鄭州繼飛機(jī)電設(shè)備有限公司

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PLC硬件選型

PLC的選型是工程技術(shù)人員根據(jù)前期項(xiàng)目分析和項(xiàng)目難點(diǎn)的預(yù)期來選擇合適PLC，主要依據(jù)以下原則。

一、先特殊后一般原則

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)工程項(xiàng)目中制約PLC選型的因素主要集中在幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上，所以應(yīng)遵循先特殊后一般的原則選擇PLC。

所謂特殊即項(xiàng)目有哪些特殊的控制要求，不同控制類型有著不同的首要制約因素。如順序控制中，CPU的程序容量和I/O點(diǎn)的擴(kuò)展能力為PLC選型的主要因素。過程控制中，則以控制模擬量的數(shù)量和模擬量的精度作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行選型。在較為簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制中，PLC需要接收來自現(xiàn)場(chǎng)編碼器送回的位置信號(hào)并相應(yīng)地發(fā)出一定頻率的脈沖來控制伺服電機(jī)，因此PLC處理數(shù)據(jù)的速度、輸入端接收高速脈沖的能力和輸出端高速脈沖的發(fā)送能力將成為PLC選型的首要因素。而在大型復(fù)合項(xiàng)目中，需使用不同的PLC組網(wǎng)，因此PLC支持的網(wǎng)絡(luò)類型則成為PLC選型的首要因素。

工程技術(shù)人員需按照本項(xiàng)目的核心需求，將不同的控制要求按照從特殊到一般的順序進(jìn)行排列，如此選型將事半功倍，更可降低工程的整體難度。

二、由下至上原則

由下至上原則的目的是將PLC選型的性價(jià)比大化。目前多數(shù)廠家的PLC產(chǎn)品分成多個(gè)系列。當(dāng)工程技術(shù)人員選型時(shí)，按照第yi步從特殊到一般的選型順序，從低款PLC開始，逐一對(duì)照性能參數(shù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不滿足要求時(shí)，考慮較高一款產(chǎn)品。以此類推，直至選取全部滿足要求的PLC型號(hào)。如若由上至下選型，則會(huì)使PLC功能浪費(fèi)，造成大馬拉小車。

三、PLC開關(guān)量輸入/輸出單元的選擇

PLC的開關(guān)量輸入點(diǎn)是用來接受現(xiàn)場(chǎng)傳感器所輸入的電平信號(hào)，開關(guān)時(shí)輸出點(diǎn)的作用根據(jù)內(nèi)部的控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

（1）開關(guān)量輸入端子的選擇?，F(xiàn)在市面上PLC輸入點(diǎn)均為晶體管輸入，使用者只需要根據(jù)前期預(yù)估的輸入點(diǎn)數(shù)量選擇即可。但是這里需要注意，因PLC端接線類型不同，分別有NPN和PNP兩種輸入方式，其意義是輸入端是以低電平有效還是以高電平有效，一旦確定輸入端的接線類型，則需選用相同類型輸入的傳感器，即NPN和PNP型的傳感器不能共用一個(gè)PLC的輸入端子。

現(xiàn)在市面上PLC輸入端子多為直流24V的輸入電壓，如果需要其將他電壓規(guī)格的傳感器接入到PLC，需用繼電器做相應(yīng)的隔離，保證接入PLC輸入端的信號(hào)為直流24V電壓。

（2）開關(guān)量輸出端子的選擇。PLC開關(guān)量輸出點(diǎn)的類型主要為繼電器型輸出和晶體管輸出兩種。

1）繼電器輸出型。繼電器輸出負(fù)載能力好，能夠短時(shí)間承受較高過電壓和過電流，有較強(qiáng)的隔離作用。但是由于繼電器內(nèi)部為機(jī)械觸點(diǎn)，動(dòng)作壽命有限，所以只能用于連接動(dòng)作頻率較低且不需要高速脈沖輸出的場(chǎng)合。

