plc控制系統(tǒng)的選型與安裝

在可編程序控制器（rc）的控制體系中，編程操作和構(gòu)建非常重要。工藝的特點以及用戶應用程序的要求是設計的主要基礎。由于PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量繁多,其結(jié)構(gòu)形式、容量、指令系統(tǒng)、價格等各不相同,適用場合也各有側(cè)重,因此合理地選擇PLC及其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),使其具備較高的性能價格比顯得非常重要;同時每種PLC都有自己的環(huán)境條件,良好的環(huán)境條件是PLC系統(tǒng)可靠運行的重要保證,用戶在設計PLC控制系統(tǒng)時,對環(huán)境條件應給予充分的考慮。1新控制結(jié)構(gòu)與方法的設計1.1輸出/輸出配方單機控制系統(tǒng)是指用一臺PLC控制一臺設備的系統(tǒng),其輸入/輸出點數(shù)和存儲器容量比較小,屬于一種小系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以選用任何類型的PLC作為控制器,但不宜將PLC的功能、I/O點數(shù)、存儲器容量等余量選得過大。1.2控制對象的選擇集中控制系統(tǒng)是用一臺PLC控制多臺設備。這種系統(tǒng)中,一般各控制對象所處地理位置比較集中,且相互之間的動作存在一定的順序關系,它適合于簡單的流水線控制。采用集中控制系統(tǒng)時,必須注意將I/O點數(shù)和存儲器容量選擇余量大些,以便增設控制對象。1.3plc之間的通訊分布式控制系統(tǒng)是指采用幾臺PLC分別獨立地控制某些設備,每一個控制對象設置一臺PLC,各PLC之間可通過信號傳遞進行內(nèi)部聯(lián)鎖、響應或發(fā)令等,或由上位機通過數(shù)據(jù)通信總線進行通信,其構(gòu)成如圖1a所示。這種系統(tǒng)多用于多臺生產(chǎn)線的控制,并且控制某設備的PLC即使停運,也不影響其他設備的運行。它適合于控制規(guī)模較大的工業(yè)現(xiàn)場。1.4遠程i/o控制系統(tǒng)的構(gòu)成當各控制對象地理位置比較分散,輸入/輸出線要引入PLC時,可采用I/O模塊組成的遠程I/O系統(tǒng)。系統(tǒng)中I/O模塊不與PLC放在一起,而是放在被控設備附近。遠程I/O機架與PLC之間通過同軸電纜或雙絞線連接并傳遞信息。由于不同廠家的不同型號的PLC允許使用的同軸電纜長度是不同的,選擇時必須按控制系統(tǒng)的需要選用。圖1b所示是遠程I/O控制系統(tǒng)的構(gòu)成,圖中系統(tǒng)使用了3個遠程I/O機架(A、B、C)和一個本地I/O機架(M)。需要說明的是:一個控制系統(tǒng)需要設置多少個遠程I/O機架(站),要視控制對象的分散程度和距離而定,同時也受所選PLC的限制。1.5就地plc控制系統(tǒng)遠程I/O控制系統(tǒng)中,遠程I/O機架僅裝I/O模塊,沒有程序,所有控制系統(tǒng)程序都存在PLC的存儲器中。如果用一臺PLC代替遠程I/O機架,則構(gòu)成了就地PLC控制系統(tǒng),如圖2所示。在這種控制系統(tǒng)中,每個控制對象(或鄰近的幾個控制對象)設置一臺具有控制程序的PLC,然后用一臺主PLC通過同軸電纜或其他通信電纜與就地PLC連接。就地PLC的功能是執(zhí)行控制任務,并將控制信息送給主PLC,主PLC接收各就地PLC的信息后,進行管理性質(zhì)的綜合控制,而不直接控制被控對象。2局部網(wǎng)設計原則選擇PLC時,不僅應考慮應用系統(tǒng)目前的需求,還應考慮未來發(fā)展的需要。如果選型時考慮周到,則今后擴充存儲器時只要安裝一個存貯器模塊即可,如果具有可用的通信接口,就能滿足增加外圍設備的需要。對局部網(wǎng)的考慮可允許在將來將單個控制器集成為一個廠級通信網(wǎng)。若未能合理估計現(xiàn)在和將來的目標,控制器系統(tǒng)會很快過時。PLC選型的基本原則是所選PLC能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要,一般從系統(tǒng)控制功能、PLC物理結(jié)構(gòu)、指令和編程方式、存儲量和響應時間、通信聯(lián)網(wǎng)功能等幾個方面綜合考慮。