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控制係統中選擇PLC的一般方法

關鍵詞：PLC I/O 選擇開關量模擬量數字量

隨著ＰＬＣ的推廣普及，ＰＬＣ產品的種類和數量越來越多，而且功能也日趨。近年來，從美國、日本、德國等國引進的ＰＬＣ產品及國內廠家組裝或自行開發的產品已有幾十個係列、上百種型號。ＰＬＣ的品種繁多，其結構型式、性能、容量、指令係統、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側重。因此，合理選擇ＰＬＣ，對於提高ＰＬＣ在控制係統中的應用起著重要作用。

１　機型的選擇

ＰＬＣ機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇可靠、維護使用方便以及性能價格比的優化機型。

在工藝過程比較固定、環境條件較好（維修量較小）的場合，建議選用整體式結構的ＰＬＣ；其它情況則好選用模塊式結構的ＰＬＣ。

對於開關量控制以及以開關量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶Ａ／Ｄ轉換、Ｄ／Ａ轉換、加減運算、數據傳送功能的低檔機就能滿足要求。

而在控制比較復雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現ＰＩＤ運算、閉環控制、通信聯網等），可視控制規模及復雜程度來選用或機。其中機主要用於大規模過程控制、全ＰＬＣ的分布式控制係統以及整個工廠的自動化等。根據不同的應用對象，表１列出了ＰＬＣ的幾種功能選擇。

輸入／輸出的選擇

ＰＬＣ是一種工業控制係統，它的控制對象是工業生產設備或工業生產過程，工作環境是工業生產現場。它與工業生產過程的聯係是通過Ｉ／Ｏ接口模塊來實現的。

通過Ｉ／Ｏ接口模塊可以檢測被控生產過程的參數，並以這些現場數據作為控制信息對被控對象進行控制。同時通過Ｉ／Ｏ接口模塊將控制器的處理結果送給被控設備或工業生產過程，從而驅動執行機構來實現控制。ＰＬＣ從現場收集的信息及輸出給外部設備的控制信號都需經過距離，為了確保這些信息的正確無誤，ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ接口模塊都具有較好的抗幹擾能力。根據實際需要，一般情況下，ＰＬＣ都有許多Ｉ／Ｏ接口模塊，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時應根據它們的特點進行選擇。

２．１確定Ｉ／Ｏ點數

根據控制係統的要求確定所需要的Ｉ／Ｏ點數時𡊨應再增加１０％～２０％的備用量，以便隨時增加控制功能。對於一個控制對象，由於採用的控制方法不同或編程水平不同，Ｉ／Ｏ點數也應有所不同。

表２列出了典型傳動設備及常用電氣元件所需的開關量的Ｉ／Ｏ點數。

開關量輸入／輸出

通過標準的輸入／輸出接口可從傳感器和開關（如按鈕、限位開關等）及控制（開／關）設備（如指示燈、報好器、電動機起動器等）接收信號。典型的交流輸入／輸出信號為２４～２４０Ｖ，直流輸入／輸出信號為５～２４０Ｖ。

盡管輸入電路因制造廠家不同而不同，但有些特性是相同的。如用於錯誤信號的抖動電路；免於較大瞬態過電壓的浪涌保護電路等。此外，大多數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有可選的隔離電路。

在評估離散輸出時，應考慮熔絲、瞬時浪涌保護和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開始時花費較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。

２．３模擬量輸入／輸出

模擬量輸入／輸出接口一般用來感知傳感器產生的信號。這些接口可用於測量流量、溫度和壓力，並可用於控制電壓或電流輸出設備。這些接口的典型量程為－１０～＋１０Ｖ、０～＋１０Ｖ、４～２０ｍＡ或１０～５０ｍＡ。

一些制造廠家在ＰＬＣ上設計有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號𣸹如ＲＴＤ、熱電偶等　。一般來說，這類接口模塊可用於接收同一模塊上不同類型的熱電偶或ＲＴＤ混合信號。

２．４特殊功能輸人／輸出

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準Ｉ／Ｏ實現的Ｉ／Ｏ限定𣸹如定位、快速輸入、頻率等　。此時用戶應當考慮供銷廠商是否提供有特殊的有助於大限度減小控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現場數據，從而使ＣＰＵ從耗時的任務處理中解脫出來。

