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如何选择PLC

随着 plc 技术的发展,plc 产品的种类也越来越多。不同型号的 plc,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用 plc,对于提高 plc 控制系统的技术经济指标有着重要意义。 plc的选择主要应从 plc的机型、容量、i/o 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 ① plc机型的选择
plc机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时有以下几点需要考虑:
1)合理的结构型式 plc主要有整体式和模块式两种结构型式,整体式plc的每一个i/o点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对比较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式plc的功能扩展相比而言更加方便灵活,易于扩展,在i/o点数、输入点数与输出点数的比例、i/o模块的种类等方面选择余地较大,且维护方便,一般于较复杂的控制系统。
2)安装方式的选择 plc系统的安装方式分为集中式、远程i/o式以及多台plc联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程i/o硬件,系统反应快、成本低;远程i/o式适用于大型系统,系统的装置分配范围广,远程i/o可以分散安装在现场装置附近,连线短,但需要增加驱动器以及远程i/o电源;多台plc联网的分布式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型plc,但是必须要附加通讯模块。
3)相应的功能要求 一般小型(低档)plc具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量为主,带少量模拟量的控制系统,可选用能带a/d和d/a转换单元,具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档plc。对于控制较复杂,要求实现pid运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小以及复杂程度,选用中档或高档plc。但是中、高档plc价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
4)响应速度要求 plc是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次的plc的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要,如果要跨范围使用plc,或者某些功能或信号有速度要求时,则应慎重考虑plc的响应速度,可选用具有高速i/o处理功能的plc,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的plc等。
5)系统可靠性的要求 对于一般系统plc可靠性均可以满足,对于可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备系统。
6)机型尽量统一 一个企业,应该尽量做到plc的机型统一。主要考虑到以下三方面问题:机型统一,其模块可以互为备用,便于备品备件的采购和管理;机型统一,其功能和使用方法类似,有利于技术力量的培训和技术水平的提高;机型统一,其外部设备通用,资源可共享,易于联网通信,配上位机后易形成一个多级分布式控制系统。
②plc容量选择
plc的容量包括i/o点数和用户存储容量两个方面。
1)i/o点数的选择 plc平均的i/o点的价格还比较高,因此应该合理的选用plc的i/o点的数量,在满足控制要求的前提下力争使用的i/o点数最少,但必须有一定的裕留。通常i/o点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要,再加上10%~15%的裕量来确定。
2)存储容量的选择 用户程序所需要的存储容量大小不仅与plc系统的功能相关,而且还与功能实现的方法、编程水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者,在完成同一复杂功能时,其程序量可能相25%之多,所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。
plc的i/o点数的多少,在很大程度上反映了plc系统的功能要求,因此可在i/o点数确定的基础上,按下式估算存储容量以后,再加20%~30~裕量。
存储容量(字节)=开关量i/o点数*10+模拟量i/o通道数*100
另外,在存储容量选择的同时,注意对存储器的类型的选择。
③plc的i/o模块的选择
一般i/o模块的价格占plc价格的一半以上。plc的i/o模块有开关量i/o模块、模拟量i/o模块以及各种特殊功能模块等。不同的i/o模块,其电路及功能也直接影响plc的应用范围和价格,应当根据实际需要加以选择。
1)开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号。将信号转换成plc内部能接收的低电压信号,并实现plc内外信号的电气隔离。选择时主要应该考虑以下几个方面:
a 输入信号的类型及电压等级 开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短,还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接;交流输入模块可靠性好,适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。开关量输入模块的输入信号的电压等级有:直流5v、12v、24v、48v、60v等;交流110v、220v等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5v、12v、24v用于传输距离较近场合,如5v输入模块最远不得超过10米。距离较远的应该选用输入电压等级较高的模块。
b 输入接线方式 开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式,汇点式的开关量输入模块所有的输入点共用一个公共端(com);而分组式的开关量输入模块是将输入点分为若干组,每一组(几个输入点)有一个公共端,各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇总式的高,如果输入信号不需要分隔,一般选用汇总式。
c注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等),应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过点数60%。
d输入门槛电平 为了提高系统的可靠性,必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高,抗干扰的能力就越强,传输的距离也就越远,具体可参阅plc说明书。
2)开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将plc内部的低电压转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现plc内外信号的电气隔离。选择时主要考虑以下几个方面:
a 输出方式 开关量输出模块有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种方式。继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载又可以用于驱动直流负载,而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小,同时承受瞬时过电压和过电流的能力强,但其属于有触点元件,动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不得超过1hz)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载,应该选用晶体管或者是晶闸管输出,他们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。
b输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式,分组式输出是几个输出点为一组,一组共用一个公共端,各组之间是分隔的,可分别用于驱动不同电源的外部输出设备;分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端,各输出点之间相互隔离。选择时主要根据plc输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式plc既有分组式输出也有分隔式输出。
c驱动能力 开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于plc外部输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,可增加中间放大环节。
d 注意同时接通的输出点数量 选择开关量输出模块时,还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过电流值,如一个220v/2a的8点输出模块,每个输出点可承受2a电流,但输出公共端运行通过的电流不是16a(8*2a),通常情况下要比此值小很多。一般来说,同时接通的点数不要超过同一公共端输出点数的60%。
e输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 开关量输出模块的技术指标,它与不同的负载类型密切相关,特别是输出的最大电流。另外,晶闸管的最大输出电流随温度的升高会降低,在实际使用的时候应该注意。
3)模拟量i/o模块选择
模拟量i/o模块的主要功能是数据转换,并与plc内部总线相连,同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入(a/d)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成plc内部可接收的数字量;模拟量输出(d/a)模块是将plc内部的数字量转换成模拟量信号输出。典型的模拟量i/o模块的量程为-10v~+10v、0~+10v、4~20ma等,可根据实际选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。一些plc制造厂还提供特殊模拟量输入模块,可直接接收低电平信号(如rtd、热电偶)。
④特殊功能模块选择
目前,plc制造厂相继推出了一些具有特殊功能的i/o模块,有的还推出了自带cpu的智能i/o模块,如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、pid控制模块、通信模块。
⑤plc电源模块
电源模块选择仅对于模块式结构的plc而言,对于整体式plc不存在电源的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于cpu模块、i/o模块和其他特殊模块等消耗电流的总和,同时还应考虑今后i/o模块的扩展因素;电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。
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