電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用項(xiàng)目六

電控系統(tǒng)的PLC選擇項(xiàng)目描述思維導(dǎo)圖項(xiàng)目目標(biāo)任務(wù)1PLC電氣應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟任務(wù)2PLC的選擇電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用項(xiàng)目描述

隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和型號越來越多，功能也日趨完善。目前從國外引進(jìn)的及國內(nèi)廠商組裝或者自行開發(fā)的PLC產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號。不同PLC的結(jié)構(gòu)、形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法和價(jià)格等各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理地選擇PLC產(chǎn)品，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。在此，本項(xiàng)目先對PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟進(jìn)行介紹，再在此基礎(chǔ)上，從PLC機(jī)型、容量、I/O模塊、電源及其它外設(shè)五個(gè)方面講述PLC的選擇。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用思維導(dǎo)圖電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用項(xiàng)目目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解并掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和一般步驟2.了解PLC選擇時(shí)的注意事項(xiàng)，以及PLC應(yīng)用中的使用技巧與注意事項(xiàng)3.掌握PLC的機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇和電源模塊選擇的方法技能目標(biāo)1.能夠根據(jù)工藝過程和控制要求正確選用PLC2.能夠根據(jù)工藝過程和控制要求正確設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)、編寫程序并調(diào)試電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)1PLC電氣應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求和工藝需要，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，在設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：1）充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。4）應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號、I/O點(diǎn)數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)1PLC電氣應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟

設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)1PLC電氣應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：（一）熟悉被控對象，制定控制方案分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求。（二）確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入（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、信號指示燈等），據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（三）選擇PLC包括PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。（四）分配PLC的I/O地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕、選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號，列出輸入輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部I/O接線圖和編制程序。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)1PLC電氣應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：（五）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）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。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，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。其中，PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟如下：1）對于較復(fù)雜系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)的功能圖；對于簡單

的控制系統(tǒng)也可省去這一步。2）設(shè)計(jì)梯形圖程序。3）根據(jù)梯形圖編寫指令表程序。4）對程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。其中，硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工的步驟如下：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）控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖。3）根據(jù)圖樣進(jìn)行現(xiàn)場接線，并檢查。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)1PLC電氣應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：（六）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)。開始時(shí)，先帶上輸出設(shè)備（接觸器線圈、信號指示燈等），不帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試。利用編程器的監(jiān)控功能，采用分段調(diào)試的方法進(jìn)行。各部分都調(diào)試正常后，再帶上實(shí)際負(fù)載運(yùn)行。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不需要修改應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。（七）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。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國等引進(jìn)的PLC產(chǎn)品和國內(nèi)廠家組裝自行開發(fā)的產(chǎn)品，已有幾十個(gè)、上百種型號。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC,對于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。

下面從PLC的機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、電源模塊選擇等方面分別加以介紹。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇PLC的機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價(jià)格比。（一）合理的結(jié)構(gòu)型式整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對較小，所以一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，I/O點(diǎn)數(shù)量、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面，選擇余地較大。維修時(shí)只要更換模塊，判斷故障的范圍也很方便。因此，模塊式PLC一般適用于較復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場合。（二）安裝方式的選擇

根據(jù)PLC安裝方式，系統(tǒng)分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式和多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低。大型系統(tǒng)經(jīng)常采用遠(yuǎn)程I/O式，因?yàn)樗鼈兊难b置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在I/O裝置附近，I/O連線比集中式的短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源。多臺聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC,但必須要附加通信模塊。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇PLC的機(jī)型選擇（三）相當(dāng)?shù)墓δ芤笠话阈⌒停ǖ蜋n）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A單元、具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般大型機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。（四）響應(yīng)速度的要求PLC的掃描工作方式引起的延遲可達(dá)2～3個(gè)掃描周期。對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說，PLC的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不是主要問題。然而對于某些個(gè)別場合，則要求考慮PLC速度。為了減少PLC的I/O響應(yīng)的延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的PLC，或選用具有高速I/O處理功能指令的PLC,或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇PLC的機(jī)型選擇（五）系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。（六）機(jī)型統(tǒng)一一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮以下三個(gè)方面的問題：1)同一機(jī)型的PLC,其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。2)同一機(jī)型的PLC,其編程方法相同，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。3)同一機(jī)型的PLC,其外圍設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于成一個(gè)多級分布式控制系統(tǒng)。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇PLC的容量選擇PLC的容量包括I/O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲容量兩個(gè)方面。（一）I/O點(diǎn)數(shù)PLC的I/O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定的備用量。

