關(guān)于西門子PLC選型的研究

蔚飛飛 紀(jì)園丁

摘要：PLC是可編程邏輯控制器的全稱。PLC是種可編程的存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)用于邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)和計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算的指令。它是專為數(shù)字運(yùn)算以及工業(yè)環(huán)境操作的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它通過(guò)模擬輸入和傳輸或者數(shù)字控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或是生產(chǎn)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：西門子；PLC；技巧以及方法

1.西門子PLC選型技巧

1.1 工作環(huán)境

具體措施有：電源屏和高壓或者大電流電源裝置，遠(yuǎn)離高壓柜，高頻設(shè)備；通信電纜和模擬信號(hào)電纜盡可能不與其他屏幕（光盤）或設(shè)備共用電纜溝；PLC機(jī)柜不需要熒光燈等。雖然PLC適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，但應(yīng)避免直接沖擊與振動(dòng)，直射油霧和陽(yáng)光以及雨水等等。不應(yīng)該在過(guò)多的灰塵和加熱器或者腐蝕性氣體附近使用。應(yīng)該要避免導(dǎo)電的雜物進(jìn)入控制器。必須合理的配置PLC的使用環(huán)境，以便更有效的提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

1.2 工作量

在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)之前，應(yīng)該準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)控制點(diǎn)的數(shù)量（數(shù)字和模擬），這些通常是選擇PLC的主要考慮因素之一。一般控制點(diǎn)多10%到30%的可編程控制器。這顯得尤其重要。這有以下幾個(gè)考慮因素：

（1）能彌補(bǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中的漏點(diǎn)；

（2）將來(lái)增加點(diǎn)數(shù)的需要；

（3）能夠保證在運(yùn)行過(guò)程中個(gè)別點(diǎn)有故障時(shí)，可以有替代點(diǎn)。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)

（1）是否有利于未來(lái)。由于各廠家制定的通信協(xié)議不同，目前世界上沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)PLC的選擇有很大的限制。因此，有必要考慮發(fā)展接近通用、功能齊全、影響較大的通信協(xié)議。

（2）不同制造商的產(chǎn)品之間的溝通。如果自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)屬于現(xiàn)有自動(dòng)控制系統(tǒng)部分改造的控制網(wǎng)絡(luò)的版權(quán)所有權(quán)，所選擇的PLC與原系統(tǒng)不同，或者設(shè)計(jì)中需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的PLC，選擇不同廠家的產(chǎn)品，應(yīng)考慮不同廠家產(chǎn)品之間的溝通。

（3）同一制造商的產(chǎn)品之間的通信。每個(gè)制造商都有自己的通信協(xié)議，并且不止一個(gè)。這在大中型計(jì)算機(jī)中很明顯，但在小型和微型計(jì)算機(jī)中則不同。由于考慮了價(jià)格和功能以及容量等等，一些制造商通常沒(méi)有或具有與其他制造商不同的協(xié)議，并且它們是相對(duì)簡(jiǎn)單的通信。

2 西門子PLC選型的方法

2.1 輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算

I/O點(diǎn)的確定應(yīng)基于控制設(shè)備所需的所有輸入/輸出點(diǎn)的總和。一般來(lái)說(shuō)，PLC的I/O點(diǎn)應(yīng)該有適當(dāng)?shù)挠嗔?。通常，根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入和輸出點(diǎn)，在添加10%-20%的可伸縮裕度之后，它被用作輸入和輸出點(diǎn)估計(jì)數(shù)據(jù)。訂購(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)制造商PLC的產(chǎn)品特性調(diào)整輸入和輸出點(diǎn)的數(shù)量。PLC的輸入/輸出點(diǎn)是PLC的基本參數(shù)之一。

2.2 存儲(chǔ)器容量的估算

沒(méi)有用于估計(jì)內(nèi)存容量的固定公式。許多文獻(xiàn)中給出了不同的公式。一般來(lái)說(shuō)，它們是I/O點(diǎn)數(shù)的10-15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，這是內(nèi)存中的字總數(shù)（16位是一個(gè)字）。此外，保證金被認(rèn)為是該數(shù)字的25%。

程序容量小于存儲(chǔ)器容量。在設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序未編程，因此編程能力在設(shè)計(jì)階段是未知的，需要在調(diào)試程序之前完成。為了在一定程度上估計(jì)設(shè)計(jì)的模型選擇，通常使用存儲(chǔ)容量估計(jì)。存儲(chǔ)器容量是由可編程控制器本身提供的硬件存儲(chǔ)單元的大小，并且程序容量是用戶應(yīng)用程序在存儲(chǔ)器中使用的存儲(chǔ)器單元的大小。

2.3 控制功能的選擇

（1）編程功能

離線編程：PLC和編程器共用一個(gè)CPU。當(dāng)編程器處于編程模式時(shí)，CPU僅為編程器服務(wù)，無(wú)法控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。完成編程以后，程序員切換到運(yùn)行模式，CPU控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，因此無(wú)法編程。離線編程可以降低系統(tǒng)成本，但是使用和調(diào)試比較不方便。

