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一套完整的PLC應用係統設計(一)

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一套完整的PLC應用係統設計(一)

發布日期:2018-03-07 作者: 點擊:

項目分析需要對項目的生產工藝、工作環境、硬件需求和控製要求等方麵進行全麵分析。這項工作是整個係統設計的基礎。如果前期項目分析不到位,將會造成後麵硬件選型不準確,導致工程延期。


工程技術人員首先要對工程項目進行分析,即項目工程的控製流程和每個流程的控製類型,並對整個項目可能出現問題做出預判。


(1) 分析控製流程。分析控製流程時,建議繪製相關的控製流程圖,清晰的標注每一步工作的內容和到下一步的條件。


(2) 分析控製類型和預估PLC選型所需參數。一般PLC適用於四種控製類型,即順序控製,過程控製,運動(或位置)控製和網絡通信等。工程技術人員在分析控製要求後,根據繪製的控製流程圖,將每個控製流程的控製類型進行分類,再根據項目的複雜程度將組合出控製類型,因此前期準確地分析每一步的控製類型,將有助於選型的準確和問題的預估。


在分析項目控製類型的同時,工程技術人員還要預估PLC選型所需要的重要參數值。


如順序控製中的I/O點數;若使用編碼器,要根據編碼器的參數計算其輸出脈衝的頻率值,進而換算成PLC高速計數的脈衝頻率。再如,過程控製中模擬量數和模擬量精度、運動控製中PLC對於伺服驅動器反饋信號的響應速度和PLC高速脈衝輸出的數量,以及在網絡通信時,所選PLC是否支持相應的網絡類型等參數。


2、預估可能出現的問題


對於可能出現問題的預估是工程分析中較難的環節。這不僅需要工程技術人員對現場的工作環境和整個項目控製難點能夠較好地把握,還要對可能出現的突發情況和危險具有前期預判。


(1)設備工作環境的把握。工程人員需要對生產環境有較全麵的認識。如紡織機械所處工作環境的空氣濕度高、振動較大,所以設計PLC係統時要做好防震處理。又如建材加工廠的環境溫度比較高,並且有很大的粉塵和較強的靜電,因此工程技術人員要在保證電氣控製櫃通風良好的前提下,進一步做好防塵和除靜電處理。


設備工作環境的把握不僅僅局限於物理的環境,隨著PLC應用的深入,更需考慮人員因素。如設備操作人員的素質較低時,需要開發較為簡練的設備操作界麵。


(2)項目難點的預期。項目難點的預期其實就是對項目核心問題的把握。如噴氣織機設備的控製核心就是如何快速有序地控製電磁閥,利用壓縮空氣的摩擦力來牽引緯紗穿過紡織梭,完成紡織的引緯工作,這需要PLC具有非常快的響應速度。在確定項目難點後,工程技術人員可以根據難點來對PLC進行選型。從整個項目的角度出發,項目的難點就是係統設計的特點,也是PLC選型的方向。


(3)項目危險的前期預估。在項目設計前期,工程技術人員需對本項目可能出現的危險情況進行預判。如順序控製或運動控製中調試設備時對於誤動作的防護;在過程控製中,測試時是否有高壓,高溫或者有毒有害物質以及相關的防護措施。在項目設計前期對危險進行預估有助於加強工程技術人員的安全意識。


二、PLC硬件選型


PLC的選型是工程技術人員根據前期項目分析和項目難點的預期來選擇合適PLC,主要依據以下原則。


1、先特殊後一般原則


根據工程經驗,大多數工程項目中製約PLC選型的因素主要集中在幾個關鍵點上,所以應遵循先特殊後一般的原則選擇PLC。


所謂特殊即項目有哪些特殊的控製要求,不同控製類型有著不同的首要製約因素。如順序控製中,CPU的程序容量和I/O點的擴展能力為PLC選型的主要因素。過程控製中,則以控製模擬量的數量和模擬量的精度作為出發點進行選型。


在較為簡單的運動控製中,PLC需要接收來自現場編碼器送回的位置信號並相應地發出一定頻率的脈衝來控製伺服電機,因此PLC處理數據的速度、輸入端接收高速脈衝的能力和輸出端高速脈衝的發送能力將成為PLC選型的首要因素。而在大型複合項目中,需使用不同的PLC組網,因此PLC支持的網絡類型則成為PLC選型的首要因素。


