無須考慮，因此選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求；而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)（其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等）。

應(yīng)該注意的是，同一企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)網(wǎng)通信，這樣便于集中監(jiān)控管理。

2 輸入/輸出點(diǎn)的選擇

PLC與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口來實(shí)現(xiàn)的。PLC有多種I/O接口類型，包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出以及其他一些特殊模塊，使用時應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

2.1確定控制點(diǎn)數(shù)量

滿足控制點(diǎn)數(shù)量的要求是選型成功的基本條件之一。即在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)對PLC控制系統(tǒng)的控制點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行一次較準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)。同時，還應(yīng)考慮系統(tǒng)中是否有控制點(diǎn)需要冗余，以便計(jì)入控制點(diǎn)總量統(tǒng)計(jì)中。此外，還應(yīng)根據(jù)控制點(diǎn)類型的不同，分別預(yù)留出20%左右的控制點(diǎn)，以用于彌補(bǔ)設(shè)計(jì)時的遺漏點(diǎn)、運(yùn)行過程中的故障點(diǎn)更替以及將來可能增加控制點(diǎn)的需要。

根據(jù)以上條件統(tǒng)計(jì)出的控制點(diǎn)數(shù)量，可以得出該系統(tǒng)處于微、小、中、大和巨型PLC控制系統(tǒng)中的哪一類。從而可以對PLC的型號選擇給出一定的范圍。

2.2開關(guān)量I/O

開關(guān)量I/O點(diǎn)可從傳感器、開關(guān)（如按鈕、行程開關(guān)等）及控制設(shè)備（如指示燈、繼電器、接觸器等）接收和發(fā)出信號。我國常用的交流輸入/輸出信號為220V，直流輸入/輸出信號為10V、24V。因此，可根據(jù)控制系統(tǒng)所處環(huán)境的電能特點(diǎn)來確定所選PLC的數(shù)字量I/O。在應(yīng)用過程中，大多數(shù)輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設(shè)有可選的隔離電路。在評估離散輸出時，應(yīng)考慮熔絲、瞬時浪涌保護(hù)和電源與邏輯電路間的隔離電路。

2.3模擬量I/O

模擬量輸入/輸出接口一般用來感知傳感器產(chǎn)生的信號。這些接口可用于測量溫度、壓力、流量和物位，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備等。這些接口的典型量程為-10～+10V、0～+10V、4～20mA等。一些制造廠家在PLC上設(shè)計(jì)有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號，如RTD、熱電偶等。一般來說，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不同類型的熱電偶或RTD混合信號。

2.4特殊I/O

在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實(shí)現(xiàn)的I/O功能（如定位、快速輸入、頻率等）。此時用戶應(yīng)當(dāng)考慮供貨廠商是否提供有特殊的有助于最大限度滿足控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使CPU從繁重的任務(wù)處理中解脫出來。

3工作環(huán)境因素

控制系統(tǒng)的工作環(huán)境往往會比較復(fù)雜，諸如所處環(huán)境溫濕度、噪音及振動、電磁干擾等會對PLC的正常工作和使用時限產(chǎn)生較大影響。因此，在PLC選型時應(yīng)綜合考慮盡量排除或減小工作環(huán)境可能會對它產(chǎn)生的影響。即根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境選擇相適應(yīng)的PLC。

4編程及通信

程序是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序編制的優(yōu)劣將直接影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。編程軟件的使用便捷性、是否需要額外購買授權(quán)以及專用下載線的價(jià)格等，都應(yīng)作為考慮因素。

現(xiàn)今，PLC控制系統(tǒng)早已不是簡單地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制，而是更多地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端組網(wǎng)通信控制；現(xiàn)在，很多一次儀表的信號也都可以用通信實(shí)現(xiàn)傳輸。但是各個PLC廠家指定的通信協(xié)議不盡相同，相互兼容性也比較差。所以，在選型時也必須考慮此因素。

5存儲器及容量選擇

PLC系統(tǒng)所用的存儲器基本上由PROM、EPROM及RAM三種類型組成，存儲容量則隨機(jī)器的大小變化。一般小型機(jī)的最大存儲能力低于6kB，中型機(jī)的最大存儲能力可達(dá)64kB，大型機(jī)的最大存儲能力可上兆字節(jié)。使用時可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機(jī)型，必要時也可專門進(jìn)行存儲器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)。PLC的存儲器容量選擇和計(jì)算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲器的實(shí)際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的來估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%～30%的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶便可確定準(zhǔn)確的存儲容量。

6可擴(kuò)展性與性價(jià)比

選擇PLC時，還應(yīng)考慮其可擴(kuò)展性，對后續(xù)的生產(chǎn)建設(shè)做長遠(yuǎn)打算。當(dāng)然，也不能盲目追求長遠(yuǎn)目標(biāo)，而忽視了現(xiàn)階段的投入產(chǎn)出比。當(dāng)多款PLC都能滿足控制系統(tǒng)的性能要求，同時其各自表現(xiàn)出的性能優(yōu)劣差別不明顯時，就要對比其可擴(kuò)展性與性價(jià)比孰優(yōu)孰劣，以作判斷選擇依據(jù)。

一般來說，PLC控制系統(tǒng)的性能好壞是優(yōu)先于其價(jià)格比較的。在實(shí)際選型過程中，經(jīng)常會受到很多因素的制約，不一定能考慮周全各方面的訴求，但那些必須滿足的條件則一定要滿足。

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