關于西門子PLC選型的研究

蔚飛飛 紀園丁

摘要：PLC是可編程邏輯控制器的全稱。PLC是種可編程的存儲器，其存儲用于邏輯運算，順序控制，定時和計數以及算術運算的指令。它是專為數字運算以及工業環境操作的電子系統設計。它通過模擬輸入和傳輸或者數字控制各種類型的機械設備或是生產過程。

關鍵詞：西門子;PLC;技巧以及方法

1.西門子PLC選型技巧

1.1 工作環境

具體措施有：電源屏和高壓或者大電流電源裝置，遠離高壓柜，高頻設備;通信電纜和模擬信號電纜盡可能不與其他屏幕（光盤）或設備共用電纜溝;PLC機柜不需要熒光燈等。雖然PLC適用于工業現場，但應避免直接沖擊與振動，直射油霧和陽光以及雨水等等。不應該在過多的灰塵和加熱器或者腐蝕性氣體附近使用。應該要避免導電的雜物進入控制器。必須合理的配置PLC的使用環境，以便更有效的提高系統的抗干擾能力。

1.2 工作量

在設計自動控制系統之前，應該準確統計控制點的數量（數字和模擬），這些通常是選擇PLC的主要考慮因素之一。一般控制點多10%到30%的可編程控制器。這顯得尤其重要。這有以下幾個考慮因素：

（1）能彌補設計過程中的漏點;

（2）將來增加點數的需要;

（3）能夠保證在運行過程中個別點有故障時，可以有替代點。

1.3 通信網絡

（1）是否有利于未來。由于各廠家制定的通信協議不同，目前世界上沒有統一的標準，因此對PLC的選擇有很大的限制。因此，有必要考慮發展接近通用、功能齊全、影響較大的通信協議。

（2）不同制造商的產品之間的溝通。如果自動控制系統的設計屬于現有自動控制系統部分改造的控制網絡的版權所有權，所選擇的PLC與原系統不同，或者設計中需要兩個或兩個以上的PLC，選擇不同廠家的產品，應考慮不同廠家產品之間的溝通。

（3）同一制造商的產品之間的通信。每個制造商都有自己的通信協議，并且不止一個。這在大中型計算機中很明顯，但在小型和微型計算機中則不同。由于考慮了價格和功能以及容量等等，一些制造商通常沒有或具有與其他制造商不同的協議，并且它們是相對簡單的通信。

2 西門子PLC選型的方法

2.1 輸入輸出（I/O）點數的估算

I/O點的確定應基于控制設備所需的所有輸入/輸出點的總和。一般來說，PLC的I/O點應該有適當的余量。通常，根據統計的輸入和輸出點，在添加10%-20%的可伸縮裕度之后，它被用作輸入和輸出點估計數據。訂購時，應根據制造商PLC的產品特性調整輸入和輸出點的數量。PLC的輸入/輸出點是PLC的基本參數之一。

2.2 存儲器容量的估算

沒有用于估計內存容量的固定公式。許多文獻中給出了不同的公式。一般來說，它們是I/O點數的10-15倍，加上模擬I/O點數的100倍，這是內存中的字總數（16位是一個字）。此外，保證金被認為是該數字的25%。

程序容量小于存儲器容量。在設計階段，由于用戶應用程序未編程，因此編程能力在設計階段是未知的，需要在調試程序之前完成。為了在一定程度上估計設計的模型選擇，通常使用存儲容量估計。存儲器容量是由可編程控制器本身提供的硬件存儲單元的大小，并且程序容量是用戶應用程序在存儲器中使用的存儲器單元的大小。

2.3 控制功能的選擇

（1）編程功能

離線編程：PLC和編程器共用一個CPU。當編程器處于編程模式時，CPU僅為編程器服務，無法控制現場設備。完成編程以后，程序員切換到運行模式，CPU控制現場設備，因此無法編程。離線編程可以降低系統成本，但是使用和調試比較不方便。

