论文部分内容阅读
摘 要 本文阐述了可编程控制器（PLC）的选用方法，能为在复杂多变的工业现场中选用恰当的PLC提供参考。
关键词 PLC；控制系统；选用原则
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0124-01
全球PLC制造企业主要集中在欧美日等发达国家。其中，五巨头企业为：德国Siemens（西门子）公司、美国Allen-Bradley公司、日本Mitsubishi（三菱）公司和Omron（欧姆龙）公司、法国施耐德电气公司，其销售额约占全球总销售额的2/3。国内形成产品化的PLC制造企业达数十家，但面对技术高和资本雄厚的国际PLC品牌企业，我国PLC制造企业大型产品还不够成熟，主要以中小型产品为主，价格相对便宜，市场占有率低于5%，处于这台大戏的“配角”位置。据中国工控网数据，《2013年中国PLC市场研究报告》2012年国内PLC市场规模约为79亿元人民币（含DIO），呈负增长，同比下滑9.2%。据中国行业咨询网预计，随着“十二五”提升装备自动化的提出，2013年市场规模将达到90亿元人民币，2015年将超过16亿美元。应用于大型项目的高端PLC采购相对平稳，小型PLC产品在关系民生的行业呈持续增长态势，如石油开采、交通行业、农业机械和包装机械备等。
1 选用方法
全球PLC品牌和型号繁多，但因技术实力不一，产品质量存在很大差异。如何能选出各方面性能都非常适合特定工业现场应用环境的PLC成了关键性问题。但PLC选用始终遵从在满足安全性和可靠性功能需求前提下，达到最优性价比的原则，具体可从以下几方面考虑。
1.1 PLC数量及机型
当被控对象为单一的机器设备时，如铣床、简单自动生成线、洗碗机等，常选一台PLC控制。当多台设备需要被集中控制时，也可选一台PLC控制，再由指定的I/O口相联接，可减少通信线路。为了避免集中控制系统PLC一旦出现故障，整个系统就立即瘫痪，可选信息冗余度大、抗干扰能力好、容错功能强的PLC机型。当大区域内有若干对象需要被控制时，则可选具有数据交换和通信联网功能的多台PLC控制。一般同一系统的多台PLC选用的机型应尽量统一，因为同一厂家采用的各项技术指标都相对一致，便于采购、维修、扩展功能等。
1.2 功能匹配
工艺过程固定，维修量较小的场合，宜选整体式结构PLC，否则宜选模块式PLC。当设备以开关量控制为主，控制速度要求低时，可选功能匹配的低档机。若控制功能要求高（闭环控制、PID运算、通信联网等）的规模化过程控制，可视规模大小和复杂程度选用中档或高档机。在安全稳定性能要求高的主控系统中，常选用知名品牌大型PLC，而为了降低大型系统集成的总成本，则可在满足控制要求的前提下选用国产小型PLC。
1.3 编程方便
如果被控设备的工艺需经常变动，就应选择具有在线编程功能PLC，因为可在线编程PLC的主机和编程器各自具有一个独立的CPU，即使主机CPU在运行的状态下，也可以使用编程器完成程序实时的修改，主机在一个扫描周期完成后与编程器通信，在下一个扫描周期执行修改后的程序实现新的控制要求，否则就应选择离线PLC。
1.4 系统响应时间
PLC系统响应时间T响应，主要与输入滤波器时间常数、单个扫描周期t周、输出继电器机械滞后时间等有关。一般满足：T响应≥t周≈N×10ms，其中，N为正实数。主要原因是系统响应时间若小于单个扫描周期，部分信号将会因扫描不到而丢失；如果系统响应时间太长，也会造成输出结果无效。因此对于实时性要求特别高的设备，所选PLC的系统响应时间就不应超过常规继电器控制系统的动作时间，以满足实时控制要求。
1.5 电源和存储器容量
电源模块的额定输出电流容量不得低于CPU模块、扩展模块、输入输出模块等消耗电流的总和。存储器容量，按实际需要的为基准，再增加25%裕量估算。推荐估算公式如下：
R=[（DI×10）+（AI×150）×（1+25%）]