２．５智能式輸入／輸出

當前，ＰＬＣ的生產廠家相繼推出了一些智能式的輸入／輸出模塊。一般智能式輸入／輸出模塊本身帶有處理器，可對輸入或輸出信號作預先規定的處理，並將處理結果送入ＣＰＵ或直接輸出，這樣可提高ＰＬＣ的處理速度並節省存儲器的容量。

智能式輸入／輸出模塊有高速計數器（可作加法計數或減法計數）、凸輪模擬器（用作編碼輸人）、帶速度補償的凸輪模擬器、單回路或多回路的ＰＩＤ調節器、ＡＳＣＩＩ／ＢＡＳＩＣ處理器、ＲＳ—２３２Ｃ／４２２接口模塊等。表３歸納了選擇Ｉ／Ｏ模塊的一般規則。

ＰＬＣ存儲器類型及容量選擇

ＰＬＣ係統所用的存儲器基本上由ＰＲＯＭ、Ｅ-ＰＲＯＭ及ＰＡＭ三種類型組成，存儲容量則隨機器的大小變化，一般小型機的大存儲能力低於６ｋＢ，中型機的大存儲能力可達６４ｋＢ，大型機的大存儲能力可上兆字節。使用時可以根據程序及數據的存儲需要來選用合適的機型，必要時也可專門進行存儲器的擴充設計。

ＰＬＣ的存儲器容量選擇和計算的種方法是：根據編程使用的節點數計算存儲器的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據控制規模和應用目的，按照表４的公式來估算。為了使用方便，一般應留有２５％～３０％的裕量，獲取存儲容量的佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字數，用戶便可確定準確的存儲容量。表４同時給出了存儲器容量的估算方法。

軟件選擇

在係統的實現過程中，ＰＬＣ的編程問題是非常重要的。用戶應當對所選擇ＰＬＣ產品的軟件功能有所了解。通常情況下，一個係統的軟件總是用於處理控制器具備的控制硬件的。但是，有些應用係統也需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一個應用係統可能包括需要復雜數學計算和數據處理操作的特殊控制或數據採集功能。指令集的選擇將決定實現軟件任務的難易程度。可用的指令集將直接影響實現控制程序所需的時間和程序執行的時間。

５　支撐技術條件的考慮

選用ＰＬＣ時，有無支撐技術條件同樣是重要的選擇依據。支撐技術條件包括下列內容：

（１）編程手段

●便攜式簡易編程器主要用於小型ＰＬＣ，其控制規模小，程序簡單，可用簡易編程器。

●ＣＲＴ編程器適用於大中型ＰＬＣ，除可用於編制和輸入程序外，還可編輯和打印程序文本。

●由於ＩＢＭ—ＰＣ已得到普及推廣，ＩＢＭ—ＰＣ及其兼容機編程軟件包是ＰＬＣ很好的編程工具。目前，ＰＬＣ廠商都在致力於開發適用自己機型的ＩＢＭ—ＰＣ及其兼容機編程軟件包，並獲得了成功。

（２）進行程序文本處理

●簡單程序文本處理以及圖、參量狀態和位置的處理，包括打印梯形邏輯；

●程序標注，包括觸點和線圈的賦值名、網絡注釋等，這對用戶或軟件工程師閱讀和調試程序非常有用。

●圖形和文本的處理。

（３）程序儲存方式

對於技術資料檔案和備用資料來說，程序的儲存方法有磁帶、軟磁盤或ＥＥＰＲＯＭ存儲程序盒等方式，具體選用哪種儲存方式，取決於所選機型的技術條件。

（４）通信軟件包

對於網絡控制結構或需用上位計算機管理的控制係統，有無通信軟件包是選用ＰＬＣ的主要依據。通信軟件包往往和通信硬件一起使用，如調制解調器等。

６　ＰＬＣ的環境適應性

由於ＰＬＣ通常直接用於工業控制，生產廠都把它設計成能在惡劣的環境條件下可靠地工作。盡管如此，每種ＰＬＣ都有自己的環境技術條件，用戶在選用時，特別是在設計控制係統時，對環境條件要給予充分的考慮。

一般ＰＬＣ及其外部電路（包括Ｉ／Ｏ模塊、輔助電源等）都能在表５所列的環境條件下可靠工作。