如何为西门子PLC选型?秘诀就在里面

2018年10月7日22:48:30 发表评论 885 阅读

西门子PLC的选型方法

在 PLC 系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是 PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC 及有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间,因此,工程设计选型和估算时, 应详细分析工艺过程的特点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。

一、输入输出(I/O)点数的估算

I/O 点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加 10%~

20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。实际订货时,还需根据制造厂商 PLC 的产品特点,对输入输出点数进行圆整。

二、存储器容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量 I/O 点数的 10~15 倍,加上模拟 I/O 点数的 100 倍,以此数为内存的总字数(16 位为一个字),另外再按此数的 25% 考虑余量。

三、控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

(一)运算功能

简单 PLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能;普通 PLC 的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能;较复杂运算功能有代数运算、数据传送等; 大型 PLC 中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现, 目前在 PLC 中都已具有通信功能,有些产品具有与下位机的通信,有些产品具有与同位机或上位机的通信,有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发,合理选用所需的运算功能。大多数应用场 合,只需要逻辑运算和计时计数功能,有些应用需要数据传送和比较,当用于模 拟量检测和控制时,才使用代数运算,数值转换和 PID 运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。

(二)控制功能

控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等,应根据控制要求确定。PLC 主要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能,提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。例如采用 PID 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC 码转换单元等。

(三)通信功能

大中型 PLC 系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如 TCP/IP),需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合 ISO/IEEE 通信标准, 应是开放的通信网络。

PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、

RIO 通信口、工业以太网、常用 DCS 接口等;大中型 PLC 通信总线(含接口设备和电缆)应 1:1 冗余配置,通信总线应符合国际标准,通信距离应满足装置实际要求。

PLC 系统的通信网络中,上级的网络通信速率应大于 1Mbps,通信负荷不大于 60%。PLC 系统的通信网络主要形式有下列几种形式:1)PC 为主站,多台同型号 PLC 为从站,组成简易 PLC 网络;2)1 台 PLC 为主站,其他同型号 PLC 为从站,构成主从式 PLC 网络;3)PLC 网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网;4)专用 PLC 网络(各厂商的专用 PLC 通信网络)。

为减轻 CPU 通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。

(四)编程功能

离线编程方式:PLC 和编程器公用一个 CPU,编程器在编程模式时,CPU 只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU 对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本, 但使用和调试不方便。在线编程方式:CPU 和编程器有各自的 CPU,主机 CPU 负责现场控制,并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换,编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高,但系统调试和操作方便,在大中型 PLC 中常采用。

五种标准化编程语言:顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD) 三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(IEC6113123),同时,还应支持多种语言编程形式,如 C,Basic 等,以满足特殊控制场合的控制要求。

(五)诊断功能

PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置,软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功

能进行诊断是内诊断,通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

PLC 的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力的要求,并影响平均维修时间。

(六)处理速度 PLC 采用扫描方式工作。从实时性要求来看,处理速度应越快越好,如果信

号持续时间小于扫描时间,则 PLC 将扫描不到该信号,造成信号数据的丢失。

处理速度与用户程序的长度、CPU 处理速度、软件质量等有关。目前,PLC 接点的响应快、速度高,每条二进制指令执行时间约 0.2~0.4Ls,因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期(处理器扫描周期)应满足:小型

PLC 的扫描时间不大于 0.5ms/K;大中型 PLC 的扫描时间不大于 0.2ms/K。四、机型的选择

(一)PLC 的类型

PLC 按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室安装两类;按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发,通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC 的I/O 点数固定,因此用户选择的余地较小,用于小型控制系统; 模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数,功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。

(二)输入输出模块的选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块,应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块,应考虑选用的输出模块类型,通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点;可控硅输出模块适用于开关频繁,电感性低功率因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等,与应用要求应一致。

可根据应用要求,合理选用智能型输入输出模块,以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。

(三)电源的选择

PLC 的供电电源,除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外,一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源,与国内电网电压一致。重要的应用场合,应采用不间断电源或稳压电源供电。

如果 PLC 本身带有可使用电源时,应核对提供的电流是否满足应用要求,否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC,对输入和输出信号的隔离是必要的,有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。

(四)存储器的选择

由于计算机集成芯片技术的发展,存储器的价格已下降,因此,为保证应用项目的正常投运,一般要求 PLC 的存储器容量,按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。需要复杂控制功能时,应选择容量更大,档次更高的存储器。

(五)冗余功能的选择1.控制单元的冗余

(1)重要的过程单元:CPU(包括存储器)及电源均应 1B1 冗余。

(2)在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2 重化或

3 重化冗余容错系统等。

2.I/O 接口单元的冗余

(1)控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。

(2)重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。3)根据需要对重要的 I/O 信号,可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。

(六)经济性的考虑

选择 PLC 时,应考虑性能价格比。考虑经济性时,应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素,进行比较和兼顾,最终选出较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加,因此,点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑,使整个控制系统有较合理的性能价格比。

然后再根据西门子 PLC 的技术规格选型就可以了。

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