《PLC自動控制系統(tǒng)選型》培訓(xùn)資料.doc

plc自動控制系統(tǒng)選型培訓(xùn)資料-周濤2007-9-13現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足復(fù)雜的生產(chǎn)工藝的需要；控制靈活、應(yīng)用廣泛的可編程序控制器（plc）， 取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)成為主流控制設(shè)備在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。我們將要討論的問題： （一）plc硬件產(chǎn)品選型（二）plc輸入回路選型（三）plc輸出回路選型（四）擴(kuò)展模塊選型（五）plc之間的通訊選型（六）plc的安裝與電纜選型（七）plc電源選型（八）編寫程序要注意什么？ （九）怎樣做好程序保護(hù)工作？ 電源模塊（ps） 中央處理器（cpu） 輸入輸出（io)模塊（一）plc硬件產(chǎn)品選型通訊處理器（cp）模塊接口模塊（im） 總線連接器手持編程器計(jì)算機(jī)加軟件包編程1、系統(tǒng)規(guī)模首先，應(yīng)確定系統(tǒng)用plc單機(jī)控制，還是用plc形成的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，由此計(jì)算plc輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算出輸入輸出（io)模塊的數(shù)數(shù)量，一般plc輸入輸出（io)模塊為16點(diǎn)，除微型plc上集成輸入輸出（io) 點(diǎn)，并且在選購plc時要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量(10%)，以便于系統(tǒng)功能擴(kuò)展。2、確定負(fù)載類型根據(jù)plc輸出端所帶的負(fù)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(diǎn)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，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。3、存儲容量與速度國內(nèi)外廠家的plc產(chǎn)品功能大體相同，但也有一定的區(qū)別。用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是衡量plc的性能高與低兩個重要指標(biāo)。一般存儲容量越大、速度越快的plc價格就越高，比如ge fanuc的容量近一g，但是價格不菲具體選擇應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)的需要及投資的額度合理選用合適的plc產(chǎn)品。4、編程器的選購一、手持編程器編程：它只能用廠家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價也較低。二、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(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高。三、計(jì)算機(jī)加plc軟件包編程：這種方式是效率最高的一種方式，也是現(xiàn)在用的最多的方式，但價格貴.因此， 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，以及資金的情況合理選購編程器。對于小的系統(tǒng)可選用手持編程器，大的系統(tǒng)可以選用計(jì)算機(jī)加plc軟件包編程方式。5、從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，應(yīng)盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，功能強(qiáng)大易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，而且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級。（二） plc輸入回路選型1、電源電路2、plc上dc24v電源的使用3、外加dc24v輔助電源4、信號輸入的靈敏度1、電源電路plc供電電源一般為ac85240v(也有dc24v)，電源范圍較寬， 但為了降低線路的浪涌電流，增強(qiáng)抗干擾性能，應(yīng)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（tc） 2、plc上dc24v電源的使用各公司plc產(chǎn)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(fù)載時要注意容量，同時作好防短路措施，因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響plc的運(yùn)行，一般情況下，盡量不用plc上的dc24v電源，使用外加電源。3、外部dc24v電源若輸入回路有dc24v供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等元器件，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(yùn)行。dc24v電源4、信號輸入的靈敏度各廠家對plc的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司f7n系列plc的輸入值為：dc24v、7ma，啟動電流為45ma，關(guān)斷電流小于15ma，因此，當(dāng)輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動)，或者有并聯(lián)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(yīng)采取措施。另一方面，當(dāng)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(yīng)采用弱電流的輸 入器件，并且選用輸入為共漏型輸入的plc。