2）晶體管輸出型。晶體管型輸出是以通過控制其內(nèi)部三極管的導(dǎo)通為手段，來達(dá)到控制輸出端子通斷目的，并且其內(nèi)部并沒有機(jī)械觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，管城回族區(qū)電氣柜，所以相比于繼電器輸出觸點(diǎn)，晶體管輸出觸點(diǎn)壽命長(zhǎng)，動(dòng)作頻率高，不易損壞，缺點(diǎn)為負(fù)載能力較差。

（3）開關(guān)量輸出端子選型的注意事項(xiàng)

類似于輸入端，晶體管輸出端子也分為NPN型和PNP型兩種。一旦型號(hào)確定則只能按照同種接線方式連接負(fù)載。

在實(shí)際應(yīng)用中，建議工程技術(shù)人員多選用晶體管輸出型PLC，并在輸出端使用繼電器連接外部負(fù)載，形成對(duì)于下游負(fù)載設(shè)備的電氣隔離，這樣的組合綜合了晶體管壽命長(zhǎng)和繼電器負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。如果現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)電氣故障，PLC輸出端子將會(huì)因受到隔離繼電器保護(hù)而免受損壞，只需要更換損壞的繼電器即可。而一旦繼電器輸出型PLC端子損壞，將無法修復(fù)損壞端子。

四、先內(nèi)置后擴(kuò)展原則

隨著PLC的不斷更新?lián)Q代，特別是小型機(jī)功能的不斷增強(qiáng)，PLC單機(jī)已內(nèi)置了許多擴(kuò)展模塊的功能，如模擬量功能，通信功能等。因此，選型時(shí)盡可能選用內(nèi)置功能多的PLC，既降低了成本，又節(jié)省控制柜空間，更可以簡(jiǎn)化設(shè)置和編程工作量。

五、PLC選型冗余量的把握

由于前期預(yù)估、現(xiàn)場(chǎng)施工改動(dòng)和后期維護(hù)升級(jí)的需要，PLC選型需考慮一定的冗余量。主要考慮I/O點(diǎn)的數(shù)量，較小的工程控制在20%的冗余范圍；較大的工程控制在5%～10%。其它如模擬量，通信和總線功能的冗余問題，需工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)硬件配置靈活把握，如果控制功能均為PLC內(nèi)置的，則需更換高一級(jí)單機(jī)PLC；若控制功能是通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)的，則考慮冗余時(shí)僅需更新相應(yīng)模塊即可。

1. 分析被控對(duì)象

分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作(動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必須的保護(hù)和連鎖等)、操作方式(手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、單周期、單步等)

2. 確定輸入/輸出設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的輸入設(shè)備（如：按鈕、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等）。據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。

3. 選擇PLC

包括PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。

4. 分配I/O點(diǎn)

分配PLC的I/O點(diǎn)，畫出PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)表。（可結(jié)合第2步進(jìn)行）。

5. 設(shè)計(jì)軟件及硬件

進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制電路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。

其中PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟在上一課題中已進(jìn)行介紹。

其中硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工的步驟如下：

1) 設(shè)計(jì)控制柜及操作面板電器布置圖及安裝接線圖。

2) 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖。

3) 根據(jù)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并檢查。

6. 聯(lián)機(jī)調(diào)試

聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。

7. 整理技術(shù)文件

包括設(shè)計(jì)說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細(xì)表及使用說明書等。

