PLC控制器選型的分析與探討

鄭益

摘 要：PLC（可編程序控制器）因符合現代工業控制特點的要求，在自動化控制系統中的應用越來越廣泛，選擇合適的PLC作為控制單元也非常重要。本文從控制點數量、使用環境、編程及通信、存儲容量、可擴展性與性價比等思路出發進行選型探討。

關鍵詞：PLC；選型；編程；通信

隨著科學技術的發展，以微處理器為核心的PLC（可編程序控制器）因其具有控制功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于擴展等優點，從而在工業控制領域中的應用越來越廣泛，被視為現代工業技術的三大支柱之一。

面對眾多PLC生產廠家的各種類型PLC，它們各具優缺點，但還沒有一個統一的標準對其性能、功能、通信組網、編程等各方面內容進行橫向比較，因此為選擇一款合適的PLC控制器帶來了困惑。下文提出了一些對于PLC選型思路的探討，可以作為PLC選型的參考，以此選擇到適合的產品。

1選型原則

PLC選型的基本原則是：在滿足功能要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比最優的機型。

通常做法是，在工藝過程比較固定、環境條件較好的場合，建議選用整體式結構的PLC；其他情況則最好選用模塊式結構的PLC。對于開關量控制以及以開關量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此選用帶A/D轉換、D/A轉換、加減運算、數據傳送功能的低檔機就能滿足要求；而在控制比較復雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現PID運算、閉環控制、通信聯網等），可視控制規模及復雜程度來選用中檔或高檔機（其中高檔機主要用于大規模過程控制、全PLC的分布式控制系統以及整個工廠的自動化等）。

應該注意的是，同一企業應盡量做到機型統一。這樣，同一機型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統一的功能及編程方法也有利于技術力量的培訓、技術水平的提高和功能的開發；此外，由于其外部設備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機后即可把控制各獨立系統的多臺PLC聯網通信，這樣便于集中監控管理。

2 輸入/輸出點的選擇

PLC與工業生產過程的聯系是通過I/O接口來實現的。PLC有多種I/O接口類型，包括開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出以及其他一些特殊模塊，使用時應根據它們的特點進行選擇。

2.1確定控制點數量

滿足控制點數量的要求是選型成功的基本條件之一。即在設計之初，應對PLC控制系統的控制點數量進行一次較準確的統計。同時，還應考慮系統中是否有控制點需要冗余，以便計入控制點總量統計中。此外，還應根據控制點類型的不同，分別預留出20%左右的控制點，以用于彌補設計時的遺漏點、運行過程中的故障點更替以及將來可能增加控制點的需要。

根據以上條件統計出的控制點數量，可以得出該系統處于微、小、中、大和巨型PLC控制系統中的哪一類。從而可以對PLC的型號選擇給出一定的范圍。

2.2開關量I/O

開關量I/O點可從傳感器、開關（如按鈕、行程開關等）及控制設備（如指示燈、繼電器、接觸器等）接收和發出信號。我國常用的交流輸入/輸出信號為220V，直流輸入/輸出信號為10V、24V。因此，可根據控制系統所處環境的電能特點來確定所選PLC的數字量I/O。在應用過程中，大多數輸入電路在高壓電源輸入和接口電路的控制邏輯部分之間都設有可選的隔離電路。在評估離散輸出時，應考慮熔絲、瞬時浪涌保護和電源與邏輯電路間的隔離電路。

2.3模擬量I/O

模擬量輸入/輸出接口一般用來感知傳感器產生的信號。這些接口可用于測量溫度、壓力、流量和物位，并可用于控制電壓或電流輸出設備等。這些接口的典型量程為-10～+10V、0～+10V、4～20mA等。一些制造廠家在PLC上設計有特殊模擬接口，因而可接收低電平信號，如RTD、熱電偶等。一般來說，這類接口模塊可用于接收同一模塊上不同類型的熱電偶或RTD混合信號。

2.4特殊I/O

在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標準I/O實現的I/O功能（如定位、快速輸入、頻率等）。此時用戶應當考慮供貨廠商是否提供有特殊的有助于最大限度滿足控制作用的模塊。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現場數據，從而使CPU從繁重的任務處理中解脫出來。

3工作環境因素

控制系統的工作環境往往會比較復雜，諸如所處環境溫濕度、噪音及振動、電磁干擾等會對PLC的正常工作和使用時限產生較大影響。因此，在PLC選型時應綜合考慮盡量排除或減小工作環境可能會對它產生的影響。即根據實際工作環境選擇相適應的PLC。

4編程及通信

程序是PLC控制系統的核心，程序編制的優劣將直接影響控制系統的正常運行。編程軟件的使用便捷性、是否需要額外購買授權以及專用下載線的價格等，都應作為考慮因素。

現今，PLC控制系統早已不是簡單地實現現場控制，而是更多地實現遠端組網通信控制；現在，很多一次儀表的信號也都可以用通信實現傳輸。但是各個PLC廠家指定的通信協議不盡相同，相互兼容性也比較差。所以，在選型時也必須考慮此因素。

5存儲器及容量選擇

PLC系統所用的存儲器基本上由PROM、EPROM及RAM三種類型組成，存儲容量則隨機器的大小變化。一般小型機的最大存儲能力低于6kB，中型機的最大存儲能力可達64kB，大型機的最大存儲能力可上兆字節。使用時可以根據程序及數據的存儲需要來選用合適的機型，必要時也可專門進行存儲器的擴充設計。PLC的存儲器容量選擇和計算的第一種方法是：根據編程使用的節點數精確計算存儲器的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據控制規模和應用目的來估算。為了使用方便，一般應留有25%～30%的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字數，用戶便可確定準確的存儲容量。

6可擴展性與性價比

選擇PLC時，還應考慮其可擴展性，對后續的生產建設做長遠打算。當然，也不能盲目追求長遠目標，而忽視了現階段的投入產出比。當多款PLC都能滿足控制系統的性能要求，同時其各自表現出的性能優劣差別不明顯時，就要對比其可擴展性與性價比孰優孰劣，以作判斷選擇依據。

一般來說，PLC控制系統的性能好壞是優先于其價格比較的。在實際選型過程中，經常會受到很多因素的制約，不一定能考慮周全各方面的訴求，但那些必須滿足的條件則一定要滿足。

參考文獻：

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