PLC控制系統(tǒng)的設計和實踐經驗

2、 PLC系統(tǒng)設備選型
PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產過程。不同型號的PLC有不同的適用范圍。根據生產工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數和I/O點的類型（數字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行內存容量的估計，確定適當的留有余量而不浪費資源的機型（小、中、大形機器）。并且結合市場情況，考察PLC生產廠家的產品及其售后服務、技術支持、網絡通信等綜合情況，選定價格性能比較好的PLC機型。
目前市場上的PLC產品眾多，國外知名品牌有德國的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國的GE;韓國的LG等。國產品牌有研華、研祥、合力時等。近幾年，PLC產品的價格有較大的下降，其性價比越來越高。PLC 的選型應從以下幾個方面入手。
2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模
依據工廠生產工藝流程和復雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小�？煞譃榇�、中、小三種規(guī)模。
小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機或者小規(guī)模生產過程，控制過程主要是條件、順序控制，以開關量為主，并且I/O點數小于128 點。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。
中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產過程是復雜邏輯控制和閉環(huán)控制，I/O點數在128——512 點之間。應該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。
大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產過程是大規(guī)模過程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動化網絡控制，I/O點數在512點以上。應該選用具有通信聯網、智能控制、數據庫、中斷控制、函數運算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現場總線結合實現工廠工業(yè)網絡的通訊和控制。
2.2 確定PLC I/O 點的類型
根據生產工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數和I/O點的類型（數字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行內存容量的估計，確定適當的留有軟硬件資源余量而不浪費資源的機型（小、中、大型機器）。
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(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。
電磁閥的開閉、大電感負載、動作頻率低的設備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數字直流調速器的啟動/停止應采用晶體管輸出。
2.3 確定PLC編程工具
（1） 一般的手持編程器編程。 手持編程器只能用商家規(guī)定語句表中的語句表（STL）編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小、用量小的產品比較適宜，具有體積小、價格低、易于現場調試等優(yōu)點。 這主要用于微型PLC的編程。
（2） 圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖（LAD）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,主要用于微型PLC和中檔PLC。
（3） 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(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現場調試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。

3 、PLC控制系統(tǒng)的設計
PLC 控制系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計。
3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設計
硬件設計是PLC控制系統(tǒng)的至關重要的一個環(huán)節(jié)，這關系著PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。
（1） PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設計。PLC供電電源一般為AC85—240V，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）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。
PLC輸入電路電源一般應采用DC 24V, 同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。
（2） PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設計。依據生產工藝要求，各種指示燈、變頻器/數字直流調速器的啟動停止應采用晶體管輸出，它適應于高頻動作，并且響應時間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。
如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，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(xù)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PLC掃描頻率為10次／min 以下時，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅動中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅動負載。
對于兩個重要輸出量，不僅在PLC內部互鎖，建議在PLC外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLC系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。
對于常見的AC220V交流開關類負載，例如交流接觸器、電磁閥等，應該通過DC24V微小型中間繼電器驅動，避免PLC的DO接點直接驅動，盡管PLC手冊標稱具有AC220V交流開關類負載驅動能力。
（3） PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設計。隨著工業(yè)自動化技術的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調速裝置使用日益廣泛，這帶來了交流電網的污染，也給控制系統(tǒng)帶來了許多干擾問題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設計時必須考慮的問題。一般采用以下幾種方式:
隔離:由于電網中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的