其中，R—总存储量字数；DI—开关量点数；AI—模拟量数。
1.6 I/O模块
输入模块选择与电压、输入点数、同时接通点数和门槛电平等有关。I/O模块与设备距离近，宜选低电压，反之，宜选较高电压。例如，距离超过10米则不能选用5 V电压，应选12 V。一般分两步估算I/O点数容量，即：先算出实际被控对象输入输出信号所需I/O总点数，再在实际需要的基础上增加10%～20%裕量。另外，同时接通输入点数不超过输入总点数的60%。当远距离传输系统抗干扰能力和可靠性要求较高时，则需选用门槛电平相对较高的模块。输出模块选择与负载性质、输出电流和同时接通点数等有关。低功率因数频繁通断的交流和直流电感负载，可分别选用晶闸管输出和晶体管输出。对于动作速度慢和通断频率低的交直流负载，可选价格便宜的继电器输出型。另外，同时接通点数的电流累计值和负载电流的额定值都必须小于等于输出模块的额定电流值。
1.7 谨防伪劣产品
市场上往往存在伪劣PLC产品，它们常有内存故障，无高速输入功能，输出点接触不良等问题，容易造成安全隐患和经济损失，因此，最好从正规渠道进行购买。还可从外包装仔细鉴别，伪劣PLC的模具相对开得比较粗糙，字迹、盒子、标签等也与正品常存在细微的大小和颜色等差异。如正品三菱PLC编程口的内部插孔金属片是镀金的，伪劣的大部分则是钛白或者银色等非金色。
2 结束语
本文从多方面阐述了PLC的选用方法，顺应PLC制造企业和产品型号日益增多的潮流，能在满足市场多元化需求的前提下，帮助用户选择较为适合的PLC产品。
参考文献
[1]庄文浩.PLC在油田控制系统中的选型与应用[J].仪器仪表用户，2013（2）：54-56.
[2]孙小明.高速公路隧道监控系统的PLC应用分析[J].软件，2008（3）：54-58.
[3]杨汝清，等.机电控制技术[M].科学出版社，2008.
[4]王起.论PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法[J].广西轻工业，2011（1）：60-61.
关键词 PLC；控制系统；选用原则
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0124-01
全球PLC制造企业主要集中在欧美日等发达国家。其中，五巨头企业为：德国Siemens（西门子）公司、美国Allen-Bradley公司、日本Mitsubishi（三菱）公司和Omron（欧姆龙）公司、法国施耐德电气公司，其销售额约占全球总销售额的2/3。国内形成产品化的PLC制造企业达数十家，但面对技术高和资本雄厚的国际PLC品牌企业，我国PLC制造企业大型产品还不够成熟，主要以中小型产品为主，价格相对便宜，市场占有率低于5%，处于这台大戏的“配角”位置。据中国工控网数据，《2013年中国PLC市场研究报告》2012年国内PLC市场规模约为79亿元人民币（含DIO），呈负增长，同比下滑9.2%。据中国行业咨询网预计，随着“十二五”提升装备自动化的提出，2013年市场规模将达到90亿元人民币，2015年将超过16亿美元。应用于大型项目的高端PLC采购相对平稳，小型PLC产品在关系民生的行业呈持续增长态势，如石油开采、交通行业、农业机械和包装机械备等。
1 选用方法
全球PLC品牌和型号繁多，但因技术实力不一，产品质量存在很大差异。如何能选出各方面性能都非常适合特定工业现场应用环境的PLC成了关键性问题。但PLC选用始终遵从在满足安全性和可靠性功能需求前提下，达到最优性价比的原则，具体可从以下几方面考虑。
1.1 PLC数量及机型
当被控对象为单一的机器设备时，如铣床、简单自动生成线、洗碗机等，常选一台PLC控制。当多台设备需要被集中控制时，也可选一台PLC控制，再由指定的I/O口相联接，可减少通信线路。为了避免集中控制系统PLC一旦出现故障，整个系统就立即瘫痪，可选信息冗余度大、抗干扰能力好、容错功能强的PLC机型。当大区域内有若干对象需要被控制时，则可选具有数据交换和通信联网功能的多台PLC控制。一般同一系统的多台PLC选用的机型应尽量统一，因为同一厂家采用的各项技术指标都相对一致，便于采购、维修、扩展功能等。
