PLC可編程邏輯器件的選擇方法

１　機(jī)型的選擇
ＰＬＣ機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿(mǎn)足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。
在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較小）的場(chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的ＰＬＣ；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的ＰＬＣ。
對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿(mǎn)足要求。
而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)ＰＩＤ運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全ＰＬＣ的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，表１列出了ＰＬＣ的幾種功能選擇。
表 1 PLC 的功能及應(yīng)用場(chǎng)合
序 號(hào)
應(yīng)用對(duì)象
功 能 要 求
應(yīng) 用 場(chǎng) 合

1
替代繼電器
繼電器觸點(diǎn)輸入 / 輸出、邏輯線(xiàn)圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器
替代傳統(tǒng)使用的繼電器，完成條件控制和時(shí)序控制功能

2
數(shù)學(xué)運(yùn)算
四則數(shù)學(xué)運(yùn)算、開(kāi)方、對(duì)數(shù)、函數(shù)計(jì)算、雙倍精度的數(shù)學(xué)運(yùn)算
設(shè)定值控制、流量計(jì)算； PID 調(diào)節(jié)、定位控制和工程量單位換算

3
數(shù)據(jù)傳送
寄存器與數(shù)據(jù)表的相互傳送等
數(shù)據(jù)庫(kù)的生成、信息管理、 BAT-CH （批量）控制、診斷和材料處理等

4
矩陣功能
邏輯與、邏輯或、異或、比較、置位（位修改）、移位和變反等
這些功能通常按“位”操作，一般用于設(shè)備診斷、狀態(tài)監(jiān)控、分類(lèi)和報(bào)警處理等

5
高級(jí)功能
表與塊間的傳送、校驗(yàn)和、雙倍精度運(yùn)算、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)、平方根、 PID 調(diào)節(jié)等
通信速度和方式、與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)器等

6
診斷功能
PLC 的診斷功能有內(nèi)診斷和外診斷兩種。內(nèi)診斷是 PLC 內(nèi)部各部件性能和功能的診斷，外診斷是中央處理機(jī)與 I/O 模塊信息交換的診斷
--

7
串行接口（ RS-232C ）
一般中型以上的 PLC 都提供一個(gè)或一個(gè)以上串行標(biāo)準(zhǔn)接口（ RS-232C ），以例連接打印機(jī)、 CRT 、上位計(jì)算機(jī)或另一臺(tái) PLC
--

8
通信功能
現(xiàn)在的 PLC 能夠支持多種通信協(xié)議。比如現(xiàn)在比較流行的工業(yè)以太網(wǎng)等
對(duì)通信有特殊要求的用戶(hù)

對(duì)于一個(gè)大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的ＰＬＣ模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理；同時(shí)，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開(kāi)發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)ＰＬＣ聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。
２　輸入／輸出的選擇
ＰＬＣ是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)Ｉ／Ｏ接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
通過(guò)Ｉ／Ｏ接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制信息對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。同時(shí)通過(guò)Ｉ／Ｏ接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，從而驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。ＰＬＣ從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離，為了確保這些信息的正確無(wú)誤，ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，一般情況下，ＰＬＣ都有許多Ｉ／Ｏ接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。
２．１ 確定Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)
根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)時(shí)應(yīng)再增加１０％～２０％的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能。對(duì)于一個(gè)控制對(duì)象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。
表２列出了典型傳動(dòng)設(shè)備及常用電氣元件所需的開(kāi)關(guān)量的Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)。
表 2 典型傳動(dòng)設(shè)備及常用電氣元件所需的開(kāi)關(guān)量的 I/O 點(diǎn)數(shù)
序 號(hào)
電氣設(shè)備、元件
輸入點(diǎn)數(shù)
輸出點(diǎn)數(shù)
序 號(hào)
電氣設(shè)備、元件
輸入點(diǎn)數(shù)
輸出點(diǎn)數(shù)

1
Y- 起動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī)
4
3
12
光電管開(kāi)關(guān)
2
-

2
單向運(yùn)行的籠型異步電動(dòng)機(jī)
4
1
13
信號(hào)燈
-
1

3
可逆運(yùn)行的籠型異步電動(dòng)機(jī)
5
2
14
撥碼開(kāi)關(guān)
4
-

4
單向變極電動(dòng)機(jī)
5
3
15
三檔波段開(kāi)關(guān)
3
-

5
可逆變極電動(dòng)機(jī)
6
4
16
行程開(kāi)關(guān)
1
-

6
單向運(yùn)行的直流電動(dòng)機(jī)
9
6
17
接近開(kāi)關(guān)
1
-

7
可逆運(yùn)行的直流電動(dòng)機(jī)
12
8
18
制動(dòng)器
-
1

8
單線(xiàn)圈電磁閥
2
1
19
風(fēng)機(jī)
-
1

9
雙線(xiàn)圈電磁閥
3
2
20
位置開(kāi)關(guān)
2
-

10
比例閥
3
5
21
單向運(yùn)行的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)
3
4

11
按鈕
1
-
22
可逆運(yùn)行的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)
4
5

