《PLC自动控制系统选型》培训资料.doc

plc自动控制系统选型培训资料-周涛2007-9-13现代化的生产方式对控制系统提出了更高的要求，传统的继电器控制系统已经不能满足复杂的生产工艺的需要；控制灵活、应用广泛的可编程序控制器（plc）， 取代了传统的继电器控制系统成为主流控制设备在各个领域得到广泛的应用。我们将要讨论的问题： （一）plc硬件产品选型（二）plc输入回路选型（三）plc输出回路选型（四）扩展模块选型（五）plc之间的通讯选型（六）plc的安装与电缆选型（七）plc电源选型（八）编写程序要注意什么？ （九）怎样做好程序保护工作？ 电源模块（ps） 中央处理器（cpu） 输入输出（io)模块（一）plc硬件产品选型通讯处理器（cp）模块接口模块（im） 总线连接器手持编程器计算机加软件包编程1、系统规模首先，应确定系统用plc单机控制，还是用plc形成的网络实现复杂的控制功能，由此计算plc输入、输出点数，进一步计算出输入输出（io)模块的数数量，一般plc输入输出（io)模块为16点，除微型plc上集成输入输出（io) 点，并且在选购plc时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%)，以便于系统功能扩展。2、确定负载类型根据plc输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及plc输出点动作的频率等从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。3、存储容量与速度国内外厂家的plc产品功能大体相同，但也有一定的区别。用户程序的存储容量和指令的执行速度是衡量plc的性能高与低两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的plc价格就越高，比如ge fanuc的容量近一g，但是价格不菲具体选择应该根据生产的需要及投资的额度合理选用合适的plc产品。4、编程器的选购一、手持编程器编程：它只能用厂家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。二、图形编程器编程：该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。三、计算机加plc软件包编程：这种方式是效率最高的一种方式，也是现在用的最多的方式，但价格贵.因此， 应根据系统的大小与难易，以及资金的情况合理选购编程器。对于小的系统可选用手持编程器，大的系统可以选用计算机加plc软件包编程方式。5、从系统的稳定性和经济性方面考虑，应尽量选用大公司的产品其质量有保障，功能强大易于实现复杂控制功能，而且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于产品扩展与软件升级。（二） plc输入回路选型1、电源电路2、plc上dc24v电源的使用3、外加dc24v辅助电源4、信号输入的灵敏度1、电源电路plc供电电源一般为ac85240v(也有dc24v)，电源范围较宽， 但为了降低线路的浪涌电流，增强抗干扰性能，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1：1隔离变压器等)。隔离变压器（tc） 2、plc上dc24v电源的使用各公司plc产品上一般都有dc24v电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施，因为该电源的过载或短路都将影响plc的运行，一般情况下，尽量不用plc上的dc24v电源，使用外加电源。3、外部dc24v电源若输入回路有dc24v供电的接近开关、光电开关等元器件，而plc上dc24v电源容量不够时，要从外部提供dc24v电源；但该电源的“”端不要与plc的dc24v的“”端以及“com”端相连，否则会影响plc的运行。dc24v电源4、信号输入的灵敏度各厂家对plc的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司f7n系列plc的输入值为：dc24v、7ma，启动电流为45ma，关断电流小于15ma，因此，当输入回路串有二极管或电阻(不能完全启动)，或者有并联电阻或有漏电流时(不能完全切断)，就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于plc的最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输 入器件，并且选用输入为共漏型输入的plc。（三）plc输出回路选型1、各种输出方式之间的比较（1）继电器输出（2）晶闸管输出（3）晶体管输出2、抗干扰与外部互锁3、“com”点的选择4、plc外部驱动电路输入输出（io）模块1、各种输出方式之间的比较(1)继电器输出：优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2a点； 但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至几百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms (2)晶闸管输出：带负载能力为02a点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms，我们用得比较少，一般用继电器输出比较多。(3)晶体管输出：最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为02ms左右，但它只能带dc 530v的负载，最大输出负载电流为05a点，但每4点总负载电流不得大于08a。当系统输出频率为6次/min以下时， 应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用晶体管输出驱动达林顿三极管(5 10a)，再驱动负载. 2抗干扰与外部互锁当plc输出带感性负载，负载断电时会对plc的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护plc。当两个物理量的输出在plc内部已进行软件互锁后，在plc的外部也应进行机械互锁，以加强系统的可靠性。3、“com”点的选择不同的plc产品，其“com”点的数量是不一样的，有的一个“com”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2 个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“com”点带12个输出点的plc产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“com”点带48个输出点的plc产品。这样会对电路设计带来很多方便，也可以给每“com”点处加一熔丝，12个输出时加2a的熔丝，48 点输出的加5-10a的熔丝，保护输出端子，因为plc内部一般没有熔丝。