1.2 功能匹配
工艺过程固定，维修量较小的场合，宜选整体式结构PLC，否则宜选模块式PLC。当设备以开关量控制为主，控制速度要求低时，可选功能匹配的低档机。若控制功能要求高（闭环控制、PID运算、通信联网等）的规模化过程控制，可视规模大小和复杂程度选用中档或高档机。在安全稳定性能要求高的主控系统中，常选用知名品牌大型PLC，而为了降低大型系统集成的总成本，则可在满足控制要求的前提下选用国产小型PLC。
1.3 编程方便
如果被控设备的工艺需经常变动，就应选择具有在线编程功能PLC，因为可在线编程PLC的主机和编程器各自具有一个独立的CPU，即使主机CPU在运行的状态下，也可以使用编程器完成程序实时的修改，主机在一个扫描周期完成后与编程器通信，在下一个扫描周期执行修改后的程序实现新的控制要求，否则就应选择离线PLC。
1.4 系统响应时间
PLC系统响应时间T响应，主要与输入滤波器时间常数、单个扫描周期t周、输出继电器机械滞后时间等有关。一般满足：T响应≥t周≈N×10ms，其中，N为正实数。主要原因是系统响应时间若小于单个扫描周期，部分信号将会因扫描不到而丢失；如果系统响应时间太长，也会造成输出结果无效。因此对于实时性要求特别高的设备，所选PLC的系统响应时间就不应超过常规继电器控制系统的动作时间，以满足实时控制要求。
1.5 电源和存储器容量
电源模块的额定输出电流容量不得低于CPU模块、扩展模块、输入输出模块等消耗电流的总和。存储器容量，按实际需要的为基准，再增加25%裕量估算。推荐估算公式如下：
R=[（DI×10）+（AI×150）×（1+25%）]
其中，R—总存储量字数；DI—开关量点数；AI—模拟量数。
1.6 I/O模块
输入模块选择与电压、输入点数、同时接通点数和门槛电平等有关。I/O模块与设备距离近，宜选低电压，反之，宜选较高电压。例如，距离超过10米则不能选用5 V电压，应选12 V。一般分两步估算I/O点数容量，即：先算出实际被控对象输入输出信号所需I/O总点数，再在实际需要的基础上增加10%～20%裕量。另外，同时接通输入点数不超过输入总点数的60%。当远距离传输系统抗干扰能力和可靠性要求较高时，则需选用门槛电平相对较高的模块。输出模块选择与负载性质、输出电流和同时接通点数等有关。低功率因数频繁通断的交流和直流电感负载，可分别选用晶闸管输出和晶体管输出。对于动作速度慢和通断频率低的交直流负载，可选价格便宜的继电器输出型。另外，同时接通点数的电流累计值和负载电流的额定值都必须小于等于输出模块的额定电流值。
1.7 谨防伪劣产品
市场上往往存在伪劣PLC产品，它们常有内存故障，无高速输入功能，输出点接触不良等问题，容易造成安全隐患和经济损失，因此，最好从正规渠道进行购买。还可从外包装仔细鉴别，伪劣PLC的模具相对开得比较粗糙，字迹、盒子、标签等也与正品常存在细微的大小和颜色等差异。如正品三菱PLC编程口的内部插孔金属片是镀金的，伪劣的大部分则是钛白或者银色等非金色。
2 结束语
本文从多方面阐述了PLC的选用方法，顺应PLC制造企业和产品型号日益增多的潮流，能在满足市场多元化需求的前提下，帮助用户选择较为适合的PLC产品。
参考文献
[1]庄文浩.PLC在油田控制系统中的选型与应用[J].仪器仪表用户，2013（2）：54-56.
[2]孙小明.高速公路隧道监控系统的PLC应用分析[J].软件，2008（3）：54-58.
[3]杨汝清，等.机电控制技术[M].科学出版社，2008.
[4]王起.论PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法[J].广西轻工业，2011（1）：60-61.