２．２ 開(kāi)關(guān)量輸入／輸出
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入／輸出接口可從傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)／關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）接收信號(hào)。典型的交流輸入／輸出信號(hào)為２４～２４０Ｖ，直流輸入／輸出信號(hào)為５～２４０Ｖ。
盡管輸入電路因制造廠家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除錯(cuò)誤信號(hào)的抖動(dòng)電路；免于較大瞬態(tài)過(guò)電壓的浪涌保護(hù)電路等。此外，大多數(shù)輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設(shè)有可選的隔離電路。
在評(píng)估離散輸出時(shí)，應(yīng)考慮熔絲、瞬時(shí)浪涌保護(hù)和電源與邏輯電路間的隔離電路。熔絲電路也許在開(kāi)始時(shí)花費(fèi)較多，但可能比在外部安裝熔絲耗資要少。
２．３ 模擬量輸入／輸出
模擬量輸入／輸出接口一般用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。這些接口可用于測(cè)量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。這些接口的典型量程為－１０～＋１０Ｖ、０～＋１０Ｖ、４～２０ｍＡ或１０～５０ｍＡ。
一些制造廠家在ＰＬＣ上設(shè)計(jì)有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號(hào)如ＲＴＤ、熱電偶等。一般來(lái)說(shuō)，這類(lèi)接口模塊可用于接收同一模塊上不同類(lèi)型的熱電偶或ＲＴＤ混合信號(hào)。
２．４ 特殊功能輸人／輸出
在選擇一臺(tái)ＰＬＣ時(shí)，用戶(hù)可能會(huì)面臨一些特殊類(lèi)型且不能用標(biāo)準(zhǔn)Ｉ／Ｏ實(shí)現(xiàn)的Ｉ／Ｏ限定如定位、快速輸入、頻率等。此時(shí)用戶(hù)應(yīng)當(dāng)考慮供銷(xiāo)廠商是否提供有特殊的有助于最大限度減小控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而使ＣＰＵ從耗時(shí)的任務(wù)處理中解脫出來(lái)。
２．５ 智能式輸入／輸出
當(dāng)前，ＰＬＣ的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入／輸出模塊。一般智能式輸入／輸出模塊本身帶有處理器，可對(duì)輸入或輸出信號(hào)作預(yù)先規(guī)定的處理，并將處理結(jié)果送入ＣＰＵ或直接輸出，這樣可提高ＰＬＣ的處理速度并節(jié)省存儲(chǔ)器的容量。
智能式輸入／輸出模塊有高速計(jì)數(shù)器（可作加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)）、凸輪模擬器（用作絕對(duì)編碼輸人）、帶速度補(bǔ)償?shù)耐馆喣M器、單回路或多回路的ＰＩＤ調(diào)節(jié)器、ＡＳＣＩＩ／ＢＡＳＩＣ處理器、ＲＳ—２３２Ｃ／４２２接口模塊等。表３歸納了選擇Ｉ／Ｏ模塊的一般規(guī)則。
表 3 選擇 PLC 的 I/O 接口模塊的一般規(guī)則
I/O 模塊類(lèi)型
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或操作（舉例）
說(shuō) 明

離散輸入模塊和 I/O 模塊
選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、電路斷路器、接近開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、撥盤(pán)開(kāi)關(guān)
輸入模塊用于接收 ON/OFF 或 OPENED/CLOSED （開(kāi) / 關(guān)）信號(hào)，離散信號(hào)可以是直流的，也可以是交流的

離散輸出模塊和 I/O 模塊
報(bào)警器、控制繼電器、風(fēng)扇、指示燈，揚(yáng)聲器、閥門(mén)、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、電磁線(xiàn)圈
輸出模塊用于將信號(hào)傳遞到 ON/OFF 或 OPENED/CLOSED （開(kāi) / 關(guān)）設(shè)備。離散信號(hào)可以是交流或直流

模擬量輸入模塊
溫度變送器、壓力變送器、濕度變送器、流量變送器、電位器
將連續(xù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 處理器可接受的輸入值

模擬量輸出模塊
模擬量閥門(mén)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、圖表記錄器、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、模擬儀表
將 PLC 處理器的輸出轉(zhuǎn)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用的模擬量信號(hào)（通常是通過(guò)變送器進(jìn)行）

特種 I/O 模塊
電阻、電偶、編碼器、流量計(jì)、 I/O 通信、 ASCII 、 RF 型設(shè)備、稱(chēng)重計(jì)、條形碼閱讀器、標(biāo)簽閱讀器、顯示設(shè)備
通常用作位置控制、 PID 和外部設(shè)備通信等專(zhuān)門(mén)用途

