PLC控制系統(tǒng)設計的要點

黃一鈁

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：
　　
　　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,。
　　
　　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,。
　　
　　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

　�,。�1）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ffice:smarttags" />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,。
　　
　　（2）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 DC 5—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)絡結構,；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。編程結束后先空調(diào)程序,，待各個動作正常后,，再在設備上調(diào)試。