（三）plc輸出回路選型1、各種輸出方式之間的比較（1）繼電器輸出（2）晶閘管輸出（3）晶體管輸出2、抗干擾與外部互鎖3、“com”點(diǎn)的選擇4、plc外部驅(qū)動電路輸入輸出（io）模塊1、各種輸出方式之間的比較(1)繼電器輸出：優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2a點(diǎn)； 但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至幾百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬次以上，響應(yīng)時間為10ms (2)晶閘管輸出：帶負(fù)載能力為02a點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動作，響應(yīng)時間為1ms，我們用得比較少，一般用繼電器輸出比較多。(3)晶體管輸出：最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時間短，一般為02ms左右，但它只能帶dc 530v的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為05a點(diǎn)，但每4點(diǎn)總負(fù)載電流不得大于08a。當(dāng)系統(tǒng)輸出頻率為6次/min以下時， 應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計(jì)簡單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為10次min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用晶體管輸出驅(qū)動達(dá)林頓三極管(5 10a)，再驅(qū)動負(fù)載. 2抗干擾與外部互鎖當(dāng)plc輸出帶感性負(fù)載，負(fù)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(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)plc。當(dāng)兩個物理量的輸出在plc內(nèi)部已進(jìn)行軟件互鎖后，在plc的外部也應(yīng)進(jìn)行機(jī)械互鎖，以加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。3、“com”點(diǎn)的選擇不同的plc產(chǎn)品，其“com”點(diǎn)的數(shù)量是不一樣的，有的一個“com”點(diǎn)帶8個輸出點(diǎn)，有的帶4個輸出點(diǎn)，也有帶2 個或1個輸出點(diǎn)的。當(dāng)負(fù)載的種類多，且電流大時，采用一個“com”點(diǎn)帶12個輸出點(diǎn)的plc產(chǎn)品；當(dāng)負(fù)載數(shù)量多而種類少時，采用一個“com”點(diǎn)帶48個輸出點(diǎn)的plc產(chǎn)品。這樣會對電路設(shè)計(jì)帶來很多方便，也可以給每“com”點(diǎn)處加一熔絲，12個輸出時加2a的熔絲，48 點(diǎn)輸出的加5-10a的熔絲，保護(hù)輸出端子，因?yàn)閜lc內(nèi)部一般沒有熔絲。4、plc外部驅(qū)動電路對于plc輸出不能直接帶動負(fù)載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動電路：可以用三極管驅(qū)動，也可以用中間繼電器或晶閘管電路驅(qū)動，同時應(yīng)采用保護(hù)電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管(led) 指示。（四）擴(kuò)展模塊的選型對于小的系統(tǒng)，如80點(diǎn)以內(nèi)的系統(tǒng)一般不需要擴(kuò)展；當(dāng)系統(tǒng)較大時，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)及擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展仍不能滿足要求時， 可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關(guān)的技術(shù)手冊。如s7-200系列的擴(kuò)展模塊有en221cn（數(shù)字量擴(kuò)展輸入模塊），en232cn（模擬量擴(kuò)展輸出模塊）s7-300系列的擴(kuò)展，是通過接口模塊（im）來實(shí)現(xiàn)的。因此在擴(kuò)展s7-200及以下系統(tǒng)時，模塊選型應(yīng)對相應(yīng)系統(tǒng)的模塊進(jìn)行仔細(xì)的了解；對于s7-300的擴(kuò)展只需加接口模塊將兩組模塊連接在一起，就完成硬件的組態(tài)。下圖就是s7- 300系統(tǒng)的擴(kuò)展模塊： 用于擴(kuò)展的接口模塊im365 （五） plc之間的通訊選型1、多點(diǎn)接口（ mpi ） 2、profibus-dp接口3、點(diǎn)對點(diǎn)通訊接口（ ptp） 4、執(zhí)行器/傳感器接口（asi） 5、工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口(tcp/ip) 多點(diǎn)接口（ mpi ）： 用于cpu和pg/op之間的接口，或用于子網(wǎng)中的通訊接口， cpu可以自動地通過mpi接口發(fā)布其總線參數(shù)組態(tài)。最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量為127，預(yù)留32個地址。地址0用于編程；地址1用于op。最大傳輸速率：對于cpu318-2dp，12mbps,對于其它所有cpu，187.5kbps.step7-300以上的cpu都安裝有一個rs485 mpi接口。pg：個人計(jì)算機(jī)op：可視操作臺profibus-dp接口： profibus-dp接口主要用于連接分布式i/o.最大傳輸速率為12mbps,cpu可以自動地通過profibus-dp接口發(fā)布其總線參數(shù)組態(tài)。帶有后綴“dp”的cpu31*c都另外安裝有一個接口，名為profibus-dp，主要用于連接分布式i/o，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量為126，一個主站（預(yù)留）；一個編程器連接（地址0預(yù)留） 點(diǎn)對點(diǎn)通訊（ ptp）： 帶有后綴“ptp”的cpu31*c都另外安裝有一個接口， 名為ptp接口。