３　ＰＬＣ存儲(chǔ)器類(lèi)型及容量選擇
ＰＬＣ系統(tǒng)所用的存儲(chǔ)器基本上由ＰＲＯＭ、Ｅ - ＰＲＯＭ及ＰＡＭ三種類(lèi)型組成，存儲(chǔ)容量則隨機(jī)器的大小變化，一般小型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力低于６ｋＢ，中型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可達(dá)６４ｋＢ，大型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可上兆字節(jié)。使用時(shí)可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要來(lái)選用合適的機(jī)型，必要時(shí)也可專(zhuān)門(mén)進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)。
ＰＬＣ的存儲(chǔ)器容量選擇和計(jì)算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲(chǔ)器的實(shí)際使用容量。第二種為估算法，用戶(hù)可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照表４的公式來(lái)估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有２５％～３０％的裕量，獲取存儲(chǔ)容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶(hù)便可確定準(zhǔn)確的存儲(chǔ)容量。表４同時(shí)給出了存儲(chǔ)器容量的估算方法。
表 4 控制目的估算存儲(chǔ)器容量的方法
控制目的
公 式
說(shuō) 明

代替繼電路
M=Km （ 10DI+5D0 ）
DI 為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入信號(hào)； Do 為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出信號(hào)； AI 為模擬量輸入信號(hào)； Km 為每個(gè)接點(diǎn)所點(diǎn)存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)； M 為存儲(chǔ)器容量

模擬量控制
M=Km(10DI+5Do+100AI)

多路采樣控制
M=Km[10DI+5Do+100AI+(1+ 采樣點(diǎn)× 0.25]

４　軟件選擇
在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，ＰＬＣ的編程問(wèn)題是非常重要的。用戶(hù)應(yīng)當(dāng)對(duì)所選擇ＰＬＣ產(chǎn)品的軟件功能有所了解。通常情況下，一個(gè)系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，有些應(yīng)用系統(tǒng)也需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實(shí)現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度。可用的指令集將直接影響實(shí)現(xiàn)控制程序所需的時(shí)間和程序執(zhí)行的時(shí)間。
５　支撐技術(shù)條件的考慮
選用ＰＬＣ時(shí)，有無(wú)支撐技術(shù)條件同樣是重要的選擇依據(jù)。支撐技術(shù)條件包括下列內(nèi)容：
（１）編程手段
●便攜式簡(jiǎn)易編程器主要用于小型ＰＬＣ，其控制規(guī)模小，程序簡(jiǎn)單，可用簡(jiǎn)易編程器。
●ＣＲＴ編程器適用于大中型ＰＬＣ，除可用于編制和輸入程序外，還可編輯和打印程序文本。
●由于ＩＢＭ—ＰＣ已得到普及推廣，ＩＢＭ—ＰＣ及其兼容機(jī)編程軟件包是ＰＬＣ很好的編程工具。目前，ＰＬＣ廠商都在致力于開(kāi)發(fā)適用自己機(jī)型的ＩＢＭ—ＰＣ及其兼容機(jī)編程軟件包，并獲得了成功。
（２）進(jìn)行程序文本處理
●簡(jiǎn)單程序文本處理以及圖、參量狀態(tài)和位置的處理，包括打印梯形邏輯；
●程序標(biāo)注，包括觸點(diǎn)和線(xiàn)圈的賦值名、網(wǎng)絡(luò)注釋等，這對(duì)用戶(hù)或軟件工程師閱讀和調(diào)試程序非常有用。
●圖形和文本的處理。
（３）程序儲(chǔ)存方式
對(duì)于技術(shù)資料檔案和備用資料來(lái)說(shuō)，程序的儲(chǔ)存方法有磁帶、軟磁盤(pán)或ＥＥＰＲＯＭ存儲(chǔ)程序盒等方式，具體選用哪種儲(chǔ)存方式，取決于所選機(jī)型的技術(shù)條件。
（４）通信軟件包
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)或需用上位計(jì)算機(jī)管理的控制系統(tǒng)，有無(wú)通信軟件包是選用ＰＬＣ的主要依據(jù)。通信軟件包往往和通信硬件一起使用，如調(diào)制解調(diào)器等。
６　ＰＬＣ的環(huán)境適應(yīng)性
由于ＰＬＣ通常直接用于工業(yè)控制，生產(chǎn)廠都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種ＰＬＣ都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶(hù)在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要給予充分的考慮。
一般ＰＬＣ及其外部電路（包括Ｉ／Ｏ模塊、輔助電源等）都能在表５所列的環(huán)境條件下可靠工作。
表 5 PLC 的工作環(huán)境
序 號(hào)
項(xiàng) 目
說(shuō) 明

1
濕度
工作溫度范圍為 0 ～ 55 ℃，最高為 60 ℃，貯存溫度范圍為 -40 ～ +85 ℃

2
濕度
相對(duì)濕度 5% ～ 95%＊ 無(wú)凝結(jié)霜）

3
振動(dòng)和沖擊
滿(mǎn)足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

4
電源
采用 220V 交流電源，允許變化范圍為 -15% ～ +15% ，頻率為 47 ～ 53Hz ，瞬間停電保持 10ms

5
環(huán)境
周?chē)諝獠荒芑煊锌扇夹浴⒈ㄐ院透g性氣體

７　結(jié)束語(yǔ)
隨著科技的不斷進(jìn)步，ＰＬＣ的種類(lèi)日益繁多，功能也逐漸增強(qiáng)。文章中盡管歸納了一些選用ＰＬＣ的方法，但在實(shí)際工作中還一定要依據(jù)實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以便設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足期望的控制系統(tǒng)。