在線編程：CPU和編程器都有自己的CPU，主機CPU負責現場控制，并且在掃描周期內與程序員進行數據交換。程序員將在線程序或者數據發送到主計算機。在下一個掃描周期中，主計算機根據新接收的程序運行。該方法成本比較高，但是比較容易調試和操作，常常用于大中型PLC。

（2）運算功能

簡易PLC的操作功能包括邏輯運算和計數功能以及定時;普通PLC的操作功能包括數據移位和比較等等操作功能;更復雜的操作功能包括數據傳輸以及代數運算等等;大型PLC還具有模擬量的PID運算和其他先進的運算功能。隨著開放系統的出現，PLC現在具有通信功能。有些產品與工廠或企業網絡具有數據通信功能有些產品與下位機通信，有些產品與對等計算機或上位機通信。在設計和選擇模型時，我們應該從實際應用的要求出發，合理地選擇所需的操作功能。在大多數應用程序中，只需要邏輯操作和計時功能。某些應用需要數據傳輸和比較。當用于模擬檢測和控制時，使用代數運算，數值轉換和PID運算。需要解碼和編碼操作來顯示數據。

（3）控制功能

選擇與硬件和軟件相關的功能模塊。功能模塊包括通訊模塊，高速計數模塊，溫度控制模塊，位置模塊和脈沖輸出模塊以及PID控制模塊等等，選擇PLC支持模塊的可能性。

在硬件方面，應該首先考慮功能模塊可以連接到PLC。PLC應該具有相關的連接和安裝位置與接口，連接電纜和其他附件。在軟件中，PLC應具有相應的控制功能，可以輕松編程為功能模塊。例如，Mitsubishi FX系列PLC可以使用“FROM”和“TO”命令輕松控制相應的功能模塊。

（4）診斷功能

PLC的診斷功能直接影響操作人員和維護人員的技術能力要求和平均維護時間。

PLC主要包括硬件和軟件的診斷。軟件診斷包括外部診斷以及內部診斷。通過軟件診斷PLC的內部性能和功能是內部診斷。通過軟件診斷CPU與PLC外部輸入輸出之間的信息交換功能是外部診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷來確定硬件的故障位置。

（5）通信功能

現在PLC的通訊功能越來越強大。許多PLC支持各種通信協議（一些需要配備相應的通信模塊）。根據實際需要選擇合適的通信方式。PLC系統的通信網絡主要形式如下：

1）PC是主站，同一類型的多個PLC是從站，構成一個簡單的PLC網絡;

2）1臺PLC為主站，相同型號其他PLC為從站，構成主從式PLC網絡;

3）PLC網絡通過特定網絡接口作為DCS連接到DCS的子網;

4）特殊PLC網絡（各制造商的特殊PLC通信網絡）。

5）為了減輕CPU通信任務，根據網絡組成的實際需要，選擇具有不同通信功能的通信處理器（如點對點，現場總線，工業以太網等）。

（6）考慮其經濟性

選擇PLC時，應考慮性能與價格的比率。在考慮經濟性時，還應考慮應用的可擴展性，可操作性，投入產出比等因素，做出比較和考慮，最后選擇更滿意的產品。

（7）考慮其處理速度

PLC在掃描模式下工作。從實時的角度來看，處理速度越快越好。如果信號持續時間小于掃描時間，PLC將會掃描小于信號，這可能導致信號數據丟失。

處理速度和用戶程序長度，CPU處理速度，軟件質量等。目前，PLC具有快速接觸和高響應速度。每個二進制指令的執行時間約為0.2-0.4Ls。因此，它可以適應使用高速控制的要求，以滿足相應的要求。應滿足掃描周期（處理器掃描周期）：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K;大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K.

3 結語

綜上所述，工業自動化發展非常之迅速。由于其強大的擴展性，PLC可以根據工程的實際需要進行配置，以便滿足各種技術要求，并廣泛應用于工業自動化領域。

參考文獻

[1] 廖常初.大中型PLC應用教程[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2] 秦益霖.西門子S7-400PLC應用技術[M].北京：電子工業出版社，2007.

（作者單位：長城汽車股份有限公司技術中心河北省汽車工程技術研究中心）