主要用連接安裝有串口的設(shè)備，例如打印機(jī)、條碼閱讀器等。最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量為2。最大傳輸速率：半雙工：38.4kbps;全雙工19.2kbps 工業(yè)以太網(wǎng)(tcp/ip)： 適用于快速、大容量的數(shù)據(jù)交換，可以提供通過網(wǎng)關(guān)的異地組網(wǎng)選項(xiàng)。使用s7-300 cpu，只需要加通訊處理器cp， 就可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)的連接。一般用于工廠級的控制系統(tǒng),集中控制全廠的設(shè)備。但造價較高。執(zhí)行器/傳感器接口（as-i）：是一種用于自動化系統(tǒng)最低過程級的子網(wǎng)系統(tǒng)，尤其適用于數(shù)字傳感器和執(zhí)行器的組網(wǎng)。每一個從站的最大數(shù)據(jù)量為4位。使用s7-300 cpu，只需要通訊處理器cp，就可以連接一個as-i接口。以上五種接口，應(yīng)根據(jù)控制的要求，由低到高有層次的選用網(wǎng)絡(luò)。電源連接器備用電池總線連接器多點(diǎn)接口(mpi) 通訊處理器(cp)模塊控制終端設(shè)備1 設(shè)備2 設(shè)備3 設(shè)備4 設(shè)備5 plc1 中繼器i/o模塊i/o模塊執(zhí)行元件執(zhí)行元件plc2 plc3 plc4 工業(yè)pc 工業(yè)pg 總線總線總線（六）安裝與布線1、安裝位置的選擇： plc不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。與plc裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈應(yīng)并聯(lián)rc消弧電路。plc應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻焊機(jī)和大型動力設(shè)備等。plc底板導(dǎo)軌既可以水平安裝（0-60度）；也可以垂直安裝（0-40度）但cpu和電源模塊必需安裝在左側(cè)或底部。底板水平安裝：環(huán)境溫度60度底板垂直安裝：環(huán)境溫度10mm2;連接電源模板和cpu的電纜3*1.5mm2 的軟電纜。若信號傳輸較遠(yuǎn)，可選用屏蔽電纜；模擬信號和高速信號線也選用屏蔽電纜，且電纜兩端要良好接地。3、布線：保護(hù)接地導(dǎo)線和導(dǎo)軌的連接電纜10mm2; 電源模塊和cpu連接電纜用3*1.5的軟電纜; 前連接器接線導(dǎo)線截面為:0.25mm2-1.5mm2 信號線與功率線應(yīng)分開布線。電源電纜應(yīng)單獨(dú)走線；不同類型的線應(yīng)分別裝入不同的管槽中，信號線應(yīng)裝入專用電纜管槽中，應(yīng)盡量靠近地線或接地的金屬導(dǎo)體。當(dāng)信號線長度超過300m時，應(yīng)采用中間繼電器轉(zhuǎn)接信號或使用plc 的遠(yuǎn)程io模塊。4、信號輸入：通常當(dāng)模擬量輸入輸出信號距plc較遠(yuǎn)時，應(yīng)采用4 20ma或o10ma的電流傳輸方式，而不是電壓傳送方式。傳送模擬信號的屏蔽線，其屏蔽層應(yīng)一端接地。為了泄放高頻干擾，數(shù)字信號線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線，并將屏蔽層兩端接地。（七）電源1、電源干擾的控制2、動力部分、控制部分電源選擇3、外接傳感器電源（八）用戶程序的保護(hù)與備份調(diào)試好的plc用戶程序經(jīng)常是有放在用鏗電池作后備電源的ram中，一般情況下，這種方式是保險的，但在強(qiáng)干擾的環(huán)境下，bam中的用戶程序也有可能改寫或沖掉的。目前，常用的做法是，將調(diào)試好的程序用plc的rom寫人器將用戶程序?qū)懙絜prom中長期保存，在系統(tǒng)運(yùn)行時，應(yīng)對eprom加上寫保護(hù)，以防止被改寫，有條件的應(yīng)做好程序的備份。（九）編寫程序在編寫程序前，應(yīng)首先熟悉所選用的plc產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或電腦軟件包編程， 則可直接編程，若用手持編程器編程，應(yīng)先畫出梯形圖， 然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，現(xiàn)在一般的plc軟件包大多帶有仿真軟件，調(diào)試完成各個動作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試，避免出現(xiàn)危險。（十）電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的。電源是干擾進(jìn)入plc的主要途徑之一。若有條件， 可對plc采用單獨(dú)的供電回路，以避免其它設(shè)備啟停對plc的干擾。在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊希?可在plc的交流電源輸入端加接帶屏蔽的隔離變壓器和低通濾波器。隔離變壓器可以抑制從電源線竄入的外來于擾，低通濾波器可以吸收掉電源中的大部分“毛刺”干擾。（1）電磁干擾類型及其影響1、電磁干擾的主要來源2、來自空間的輻射干擾3、來自系統(tǒng)外引線的干擾4、來自plc系統(tǒng)內(nèi)部的干擾（2）抗干擾設(shè)計(jì)：為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾， 必須從設(shè)計(jì)階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑、提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。plc控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計(jì)生產(chǎn)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中予以全面考慮，并結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能