下面重點討論PLC輸入/輸出模塊的選擇方法。2.1輸出模塊及其接口輸入模塊將現(xiàn)場設備的信號進行檢測并轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的電平信號,按電壓分為交流式和直流式,按電路形式分為匯點輸入式和分隔輸入式。選擇輸入模塊時應考慮:輸入信號電壓的大小,信號傳輸?shù)木嚯x長短,是否需要隔離及采用何種方式隔離,內(nèi)部供電還是外部供電等問題。輸出模塊把PLC內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號,以驅(qū)動外部負載。輸入/輸出模塊是PLC與被控對象之間的接口,按照輸入/輸出信號的性質(zhì),一般可分為開關量(或數(shù)字量)和模擬量模塊。開關量輸入/輸出模塊也常稱為離散輸入/輸出模塊,其輸入/輸出信號可以是直流或交流的。開關量輸入模塊種類很多,按輸入點數(shù)有8、12、16、32點等,按工作電壓有直流5V、12V、24V、48V幾種,交流110V、220V兩種。選擇開關量輸入模塊時主要考慮以下幾點:(1)電壓等級的影響電壓等級主要根據(jù)現(xiàn)場檢測元件與模塊之間的距離來選擇。距離較遠時可選用較高電壓等級的模塊來提高系統(tǒng)的可靠性,以免信號衰減后造成誤差;距離較近時,可選擇電壓等級低一些的模塊,如5V、12V和24V等。(2)信號接口設備模塊密度主要根據(jù)分散在各處輸入信號的多少和信號動作的時間選擇。集中在一處的輸入信號盡可能集中在一塊或幾塊模塊上,以便于電纜安裝和系統(tǒng)調(diào)試。對于高密度輸入模塊,如32點或64點,可同時接通點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般情況下,同時接通點數(shù)最好不超過模塊總點數(shù)的60%,以保證輸入/輸出點承受負載能力在允許范圍內(nèi)。(3)電平的大小為了提高控制系統(tǒng)可靠性,必須考慮門檻電平的大小。所謂門檻電平,是指輸入點的接通電平和關斷電平的差值。門檻電平值越大,抗干擾能力越強,傳輸距離也就越遠。(4)集電極出分配的開關在PLC進行連接配線時,存在著不同程度的漏電流。如連接電纜和雙絞線的線路電容可能引起交流漏電;晶閘管截止時也會存在少量漏電流;帶LED指示的開關也可能會產(chǎn)生較大的漏電流。這些漏電流會像信號一樣輸入到輸入點去,形成干擾。解決的方法是在輸入端并聯(lián)適當?shù)碾娮韬碗娙?以降低輸入總阻抗。目前,許多型號的PLC內(nèi)部都提供DC24V電源,用做集電極開路傳感器的電源。但該電源容量較小,當用做本機輸入信號的工作電源時,需要考慮電源的容量。如果電源容量要求超出了內(nèi)部DC24V電源的定額,須采用外接電源,建議采用穩(wěn)壓電源。女人選擇開關量輸出模塊時,應考慮以下問題:晶閘管輸出模塊繼電器輸出方式價格便宜,使用電壓范圍廣,導通壓降小,承受瞬時過電壓和過電流的能力較強,且有隔離作用。但繼電器有觸點,壽命較短,且響應速度較慢,適用于動作不頻繁的交直流負載。當驅(qū)動電感性負載時,最大開閉頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出方式(交流)和晶體管輸出方式(直流)都屬于無觸點開關輸出,使用壽命長,適用于通斷頻繁的感性負載。對于開關頻率高、電感大、低功率因數(shù)的交流負載,可選用晶閘管輸出模塊;而對于開關頻率較高的直流負載,可選用晶體管輸出模塊。熔斷器的選用模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值,如果負載電流較大,輸出模塊不能直接驅(qū)動時,應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載、熱敏電阻負載,考慮到接通時有沖擊電流,要留有足夠的余量。選用輸出模塊時還應注意同時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共端所允許通過的電流值。為防止由于負載短路等原因而燒壞PLC的輸出模塊,輸出回路必須外加熔斷器作短路保護。對于繼電器輸出方式可選用普通熔斷器;對于晶體管輸出方式和晶閘管輸出方式,應選用快速熔斷器。