非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中PLC程序控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)化生產(chǎn)線等設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的這些自動(dòng)控制問題，若采用可編程序控制器（ PLC ）來解決自動(dòng)控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題。
　硬件選購(gòu)目前市場(chǎng)上的 PLC 產(chǎn)品眾多，除國(guó)產(chǎn)品牌外，國(guó)外有：德國(guó)的 SIEMENS ，日本的 OMRON 、 MITSUBISHI 、 FUJJ 、 anasonic, 韓國(guó)的 LG 等。近幾年， PLC 產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性價(jià)比越來越高 ，這是眾多技術(shù)人員選用 PLC 的重要原因。那么，如何選購(gòu) PLC 產(chǎn)品呢 ?
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 形成網(wǎng)絡(luò) ，由此計(jì)算 PLC 輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，并且在選購(gòu) PLC 時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上 留有一定余量 （ 10% ）。
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(dòng)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(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。
3 、存儲(chǔ)容量與速度盡管國(guó)外各廠家的 PLC 產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個(gè)公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲(chǔ)容量和指令的執(zhí)行速度是兩個(gè)重要指標(biāo)。一般存儲(chǔ)容量越大、速度越快的 PLC 價(jià)格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用 PLC 產(chǎn)品。
4 、編程器的選購(gòu) PLC 編程可采用三種方式：
　　是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語(yǔ)句表中的語(yǔ)句編程。這種方式效率低，但對(duì)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(chǎng)調(diào)試，造價(jià)也較低。
　　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(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高。
　　是用 IBM 個(gè)人計(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，但大部分公司的 PLC 開發(fā)軟件包價(jià)格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。
　　因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長(zhǎng)短以及資金的情況合理選購(gòu) PLC 產(chǎn)品。
5 、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級(jí)。
一、輸入回路的設(shè)計(jì)
1 、電源回路 PLC 供電電源一般為 AC85—240V （也有 DC24V ），適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng) 加裝電源凈化元件 （如電源濾波器、 1 ： 1 隔離變壓器等）。
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(shí)要注意容量， 同時(shí)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） 。
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，而 PLC 上 DC24V 電源容量不夠時(shí)，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(huì)影響 PLC 的運(yùn)行 。
4 、 輸入的靈敏度各廠家對(duì) 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(dòng)電流為 4 ． 5mA ，關(guān)斷電流小于 1 ． 5mA ，因此，當(dāng)輸入回路串有二極管或電阻（不能完全啟動(dòng)），或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時(shí)（不能完全切斷），就會(huì)有誤動(dòng)作，靈敏度下降，對(duì)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(shí)，也會(huì)引起誤動(dòng)作，應(yīng)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(diǎn)電位相對(duì)為負(fù)，電流是流出 PLC 的輸入端。
二、輸出回路的設(shè)計(jì)
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(dòng)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 Jl 百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá) 1000 萬次以上，響應(yīng)時(shí)間為 10ms 。
（ 2 ）晶閘管輸出：
帶負(fù)載能力為 0.2A/ 點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為 1ms 。
（ 3 ）晶體管輸出：
最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為 0.2ms 左右，但它只能帶 DC 5—30V 的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為 0 ． 5A/ 點(diǎn)，但每 4 點(diǎn)不得大于 0.8A 。
當(dāng)你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘 6 次以下時(shí)，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為 10 次／ min 以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式；也可采用 PLC 輸出驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓三極管（ 5—10A ），再驅(qū)動(dòng)負(fù)載（見圖 2 ），可大大減小。
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(shí)會(huì)對(duì) PLC 的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)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(gè)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(gè) “COM” 點(diǎn)帶 8 個(gè)輸出點(diǎn)，有的帶 4 個(gè)輸出點(diǎn)，也有帶 2 個(gè)或 1 個(gè)輸出點(diǎn)的。當(dāng)負(fù)載的種類多，且電流大時(shí)，采用一個(gè) “COM” 點(diǎn)帶 1—2 個(gè)輸出點(diǎn)的 PLC 產(chǎn)品；當(dāng)負(fù)載數(shù)量多而種類少時(shí)，采用一個(gè) “COM” 點(diǎn)帶 4—8 個(gè)輸出點(diǎn)的 PLC 產(chǎn)品。這樣會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來很多方便，每個(gè) “COM” 點(diǎn)處加一熔絲， 1—2 個(gè)輸出時(shí)加 2A 的熔絲， 4—8 點(diǎn)輸出的加 5—10A 的熔絲， 因 PLC 內(nèi)部一般沒有熔絲。
4 、 PLC 外部驅(qū)動(dòng)電路 對(duì)于 PLC 輸出不能直接帶動(dòng)負(fù)載 的情況下，必須在外部采用驅(qū)動(dòng)電路：可以用三極管驅(qū)動(dòng)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動(dòng)，同時(shí)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。印制板應(yīng)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(qǐng)看各公司的使用說明書。
三、擴(kuò)展模塊的選用
　　對(duì)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(shí)，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對(duì)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(shí)，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時(shí)，有些廠家產(chǎn)品的個(gè)別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時(shí)要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時(shí)，各廠家也有一些規(guī)定，請(qǐng)看相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)。
　　各公司的擴(kuò)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(shè)計(jì)為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。
四、 PLC 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
　　當(dāng)用 PLC 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，其難度比 PLC 單機(jī)控制大得多 。首先你應(yīng)選用自己較熟悉的機(jī)型，對(duì)其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲(chǔ)容量也應(yīng)仔細(xì)了解。否則，不能適應(yīng)你的實(shí)時(shí)要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對(duì)通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。
　　最后，還要向 PLC 的商家尋求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和軟件技術(shù)支持及詳細(xì)的技術(shù)資料，至于選用幾層工作站，依你的系統(tǒng)大小而定。
五、軟件編制
　　在編制軟件前，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(cuò)，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個(gè)動(dòng)作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試。