PLC的可靠性很高,但环境的影响及内部元件的老化等因素,也会造成PLC不能正常工作。如果等到PLC报警或故障发生后再去检查、修理,总归是被动的。如果能经常定期地做好维护、检修,就可以做到系统始终工作在佳状态下。因此,定期检修与做好日常维护是非常重要的。一般情况下检修时间以每6个月至一年1次为宜,当外部环境条件较差时,可根据具体情况缩短检修间隔时间。
1.确定系统运行方式与控制方式。PLC可构成各种各样的控制系统,如单机控制系统、集中控制系统等。在进行应用系统设计时,要确定系统的构成形式。
2.选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。这些设备属于一般的电气元件,其选择的方法属于其他课程的内容。
3.PLC的选择。PLC是控制系统的核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济指标起着重要的作用。选择PLC应包括机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块选择等。
4.分配I/0点,绘制I/0连接图,必要时还须设计控制台(柜)。
5.设计控制程序。控制程序是整个系统工作的软件,是保证系统正常、安全、可靠的关键。因此控制系统的程序应经过反复调试、修改,直到满足要求为止。
6.编制控制系统的技术文件,包括说明书、电气原理图及电气元件明细表、I/0连接图、I/O地址分配表、控制软件。
1 机型的选择
PLC机型选择的基本原则是,在功能满足要求的前提下,选择可靠、维护使用方便以及性能价格比的优化机型。
在工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合,建议选用整体式结构的PLC;其它情况则好选用模块式结构的PLC。
对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中,一般其控制速度无须考虑,因此,选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。
而在控制比较复杂,控制功能要求比较高的工程项目中(如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等),可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象,表1列出了PLC的几种功能选择。
表1 PLC的功能及应用场合
序 号 | 应用对象 | 功 能 要 求 | 应 用 场 合 |
1 | 替代继电器 | 继电器触点输入/输出、逻辑线圈、定时器、计数器 | 替代传统使用的继电器,完成条件控制和时序控制功能 |
2 | 数学运算 | 四则数学运算、开方、对数、函数计算、双倍精度的数学运算 | 设定值控制、流量计算;PID调节、定位控制和工程量单位换算 |
3 | 数据传送 | 寄存器与数据表的相互传送等 | 数据库的生成、信息管理、BAT-CH(批量)控制、诊断和材料处理等 |
4 | 矩阵功能 | 逻辑与、逻辑或、异或、比较、置位(位修改)、移位和变反等 | 这些功能通常按“位”操作,一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理等 |
5 | 高级功能 | 表与块间的传送、校验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、PID调节等 | 通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器等 |
6 | 诊断功能 | PLC的诊断功能有内诊断和外诊断两种。内诊断是PLC内部各部件性能和功能的诊断,外诊断是*处理机与I/O模块信息交换的诊断 | -- |
7 | 串行接口(RS-232C) | 一般中型以上的PLC都提供一个或一个以上串行标准接口(RS-232C),以例连接打印机、CRT、上位计算机或另一台PLC | -- |
8 | 通信功能 | 现在的PLC能够支持多种通信协议。比如现在比较流行的工业以太网等 | 对通信有特殊要求的用户 |
对于一个大型企业系统,应尽量做到机型统一。这样,同一机型的PLC模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理;同时,其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发;此外,由于其外部设备通用,资源可以共享,因此,配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统,这样便于相互通信,集中管理。
2 输入/输出的选择
PLC是一种工业控制系统,它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程,工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。
通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数,并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程,从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离,为了确保这些信息的正确无误,PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要,一般情况下,PLC都有许多I/O接口模块,包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块,使用时应根据它们的特点进行选择。
2.1 确定I/O点数
根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时应再增加10%~20%的备用量,以便随时增加控制功能。对于一个控制对象,由于采用的控制方法不同或编程水平不同,I/O点数也应有所不同。
表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。
2.2 开关量输入/输出
通过标准的输入/输出接口可从传感器和开关(如按钮、限位开关等)及控制(开/关)设备(如指示灯、报警器、电动机起动器等)接收信号。典型的交流输入/输出信号为24~240V,直流输入/输出信号为5~240V。
尽管输入电路因制造厂家不同而不同,但有些特性是相同的。如用于错误信号的抖动电路;免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外,大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。
在评估离散输出时,应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多,但可能比在外部安装熔丝耗资要少。
2.3 模拟量输入/输出
模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力,并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为-10~+10V、0~+10V、4~20mA或10~50mA。
一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口,因而可接收低电平信号如RTD、热电偶等 。一般来说,这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混号。
2.4 特殊功能输人/输出
在选择一台PLC时,用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定如定位、快速输入、频率等 。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据,从而使CPU从耗时的任务处理中解脱出来。
2.5 智能式输入/输出
当前,PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入/输出模块。一般智能式输入/输出模块本身带有处理器,可对输入或输出信号作预先规定的处理,并将处理结果送入CPU或直接输出,这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。
智能式输入/输出模块有高速计数器(可作加法计数或减法计数)、凸轮模拟器(用作**编码输人)、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII/BASIC处理器、RS—232C/422接口模块等。表3归纳了选择I/O模块的一般规则。
表3 选择PLC的I/O接口模块的一般规则
I/O模块类型 | 现场设备或操作(举例) | 说 明 |
离散输入模块和I/O模块 | 选择开关、按钮、光电开关、限位开关、电路断路器、接近开关、液位开关、电动机起动器触点、继电器触点、拨盘开关 | 输入模块用于接收ON/OFF或OPENED/CLOSED(开/关)信号,离散信号可以是直流的,也可以是交流的 |
离散输出模块和I/O模块 | 报警器、控制继电器、风扇、指示灯,扬声器、阀门、电动机起动器、电磁线圈 | 输出模块用于将信号传递到ON/OFF或OPENED/CLOSED(开/关)设备。离散信号可以是交流或直流 |
模拟量输入模块 | 温度变送器、压力变送器、湿度变送器、流量变送器、电位器 | 将连续的模拟量信号转换成PLC处理器可接受的输入值 |
模拟量输出模块 | 模拟量阀门、执行机构、图表记录器、电动机驱动器、模拟仪表 | 将PLC处理器的输出转为现场设备使用的模拟量信号(通常是通过变送器进行) |
特种I/O模块 | 电阻、电偶、编码器、流量计、I/O通信、ASCII、RF型设备、称重计、条形码阅读器、标签阅读器、显示设备 | 通常用作位置控制、PID和外部设备通信等专门用途 |
3 PLC存储器类型及容量选择
PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成,存储容量则随机器的大小变化,一般小型机的大存储能力低于6kB,中型机的大存储能力可达64kB,大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型,必要时也可专门进行存储器的扩充设计。
PLC的存储器容量选择和计算的一种方法是:根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。二种为估算法,用户可根据控制规模和应用目的,按照表4的公式来估算。为了使用方便,一般应留有25%~30%的裕量,获取存储容量的佳方法是生成程序,即用了多少字。知道每条指令所用的字数,用户便可确定准确的存储容量。表4同时给出了存储器容量的估算方法。
表4 控制目的估算存储器容量的方法
控制目的 | 公 式 | 说 明 |
代替继电路 | M=Km(10DI+5D0) | DI为数字(开关)量输入信号;Do为数字(开关)量输出信号;AI为模拟量输入信号;Km为每个接点所点存储器字节数;M为存储器容量 |
模拟量控制 | M=Km(10DI+5Do+100AI) | |
多路采样控制 | M=Km |
4 软件选择
在系统的实现过程中,PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。通常情况下,一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是,有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如,一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。