女人模擬量模塊也包括輸入模塊和輸出模塊,模擬量輸入模塊把來自于傳感器或變送器的電量或非電量信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ秶鷥?nèi)的電壓或電流信號,所以它分為電壓型和電流型。電流型分為0~20mA、4~20mA兩種,電壓型分為1~5V、-10~+10V、0~5V等多種型號,輸入通道個數(shù)有2、4、8、16個等幾種。在選用時應注意外部物理量的輸入范圍,模擬通道循環(huán)掃描的時間和信號的連接方式。一般來說,電流型的抗干擾能力優(yōu)于電壓型。模擬量輸出模塊能輸出被控設備所需的電壓或電流,它的電壓型和電流型的型號與模擬量輸入模塊的大體相似。選用輸出模塊驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)時,中間有可能要增加必要的轉(zhuǎn)換裝置,同時還要注意信號的統(tǒng)一性和阻抗的匹配性。當前一些PLC生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能輸入/輸出模塊,如高速計數(shù)器、PID閉環(huán)控制模塊等,由于它們本身含有微處理器,因此可提高PLC的處理速度,節(jié)約存儲器容量。用戶可結(jié)合實際應用進行選擇使用。2.2plc/pc監(jiān)控系統(tǒng)對于簡單控制系統(tǒng),即僅需要開關量控制的設備,一般的小型PLC所具有的簡單運算、定時、計數(shù)等功能就可以滿足要求。如果還含有少量的模擬量控制,需要算術(shù)運算、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、BCD碼處理等功能的系統(tǒng),那么增強型小型PLC便可勝任。而對于復雜控制系統(tǒng),如大型生產(chǎn)線控制,因為它含有較多的開關量,模擬量的控制要求也較高,例如要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等,這時可考慮選擇大中型PLC。假若控制點多又分散,要求具有較快的響應速度和數(shù)據(jù)處理、分析決策等功能,就必須選用具備聯(lián)網(wǎng)通信功能的PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)。組成集散型或多級分布式的工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。例如,采用S7-300/400PLC或計算機作為上級,采用S7-300/200以及緊湊I/O站ET-200等作為下級組成分布式控制系統(tǒng)。采用高速通信網(wǎng)絡加上高速或高性能PLC的控制結(jié)構(gòu),是當前用于快速響應系統(tǒng)的可行性方案之一。女人根據(jù)生產(chǎn)應用的要求,對輸入/輸出點數(shù)少的控制系統(tǒng)可選用整體式結(jié)構(gòu);輸入/輸出點數(shù)較多、控制性能要求高的場合,可選擇模塊式結(jié)構(gòu)。需要指出的是同一企業(yè)或系統(tǒng)應盡量使用統(tǒng)一機型或同一生產(chǎn)廠家的PLC,這樣可減少備件的數(shù)量,PLC的外部設備和工具軟件(如編程器、EPROM寫入器、編程軟件)還可以共享,降低成本。2.3系統(tǒng)總投資低合理選擇I/O點數(shù)既可滿足系統(tǒng)的控制要求,又可使系統(tǒng)總投資最低。通常的做法是先把各輸入/輸出設備和被控設備詳細列出,然后再根據(jù)常用電氣元件所需PLC的I/O點數(shù),估算出實際I/O總點數(shù)。3新協(xié)議的安裝3.1容等器件PLC及其外部電路都是由半導體集成電路、晶體管和電阻、電容等元器件構(gòu)成的,溫度的變化將直接影響這些元器件的可靠性和壽命。PLC及其外部電路(I/O模塊、輔助電源等)可靠工作的環(huán)境溫度為0~55℃,保存溫度為-40~+85℃。(2)在極干上出現(xiàn)積極響應,易引起折PLC允許的相對濕度一般在35%~80%。濕度太高時,水分容易通過模塊上IC的金屬表面缺陷浸入內(nèi)部,引起內(nèi)部元件的惡化,印制板可能由于高壓或高浪涌電壓而引起短路。