通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實(shí)際需要再加上10%～15％的備用量來確定。（二）用戶存儲容量

用戶存儲容量是指PLC用于存儲用戶程序的存儲器容量。需要的用戶存儲容量的大小由用戶程序的長短決定。

一般可按下式估算，再按實(shí)際需要留適當(dāng)?shù)挠嗔?20%～30%）來選擇。存儲容量＝開關(guān)量I/O點(diǎn)總數(shù)×10＋模擬量通道數(shù)×100絕大部分PLC均能滿足上式要求。應(yīng)當(dāng)要注意的是：當(dāng)控制系統(tǒng)較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大時(shí)，可能會出現(xiàn)存儲容量不夠的問題，這時(shí)應(yīng)特殊對待。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇I/O模塊的選擇一般I/O模塊的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上。不同的I/O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格。下面僅介紹有關(guān)開關(guān)量I/O模塊的選擇。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇I/O模塊的選擇（一）開關(guān)量輸入模塊的選擇PLC的輸入模塊是用來檢測接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的信號，并將輸入的信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號。1）輸入信號的類型及電壓等級的選擇

常用的開關(guān)量輸入模塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。選擇時(shí)一般根據(jù)現(xiàn)場輸入信號及周圍環(huán)境來考慮。

交流輸入模塊接觸可靠，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用；直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接。PLC的開關(guān)量輸入模塊按輸入信號的電壓大小分類有：直流5V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場合。如：5V的輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過10m距離，較遠(yuǎn)的應(yīng)選用電壓等級較高的模塊。2）輸入接線方式選擇

按輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種，如圖6-1所示。匯點(diǎn)式輸入模塊的所有輸入點(diǎn)只共用一個(gè)公共端；而分組式輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）共用一個(gè)公共端COM,各組之間是分隔的。分組式輸入的每點(diǎn)平均價(jià)格較高。如果輸入信號之間不需要分開，應(yīng)選用匯點(diǎn)式。3）注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊（如32點(diǎn)、48點(diǎn)等），應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60%。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇I/O模塊的選擇a)匯點(diǎn)式輸入

b)分組式輸入

圖6-1輸入的接線方式a)分組式輸出b)分隔式輸出圖

6-2輸出的接線方式電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇I/O模塊的選擇（二）開關(guān)量輸出模塊的選擇

輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換為外部輸出設(shè)備所需的驅(qū)動信號。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮負(fù)載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對延遲時(shí)間的要求、負(fù)載狀態(tài)變化是否頻繁等。1）輸出方式的選擇

開關(guān)量輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)。但它屬于有觸點(diǎn)元件，其動作速度較慢、壽命短，可靠性較差，因此只能適用于不頻繁通斷的場合。如果用于驅(qū)動感性負(fù)載時(shí)，其觸點(diǎn)動作頻率不超過1Hz。對于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用雙向晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點(diǎn)元件。但雙向晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。2）輸出接線方式的選擇

按PLC的輸出接線方式的不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種，如圖6-2所示。分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，共用一個(gè)公共端，各組之間是分隔的，可分別使用不同的電源。而分隔式輸出的每一個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離，每個(gè)輸出點(diǎn)可使用不同的電源。主要應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的電源種類的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇I/O模塊的選擇（二）開關(guān)量輸出模塊的選擇

3）輸出電流的選擇輸出模塊的輸出電流（驅(qū)動能力）必須大于負(fù)載的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流的大小選擇模塊的輸出電流。如果實(shí)際負(fù)載電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。4）注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量選擇輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)接通輸出的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。如一個(gè)220V/2A的8點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可以通過2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流不是16A(8×2)，通常要比此值小得多。一般來說，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60%。5）輸出的最大負(fù)載電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用任務(wù)2PLC的選擇電源模塊及其他外設(shè)的選擇