PLC的學(xué)習(xí)需要循序漸進(jìn)，理論結(jié)合實(shí)際學(xué)習(xí)效率加倍。

如果現(xiàn)在有個(gè)項(xiàng)目，需要MODBUS控制五個(gè)變頻器，那該怎么辦？

也許你會(huì)說，這還不簡(jiǎn)單，把前面的通信程序復(fù)zhi五遍不就行了？理論上，這是可行的，但卻是不可行的，為什么呢？因?yàn)榇谠谕粫r(shí)間，只能進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交互。這個(gè)一次，是指一次讀或是寫操作。這就好比一個(gè)很窄的路口，一次只能通過一輛汽車，如果五輛汽車一起通過，勢(shì)必會(huì)引起堵塞，一輛也過不去，調(diào)試電氣柜，但我們需要過五輛怎么辦？那就需要交通燈或是交指揮交通，通信也一樣，也需要有交通燈或是交，而在MODBUS通信中，就需要我們自己來當(dāng)交，批發(fā)電氣柜，通過程序控制通信流程，這就是輪詢方式。

而MODBUS通信實(shí)現(xiàn)輪詢，有兩個(gè)常用的方法。

1 時(shí)間間隔法

所謂時(shí)間間隔法，就是每個(gè)操作分配一個(gè)固定的時(shí)間，比如第yi秒寫入頻率，第二秒讀取頻率，第三秒讀取電流，當(dāng)然，這個(gè)時(shí)間是要根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置的，我們看一個(gè)例子：

圖一時(shí)間間隔

如圖一所示，這是一個(gè)BLINK 和計(jì)數(shù)器兩個(gè)功能塊組成的程序，BLINK產(chǎn)生一個(gè)50毫秒的脈沖，而計(jì)數(shù)器對(duì)此脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值CV 也就是圖中黃色熒光筆部分，就會(huì)從1 到6每隔50毫秒遞增一次。這樣，就為每一次操作分配了50毫秒的時(shí)間。

圖二 利用時(shí)間間隔觸發(fā)通信

如圖二，紅色圓圈部分，當(dāng)數(shù)值等于1的時(shí)候，我們寫入地址0002，當(dāng)數(shù)值等于2的時(shí)候，我們讀取103，依次類推。黃色熒光筆部分是觸發(fā)路徑。

2 功能塊觸發(fā)法

功能塊觸發(fā)法，是利用功能塊的狀態(tài)參數(shù)來觸發(fā)下一次通信，也就是我在介紹通信的時(shí)候使用的BUSY信號(hào)。

圖三 利用BUSY信號(hào)觸發(fā)下一次讀寫

如圖三所示，當(dāng)寫入0002通信完成后，利用BUSY信號(hào)來觸發(fā)下一次通信，讀取103的值。圖中黃色熒光筆的部分，就是觸發(fā)路徑，當(dāng)上一個(gè)通信功能塊的BUSY信號(hào)產(chǎn)生下降沿的時(shí)候，證明這次通信已經(jīng)完成，安裝電氣柜，以此來觸發(fā)下一次通信

以上，就是兩種常用的輪詢方法，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，的方式就是兩者結(jié)合。利用時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔的設(shè)置就很講究，時(shí)間太短，可能通信還沒完成，時(shí)間太長(zhǎng)影響效率。而利用功能塊的BUSY信號(hào)，可以很好解決這個(gè)問題，但是，一旦一個(gè)環(huán)節(jié)通信出錯(cuò)，BUSY信號(hào)無法給出，就會(huì)造成后面的通信無法進(jìn)行，那么該如何結(jié)合呢？那就是用時(shí)間間隔來確定從站之間的通信間隔，而同一個(gè)從站的讀寫就用功能塊信號(hào)觸發(fā)，這樣即使通信有錯(cuò)誤，也只是影響一個(gè)從站。

我們?yōu)槊總€(gè)從站分配30毫秒的時(shí)間，那么輪詢10個(gè)從站只需要300毫秒，這基本能滿足我們的需求，而又能保證每個(gè)站的通信時(shí)間。因?yàn)槌^10個(gè)從站，就不建議用MODBUS通信了，那樣就要考慮使用總線了。而一個(gè)從站內(nèi)部，要讀寫多次的時(shí)候，就用BUSY信號(hào)觸發(fā)。這樣，即使一個(gè)從站通信出現(xiàn)問題，也不會(huì)影響下一個(gè)從站的通信。