在極干燥的環(huán)境下,絕緣物體上可能帶靜電,特別是MOS集成電路,由于輸入阻抗高,可能由于靜電感應而損壞。PLC不運行時,溫度、濕度的急劇變化可能引起結(jié)露。結(jié)露后會使絕緣電阻大大降低,由于高壓的漏泄,可能會使金屬表面生銹。特別是交流220V、110V的輸入/輸出模塊,由于絕緣的惡化,可能產(chǎn)生預料不到的事故。(3)加速度、沖擊一般PLC能耐的振動和沖擊頻率為10~55Hz,振幅為0.5mm,加速度為2g,沖擊為10g(1g=10m/s2)。超過這個極限時,可能會引起電磁閥或斷路器誤動作、機械結(jié)構(gòu)松動、電氣部件損壞以及連接器的接觸不良等后果。(4)接觸不良情況周圍空氣中不能混有塵埃、導電性粉末、腐蝕性氣體、水分、油分、油霧、有機溶劑和鹽分等,否則會引起下列不良現(xiàn)象:塵?？赡芤鸾佑|不良,或使濾網(wǎng)的網(wǎng)眼堵住,使盤、柜內(nèi)溫度上升;導電性粉末可能引起誤動作,絕緣性能變差和短路等;油和油霧可能會引起接觸不良和腐蝕塑料;腐蝕性氣體和鹽分可能會引起印刷電路板的底板或引線腐蝕,造成繼電器或開關類的可動部件接觸不良。3.2該系統(tǒng)的改善措施3.2.1把控制系統(tǒng)嵌入空調(diào)室內(nèi)如果控制系統(tǒng)的環(huán)境溫度超過極限溫度55℃,盤、柜內(nèi)必須設置風扇,通過過濾器把自然風引入。有條件時還可把控制系統(tǒng)置于空調(diào)室內(nèi)。應防止陽光直射。當安裝有電阻器或電磁接觸器等發(fā)熱元件時,它們要遠離PLC或把PLC安裝在發(fā)熱體的下面。女人PLC的安裝都應考慮通風,PLC的上下都要像圖3所示的那樣留有100mm的距離,I/O模塊配線時要使用導線槽,以免妨礙通風。3.2.2設置加熱器電源溫度過低時,盤、柜內(nèi)可設置加熱器。冬季時這種加熱器特別有效,可使盤、柜內(nèi)溫度保持在0℃以上或在10℃左右。設置加熱器時要選擇適當?shù)臏囟葌鞲衅?以便在溫度高時自動切斷加熱器電源,低溫時自動接通電源。停止工作時,不要切斷控制器和I/O模塊電源,從而依賴其自身的發(fā)熱量使周圍溫度升高,特別是夜間低溫時,這種措施是很有效的。另外,在溫度急劇變化的場合,不要打開盤、柜的門,以防冷空氣進入。3.2.3合成劑、盤過氧若環(huán)境的濕度過大,盤、柜應設計成密封型,并放入吸濕劑,或把外部干燥空氣引入盤、柜內(nèi),印刷板上最好再覆蓋一層保護層,如噴松香水等。在濕度低即干燥的場合進行檢修時,人體盡量不接觸集成電路塊和電子元件,以防感應電損壞器件。3.2.4防振皮過氧在有振動和沖擊的場合,如果振動來自盤、柜之外,可對盤、柜采用防振橡皮,或遠離振源;如果振動來自盤、柜內(nèi),則把產(chǎn)生振動的設備移出,單獨設置,同時強固PLC、I/O模塊及印刷板等可產(chǎn)生松動的器件。3.2.5空氣空氣密封型結(jié)構(gòu)過氧如果周圍環(huán)境空氣不清潔,可將盤、柜設計成密封型結(jié)構(gòu),且打入高壓清潔空氣,使外界不清潔空氣不能進入盤、柜內(nèi)部。可在印制板表面涂一層保護層,如松香水等。3.3電纜槽架內(nèi)部分為了抑制通過輸入、輸出信號傳輸線引入的干擾,應注意以下幾點:女人(2)數(shù)字脈沖信號頻率較高,傳輸過程中易受外界干擾,應選用屏蔽電纜傳輸。(5)應盡量減小動力線與信號線平行敷設的長度,否則應增大兩者的距離。一般兩線間距離為20cm,當兩線平行敷設的長度在100~200m時,兩線間距離應在40cm以上;平行敷設的長度在200~300m時,兩線間距離應在60cm以上。(6)PLC的輸入、輸出線最好單獨敷設在封閉的電纜槽架內(nèi)(線槽外殼良好接地)。不同種類信號(如不同電壓等級、交流、直流等)的輸入、輸出線,不能放在同一根多心屏蔽電纜內(nèi)(引線部分更不許捆扎在一起),而且它們在槽架內(nèi)應隔開一定距離安放,屏蔽層應當接地。(7)對于輸入、輸出信號在300m以上的長距離場合,建議用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號或使用遠程I/O控制。3.4控制器的接地PLC和控制柜盤與大地之間存在著電位差,良好的接地可以減少由于電位差引起的干擾電流。混入電源和輸入/輸出信號線的干擾,可通過接地線引入大地,從