在線編程：CPU和編程器都有自己的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并且在掃描周期內(nèi)與程序員進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。程序員將在線程序或者數(shù)據(jù)發(fā)送到主計(jì)算機(jī)。在下一個(gè)掃描周期中，主計(jì)算機(jī)根據(jù)新接收的程序運(yùn)行。該方法成本比較高，但是比較容易調(diào)試和操作，常常用于大中型PLC。

（2）運(yùn)算功能

簡(jiǎn)易PLC的操作功能包括邏輯運(yùn)算和計(jì)數(shù)功能以及定時(shí)；普通PLC的操作功能包括數(shù)據(jù)移位和比較等等操作功能；更復(fù)雜的操作功能包括數(shù)據(jù)傳輸以及代數(shù)運(yùn)算等等；大型PLC還具有模擬量的PID運(yùn)算和其他先進(jìn)的運(yùn)算功能。隨著開(kāi)放系統(tǒng)的出現(xiàn)，PLC現(xiàn)在具有通信功能。有些產(chǎn)品與工廠或企業(yè)網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)通信功能有些產(chǎn)品與下位機(jī)通信，有些產(chǎn)品與對(duì)等計(jì)算機(jī)或上位機(jī)通信。在設(shè)計(jì)和選擇模型時(shí)，我們應(yīng)該從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理地選擇所需的操作功能。在大多數(shù)應(yīng)用程序中，只需要邏輯操作和計(jì)時(shí)功能。某些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳輸和比較。當(dāng)用于模擬檢測(cè)和控制時(shí)，使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算。需要解碼和編碼操作來(lái)顯示數(shù)據(jù)。

（3）控制功能

選擇與硬件和軟件相關(guān)的功能模塊。功能模塊包括通訊模塊，高速計(jì)數(shù)模塊，溫度控制模塊，位置模塊和脈沖輸出模塊以及PID控制模塊等等，選擇PLC支持模塊的可能性。

在硬件方面，應(yīng)該首先考慮功能模塊可以連接到PLC。PLC應(yīng)該具有相關(guān)的連接和安裝位置與接口，連接電纜和其他附件。在軟件中，PLC應(yīng)具有相應(yīng)的控制功能，可以輕松編程為功能模塊。例如，Mitsubishi FX系列PLC可以使用“FROM”和“TO”命令輕松控制相應(yīng)的功能模塊。

（4）診斷功能

PLC的診斷功能直接影響操作人員和維護(hù)人員的技術(shù)能力要求和平均維護(hù)時(shí)間。

PLC主要包括硬件和軟件的診斷。軟件診斷包括外部診斷以及內(nèi)部診斷。通過(guò)軟件診斷PLC的內(nèi)部性能和功能是內(nèi)部診斷。通過(guò)軟件診斷CPU與PLC外部輸入輸出之間的信息交換功能是外部診斷。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷來(lái)確定硬件的故障位置。

（5）通信功能

現(xiàn)在PLC的通訊功能越來(lái)越強(qiáng)大。許多PLC支持各種通信協(xié)議（一些需要配備相應(yīng)的通信模塊）。根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的通信方式。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式如下：

1）PC是主站，同一類型的多個(gè)PLC是從站，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC網(wǎng)絡(luò)；

2）1臺(tái)PLC為主站，相同型號(hào)其他PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；

3）PLC網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò)接口作為DCS連接到DCS的子網(wǎng)；

4）特殊PLC網(wǎng)絡(luò)（各制造商的特殊PLC通信網(wǎng)絡(luò)）。

5）為了減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，選擇具有不同通信功能的通信處理器（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線，工業(yè)以太網(wǎng)等）。

（6）考慮其經(jīng)濟(jì)性

選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能與價(jià)格的比率。在考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，還應(yīng)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性，可操作性，投入產(chǎn)出比等因素，做出比較和考慮，最后選擇更滿意的產(chǎn)品。

（7）考慮其處理速度

PLC在掃描模式下工作。從實(shí)時(shí)的角度來(lái)看，處理速度越快越好。如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，PLC將會(huì)掃描小于信號(hào)，這可能導(dǎo)致信號(hào)數(shù)據(jù)丟失。

處理速度和用戶程序長(zhǎng)度，CPU處理速度，軟件質(zhì)量等。目前，PLC具有快速接觸和高響應(yīng)速度。每個(gè)二進(jìn)制指令的執(zhí)行時(shí)間約為0.2-0.4Ls。因此，它可以適應(yīng)使用高速控制的要求，以滿足相應(yīng)的要求。應(yīng)滿足掃描周期（處理器掃描周期）：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.

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展非常之迅速。由于其強(qiáng)大的擴(kuò)展性，PLC可以根據(jù)工程的實(shí)際需要進(jìn)行配置，以便滿足各種技術(shù)要求，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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[2] 秦益霖.西門子S7-400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

（作者單位：長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）