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在現代化的工業生產設備中,有大量的數字量及模擬量的控制裝置,例如電機的起停,電磁閥的開閉,產品的計數,溫度、壓力、流量的設定與控制等,工業現場中的這些自動控制問題,若采用可編程序控制器(PLC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一,本文敘述PLC控制系統設計時應該注意的問題。

硬件選購目前市場上的PLC產品眾多,除國產品牌外,國外有:日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS,韓國的LG等。近幾年,PLC產品的價格有較大的下降,其性價比越來越高,這是眾多技術人員選用PLC的重要原因。那么,如何選購PLC產品呢?

1.系統規模首先應確定系統用PLC單機控制,還是用PLC形成網絡,由此計算PLC輸入、輸出點。數,并且在選購PLC時要在實際需要點數的基礎上留有一定余量(10%)。

2.確定負載類型根據PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型,是大電流還是小電流,以及PLC輸出點動作的頻率等,從而確定輸出端采用繼電器輸出,還是晶體管輸出,或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方
式,對系統的穩定運行是很重要的。

3.存儲容量與速度盡管國外各廠家的PLC產品大體相同,但也有一定的區別。目前還未發現各公司之間完全兼容的產品。各個公司的開發軟件都不相同,而用戶程序的存儲容量和指令的執行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PLC價格就越高,但應該根據系統的大小合理選用PLC產品。

4.編程器的選購PLC編程可采用三種方式:

一是用一般的手持編程器編程,它只能用商家規定語句表中的語句編程。這種方式效率低,但對于系統容量小,用量小的產品比較適宜,并且體積小,易于現場調試,造價也較低。

二是用圖形編程器編程,該編程器采用梯形圖編程,方便直觀,一般的電氣人員短期內就可應用自如,但該編程器價格較高。

三是用IBM個人計算機加PLC軟件包編程,這種方式是效率最高的一種方式,但大部分公司的PLC開發軟件包價格昂貴,并且該方式不易于現場調試。

因此,應根據系統的大小與難易,開發周期的長短以及資金的情況合理選購PLC產品。

5.盡量選用大公司的產品其質量有保障,且技術支持好,一般售后服務也較好,還有利于你的產品擴展與軟件升級。

一、輸入回路的設計

1.電源回路PLC供電電源一般為AC85—240V(也有DC24V),適應電源范圍較寬,但為了抗干擾,應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:1隔離變壓器等)。

上DC24V電源的使用各公司PLC產品上一般都有DC24V電源,但該電源容量小,為幾十毫安至幾百毫安,用其帶負載時要注意容量,同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行)。

3.外部DC24V電源若輸入回路有DC24V供電的接近開關、光電開關等,而PLC上DC24V電源容量不夠時,要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與PLC的DC24V的“—”端以及“COM”端相連,否則會影響PLC的運行。

4.輸入的靈敏度各廠家對PLC的輸人端電壓和電流都有規定,如日本三菱公司F7n系列PLC的輸入值為:DC24V、7mA,啟動電流為4．5mA,關斷電流小于1．5mA,因此,當輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動),或者有并聯電阻或有漏電流時(不能完全切斷),就會有誤動作,靈敏度下降,對此應采取措施。另一方面,當輸入器件的輸入電流大于PLC的最大輸入電流時,也會引起誤動作,應采用弱電流的輸入器件,并且選用輸人為共漏型輸入的PLC,Bp輸入元件的公共點電位相對為負,電流是流出PLC的輸入端。

二、輸出回路的設計

1.各種輸出方式之間的比較

(1)繼電器輸出:

優點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載,且電壓也可不同,帶負載電流可達2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載,這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少,一般在幾十萬次至Jl百萬次之間,有的公司產品可達1000萬次以上,響應時間為10ms。

(2)晶閘管輸出:

帶負載能力為點,只能帶交流負載,可適應高頻動作,響應時間為1ms。

(3)晶體管輸出:

最大優點是適應于高頻動作,響應時間短,一般為左右,但它只能帶DC5—30V的負載,最大輸出負載電流為0．5A/點,但每4點不得大于。

當你的系統輸出頻率為每分鐘6次以下時,應首選繼電器輸出,因其電路設計簡單,抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次／min以下時,既可采用繼電器輸出方式；也可采用PLC輸出驅動達林頓三極管(5—10A),再驅動負載,可大大減小。


2.抗干擾與外部互鎖當PLC輸出帶感性負載,負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊,為此,對直流感性負載應在其旁邊并接續流二極管,對交流感性負載應并接浪涌吸收電路,可有效保護PLC。當兩個物理量的輸出在PLC內部已進行軟件互鎖后,在PLC的外部也應進行互鎖,以加強系統的可靠性。

3.“GOM“點的選擇不同的PLC產品,其“COM”點的數量是不一樣的,有的一個“COM”點帶8個輸出點,有的帶4個輸出點,也有帶2個或1個輸出點的。當負載的種類多,且電流大時,采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的PLC產品；當負載數量多而種類少時,采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PLC產品。這樣會對電路設計帶來很多方便,每個“COM”點處加一熔絲,1—2個輸出時加2A的熔絲,4—8點輸出的加5—10A的熔絲,因PLC內部一般沒有熔絲。

外部驅動電路對于PLC輸出不能直接帶動負載的情況下,必須在外部采用驅動電路:可以用三極管驅,也可以用固態繼電器或晶閘管電路驅動,同時應采用保
護電路和浪涌吸收電路,且每路有顯示二極管(LED)指示。印制板應做成插拔式,易于維修。

PLC的輸入輸出布線也有一定的要求,請看各公司的使用說明書。

三、擴展模塊的選用

對于小的系統,如80點以內的系統．一般不需要擴展；當系統較大時,就要擴展。不同公司的產品,對系統總點數及擴展模塊的數量都有限制,當擴展仍不能滿足要求時,可采用網絡結構；同時,有些廠家產品的個別指令不支持擴展模塊,因此,在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時,各廠家也有一些規定,請看相關的技術手冊。

各公司的擴展模塊種類很多,如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。PLC的這種模塊化設計為用戶的產品開發提供了方便。

四、PLC的網絡設計

當用PLC進行網絡設計時,其難度比PLC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型,對其基本指令和功能指令有較深入的了解,并且指令的執行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則,不能適應你的實時要求,造成系統崩潰。另外,對通信接口、通信協議、數據傳送速度等也要考慮。

最后,還要向PLC的商家尋求網絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料,至于選用幾層工作站,依你的系統大小而定。

五、軟件編制

在編制軟件前,應首先熟悉所選用的PLC產品的軟件說明書,待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程,則可直接編程,若用手持編程器編程,應先畫出梯形圖,然后編程,這樣可少出錯,速度也快。編程結束后先空調程序,待各個動作正常后,再在設備上調試。