工程技術人員需按照本項目的核心需求,將不同的控製要求按照從特殊到一般的順序進行排列,如此選型將事半功倍,更可降低工程的整體難度。


2、由下至上原則


由下至上原則的目的是將PLC選型的性價比最大化。目前多數廠家的PLC產品分成多個係列。當工程技術人員選型時,按照第一步從特殊到一般的選型順序,從最低款PLC開始,逐一對照性能參數。當發現不滿足要求時,考慮較高一款產品。以此類推,直至選取全部滿足要求的PLC型號。如若由上至下選型,則會使PLC功能浪費,造成大馬拉小車。


3、PLC開關量輸入/輸出單元的選擇


PLC的開關量輸入點是用來接受現場傳感器所輸入的電平信號,開關時輸出點的作用根據內部的控製信號來驅動外部負載。


(1)開關量輸入端子的選擇。現在市麵上PLC輸入點均為晶體管輸入,使用者隻需要根據前期預估的輸入點數量選擇即可。但是這裏需要注意,因PLC端接線類型不同,分別有NPN和PNP兩種輸入方式,其意義是輸入端是以低電平有效還是以高電平有效,一旦確定輸入端的接線類型,則需選用相同類型輸入的傳感器,即NPN和PNP型的傳感器不能共用一個PLC的輸入端子。


現在市麵上PLC輸入端子多為直流24V的輸入電壓,如果需要其將他電壓規格的傳感器接入到PLC,需用繼電器做相應的隔離,保證接入PLC輸入端的信號為直流24V電壓。


(2)開關量輸出端子的選擇。PLC開關量輸出點的類型主要為繼電器型輸出和晶體管輸出兩種。


1)繼電器輸出型。繼電器輸出負載能力好,能夠短時間承受較高過電壓和過電流,有較強的隔離作用。但是由於繼電器內部為機械觸點,動作壽命有限,所以隻能用於連接動作頻率較低且不需要高速脈衝輸出的場合。


2)晶體管輸出型。晶體管型輸出是以通過控製其內部三極管的導通為手段,來達到控製輸出端子通斷目的,並且其內部並沒有機械觸點結構,所以相比於繼電器輸出觸點,晶體管輸出觸點壽命長,動作頻率高,不易損壞,缺點為負載能力較差。


3)開關量輸出端子選型的注意事項


① 類似於輸入端,晶體管輸出端子也分為NPN型和PNP型兩種。一旦型號確定則隻能按照同種接線方式連接負載。


② 在實際應用中,建議工程技術人員多選用晶體管輸出型PLC,並在輸出端使用繼電器連接外部負載,形成對於下遊負載設備的電氣隔離,這樣的組合綜合了晶體管壽命長和繼電器負載能力強的優點。如果現場出現電氣故障,PLC輸出端子將會因受到隔離繼電器保護而免受損壞,隻需要更換損壞的繼電器即可。而一旦繼電器輸出型PLC端子損壞,將無法修複損壞端子。


4、先內置後擴展原則


隨著PLC的不斷更新換代,特別是小型機功能的不斷增強,PLC單機已內置了許多擴展模塊的功能,如模擬量功能,通信功能等。因此,選型時盡可能選用內置功能多的PLC,既降低了成本,又節省控製櫃空間,更可以簡化設置和編程工作量。


5、PLC選型冗餘量的把握


由於前期預估、現場施工改動和後期維護升級的需要,PLC選型需考慮一定的冗餘量。主要考慮I/O點的數量,較小的工程控製在20%的冗餘範圍;較大的工程控製在5%~10%。其它如模擬量,通信和總線功能的冗餘問題,需工程技術人員根據現場硬件配置靈活把握,如果控製功能均為PLC內置的,則需更換高一級單機PLC;若控製功能是通過擴展模塊實現的,則考慮冗餘時僅需更新相應模塊即可。


三、PLC編程要點


(1)根據控製流程圖分配程序段


根據前期控製流程圖將控製程序分解成不同的程序段,這樣可以使程序整體結構清晰,便於後期調試程序。如果項目較複雜,將程序分段後便於分配給若幹名編程人員同時編程和調試,從整體上提高了編程效率。


(2)編製I/O表和內存表


編製I/O表是給每個輸入/輸出點分配地址並做注釋,避免編程時出現I/O點混亂的問題。編製內存表是分配PLC內存地址給程序的中間變量並做注釋,便於編程時引用。


(3)簡化編程


編程員在熟悉PLC指令係統的基礎上,熟練使用高級指令編程,可以極大地減少編程工作量,節省PLC存儲器空間,有助於更好地發揮PLC功能。


(4)注釋清晰


為了方便後期調試程序,編程時需將每個相關點的注釋清晰地標注在程序中,包括使用的特殊指令目的等。程序可讀性好,為後期項目維護和升級打下基礎。


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