非標自動化設備中PLC程序控制設計要點

　　在現代化的工業生產設備中，在非標自動化設備，自動化設備，自動化生產線等設計領域，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制等，工業現場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器（ PLC ）來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述 PLC 控制系統設計時應該注意的問題。
　硬件選購目前市場上的 PLC 產品眾多，除國產品牌外，國外有：德國的 SIEMENS ，日本的 OMRON 、 MITSUBISHI 、 FUJJ 、 anasonic, 韓國的 LG 等。近幾年， PLC 產品的價格有較大的下降，其性價比越來越高 ，這是眾多技術人員選用 PLC 的重要原因。那么，如何選購 PLC 產品呢 ?
1 、系統規模首先應確定 系統用 PLC 單機控制，還是用 PLC 形成網絡 ，由此計算 PLC 輸入、輸出點數，并且在選購 PLC 時要在實際需要點數的基礎上 留有一定余量 （ 10% ）。
2 、確定負載類型根據 PLC 輸出端所帶的負載是 直流型還是交流型 ，是 大電流還是小電流 ，以及 PLC 輸出點動作的頻率 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。 不同的負載選用不同的輸出方式，對系統的穩定運行是很重要的。
3 、存儲容量與速度盡管國外各廠家的 PLC 產品大體相同，但也有一定的區別。目前還未發現各公司之間完全兼容的產品。各個公司的開發軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的 PLC 價格就越高，但應該根據系統的大小合理選用 PLC 產品。
4 、編程器的選購 PLC 編程可采用三種方式：
　　是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統容量小，用量小的產品比較適宜，并且體積小，易于現場調試，造價也較低。
　　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就可應用自如，但該編程器價格較高。
　　是用 IBM 個人計算機加 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 開發軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現場調試。
　　因此，應根據系統的大小與難易，開發周期的長短以及資金的情況合理選購 PLC 產品。
5 、盡量選用大公司的產品其質量有保障，且技術支持好，一般售后服務也較好，還有利于你的產品擴展與軟件升級。
一、輸入回路的設計
1 、電源回路 PLC 供電電源一般為 AC85—240V （也有 DC24V ），適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應 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 ，用其帶負載時要注意容量， 同時作好防短路措施（因為該電源的過載或短路都將影響 PLC 的運行） 。
3 、外部 DC24V 電源 若輸入回路有 DC24V 供電的接近開關、光電開關等，而 PLC 上 DC24V 電源容量不夠時，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，否則會影響 PLC 的運行 。
4 、 輸入的靈敏度各廠家對 PLC 的輸人端電壓和電流都有規定 ，如日本三菱公司 F7n 系列 PLC 的輸入值為： DC24V 、 7mA ，啟動電流為 4 ． 5mA ，關斷電流小于 1 ． 5mA ，因此，當輸入回路串有二極管或電阻（不能完全啟動），或者有并聯電阻或有漏電流時（不能完全切斷），就會有誤動作，靈敏度下降，對此應采取措施。另一方面，當輸入器件的輸入電流大于 PLC 的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應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 輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出 PLC 的輸入端。
二、輸出回路的設計
1 、各種輸出方式之間的比較
（ 1 ）繼電器輸出：
優點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達 2A ／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至 Jl 百萬次之間，有的公司產品可達 1000 萬次以上，響應時間為 10ms 。
（ 2 ）晶閘管輸出：
帶負載能力為 0.2A/ 點，只能帶交流負載，可適應高頻動作，響應時間為 1ms 。
（ 3 ）晶體管輸出：
最大優點是適應于高頻動作，響應時間短，一般為 0.2ms 左右，但它只能帶 DC 5—30V 的負載，最大輸出負載電流為 0 ． 5A/ 點，但每 4 點不得大于 0.8A 。
當你的系統輸出頻率為每分鐘 6 次以下時，應首選繼電器輸出，因其電路設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當頻率為 10 次／ min 以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用 PLC 輸出驅動達林頓三極管（ 5—10A ），再驅動負載（見圖 2 ），可大大減小。
2 、抗干擾與外部互鎖當 PLC 輸出帶感性負載，負載斷電時會對 PLC 的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護 PLC 。當兩個物理量的輸出在 PLC 內部已進行軟件互鎖后，在 PLC 的外部也應進行互鎖，以加強系統的可靠性。
3 、 “COM“ 點的選擇不同的 PLC 產品，其 “COM” 點的數量是不一樣的，有的一個 “COM” 點帶 8 個輸出點，有的帶 4 個輸出點，也有帶 2 個或 1 個輸出點的。當負載的種類多，且電流大時，采用一個 “COM” 點帶 1—2 個輸出點的 PLC 產品；當負載數量多而種類少時，采用一個 “COM” 點帶 4—8 個輸出點的 PLC 產品。這樣會對電路設計帶來很多方便，每個 “COM” 點處加一熔絲， 1—2 個輸出時加 2A 的熔絲， 4—8 點輸出的加 5—10A 的熔絲， 因 PLC 內部一般沒有熔絲。
4 、 PLC 外部驅動電路 對于 PLC 輸出不能直接帶動負載 的情況下，必須在外部采用驅動電路：可以用三極管驅動，也可以用固態繼電器或晶閘管電路驅動，同時應采用保護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，請看各公司的使用說明書。
三、擴展模塊的選用
　　對于小的系統，如 80 點以內的系統．一般不需要擴展；當系統較大時，就要擴展。不同公司的產品，對系統總點數及擴展模塊的數量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網絡結構；同時，有些廠家產品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規定，請看相關的技術手冊。
　　各公司的擴展模塊種類很多，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 的這種模塊化設計為用戶的產品開發提供了方便。
四、 PLC 的網絡設計
　　當用 PLC 進行網絡設計時，其難度比 PLC 單機控制大得多 。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則，不能適應你的實時要求，造成系統崩潰。另外，對通信接口、通信協議、數據傳送速度等也要考慮。
　　最后，還要向 PLC 的商家尋求網絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料，至于選用幾層工作站，依你的系統大小而定。
五、軟件編制
　　在編制軟件前，應首先熟悉所選用的 PLC 產品的軟件說明書，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，應先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結束后先空調程序，待各個動作正常后，再在設備上調試。