4、plc外部驱动电路对于plc输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱动，也可以用中间继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管(led) 指示。（四）扩展模块的选型对于小的系统，如80点以内的系统一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时， 可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。如s7-200系列的扩展模块有en221cn（数字量扩展输入模块），en232cn（模拟量扩展输出模块）s7-300系列的扩展，是通过接口模块（im）来实现的。因此在扩展s7-200及以下系统时，模块选型应对相应系统的模块进行仔细的了解；对于s7-300的扩展只需加接口模块将两组模块连接在一起，就完成硬件的组态。下图就是s7- 300系统的扩展模块： 用于扩展的接口模块im365 （五） plc之间的通讯选型1、多点接口（ mpi ） 2、profibus-dp接口3、点对点通讯接口（ ptp） 4、执行器/传感器接口（asi） 5、工业以太网通讯接口(tcp/ip) 多点接口（ mpi ）： 用于cpu和pg/op之间的接口，或用于子网中的通讯接口， cpu可以自动地通过mpi接口发布其总线参数组态。最大节点数量为127，预留32个地址。地址0用于编程；地址1用于op。最大传输速率：对于cpu318-2dp，12mbps,对于其它所有cpu，187.5kbps.step7-300以上的cpu都安装有一个rs485 mpi接口。pg：个人计算机op：可视操作台profibus-dp接口： profibus-dp接口主要用于连接分布式i/o.最大传输速率为12mbps,cpu可以自动地通过profibus-dp接口发布其总线参数组态。带有后缀“dp”的cpu31*c都另外安装有一个接口，名为profibus-dp，主要用于连接分布式i/o，最大节点数量为126，一个主站（预留）；一个编程器连接（地址0预留） 点对点通讯（ ptp）： 带有后缀“ptp”的cpu31*c都另外安装有一个接口， 名为ptp接口。主要用连接安装有串口的设备，例如打印机、条码阅读器等。最大节点数量为2。最大传输速率：半双工：38.4kbps;全双工19.2kbps 工业以太网(tcp/ip)： 适用于快速、大容量的数据交换，可以提供通过网关的异地组网选项。使用s7-300 cpu，只需要加通讯处理器cp， 就可以实现工业以太网的连接。一般用于工厂级的控制系统,集中控制全厂的设备。但造价较高。执行器/传感器接口（as-i）：是一种用于自动化系统最低过程级的子网系统，尤其适用于数字传感器和执行器的组网。每一个从站的最大数据量为4位。使用s7-300 cpu，只需要通讯处理器cp，就可以连接一个as-i接口。以上五种接口，应根据控制的要求，由低到高有层次的选用网络。电源连接器备用电池总线连接器多点接口(mpi) 通讯处理器(cp)模块控制终端设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 plc1 中继器i/o模块i/o模块执行元件执行元件plc2 plc3 plc4 工业pc 工业pg 总线总线总线（六）安装与布线1、安装位置的选择： plc不能与高压电器安装在同一个开关柜内。与plc装在同一个开关柜内的电感性元件，如继电器、接触器的线圈应并联rc消弧电路。plc应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频焊机和大型动力设备等。plc底板导轨既可以水平安装（0-60度）；也可以垂直安装（0-40度）但cpu和电源模块必需安装在左侧或底部。底板水平安装：环境温度60度底板垂直安装：环境温度10mm2;连接电源模板和cpu的电缆3*1.5mm2 的软电缆。若信号传输较远，可选用屏蔽电缆；模拟信号和高速信号线也选用屏蔽电缆，且电缆两端要良好接地。3、布线：保护接地导线和导轨的连接电缆10mm2; 电源模块和cpu连接电缆用3*1.5的软电缆; 前连接器接线导线截面为:0.25mm2-1.5mm2 信号线与功率线应分开布线。电源电缆应单独走线；不同类型的线应分别装入不同的管槽中，信号线应装入专用电缆管槽中，应尽量靠近地线或接地的金属导体。当信号线长度超过300m时，应采用中间继电器转接信号或使用plc 的远程io模块。4、信号输入：通常当模拟量输入输出信号距plc较远时，应采用4 20ma或o10ma的电流传输方式，而不是电压传送方式。传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地。为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，并将屏蔽层两端接地。（七）电源1、电源干扰的控制2、动力部分、控制部分电源选择3、外接传感器电源（八）用户程序的保护与备份调试好的plc用户程序经常是有放在用铿电池作后备电源的ram中，一般情况下，这种方式是保险的，但在强干扰的环境下，bam中的用户程序也有可能改写或冲掉的。目前，常用的做法是，将调试好的程序用plc的rom写人器将用户程序写到eprom中长期保存，在系统运行时，应对eprom加上写保护，以防止被改写，有条件的应做好程序的备份。（九）编写程序在编写程序前，应首先熟悉所选用的plc产品的软件说明书，待熟练后再编程。若用图形编程器或电脑软件包编程， 则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图， 然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，现在一般的plc软件包大多带有仿真软件，调试完成各个动作正常后，再在设备上调试，避免出现危险。（十）电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的。电源是干扰进入plc的主要途径之一。若有条件， 可对plc采用单独的供电回路，以避免其它设备启停对plc的干扰。在干扰较强或对可靠性要求很高的场合， 可在plc的交流电源输入端加接带屏蔽的隔离变压器和低通滤波器。隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来于扰，低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”干扰。（1）电磁干扰类型及其影响1、电磁干扰的主要来源2、来自空间的辐射干扰3、来自系统外引线的干扰4、来自plc系统内部的干扰（2）抗干扰设计：为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰， 必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。plc控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能