PLC控制系統(tǒng)設計要點

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在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PLC控制系統(tǒng)設計時應該注意的問題。

　　硬件選購目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic，德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技術人員選用PLC的重要原因。那么，如何選購PLC產(chǎn)品呢？

　　1、系統(tǒng)規(guī)模首先應確定系統(tǒng)用PLC單機控制，還是用PLC形成網(wǎng)絡，由此計算PLC輸入、輸出點。數(shù)，并且在選購PLC時要在實際需要點數(shù)的基礎上留有一定余量（10%）。

　　2、確定負載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。

　　3、存儲容量與速度盡管國外各廠家的PLC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PLC價格就越高，但應該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用PLC產(chǎn)品。

　　4、編程器的選購PLC編程可采用三種方式：

　　一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價也較低。

　　一是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應用自如，但該編程器價格較高。

　　一是用IBM個人計算機加PLC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PLC開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試。

　　因此，應根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購PLC產(chǎn)品。

　　5、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術支持好，一般售后服務也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴展與軟件升級。

　　一、輸入回路的設計

　　1、電源回路PLC供電電源一般為AC85—240V（也有DC24V），適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。

　　2、PLC上DC24V電源的使用各公司PLC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施（因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行）。

　　3、外部DC24V電源若輸入回路有DC24V供電的接近開關、光電開關等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與PLC的DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PLC的運行。

　　4、輸入的靈敏度各廠家對PLC的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司F7n系列PLC的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4.5mA，關斷電流小于1.5mA，因此，當輸入回路串有二極管或電阻（不能完全啟動），或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時（不能完全切斷），就會有誤動作，靈敏度下降，對此應采取措施。另一方面，當輸入器件的輸入電流大于PLC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的PLC，Bp輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出PLC的輸入端。

　　二、輸出回路的設計

　　1、各種輸出方式之間的比較

　?。?）繼電器輸出：

　　優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達1000萬次以上，響應時間為10ms.

　?。?）晶閘管輸出：

　　帶負載能力為0.2A/點，只能帶交流負載，可適應高頻動作，響應時間為1ms.

　　（3）晶體管輸出：

　　最大優(yōu)點是適應于高頻動作，響應時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶DC5—30V的負載，最大輸出負載電流為0.5A/點，但每4點不得大于0.8A.

　　當你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應首選繼電器輸出，因其電路設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PLC輸出驅(qū)動達林頓三極管（5—10A），再驅(qū)動負載，可大大減小。

　　2、抗干擾與外部互鎖當PLC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC.當兩個物理量的輸出在PLC內(nèi)部已進行軟件互鎖后，在PLC的外部也應進行互鎖，以加強系統(tǒng)的可靠性。

　　3、“GOM”點的選擇不同的PLC產(chǎn)品，其“COM”點的數(shù)量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶2個或1個輸出點的。當負載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的PLC產(chǎn)品；當負載數(shù)量多而種類少時，采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PLC產(chǎn)品。這樣會對電路設計帶來很多方便，每個“COM”點處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點輸出的加5—10A的熔絲，因PLC內(nèi)部一般沒有熔絲。

　　4、PLC外部驅(qū)動電路對于PLC輸出不能直接帶動負載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動電路：可以用三極管驅(qū)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動，同時應采用保護電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管（LED）指示。印制板應做成插拔式，易于維修。

　　PLC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。

　　三、擴展模塊的選用

　　對于小的系統(tǒng)，如80點以內(nèi)的系統(tǒng)。一般不需要擴展；當系統(tǒng)較大時，就要擴展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴展模塊的數(shù)量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關的技術手冊。

　　各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。PLC的這種模塊化設計為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。

　　四、PLC的網(wǎng)絡設計

　　當用PLC進行網(wǎng)絡設計時，其難度比PLC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則，不能適應你的實時要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。

　　最后，還要向PLC的商家尋求網(wǎng)絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料，至于選用幾層工作站，依你的系統(tǒng)大小而定。

　　五、軟件編制

　　在編制軟件前，應首先熟悉所選用的PLC產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個動作正常后，再在設備上調(diào)試。