非标自动化设备中PLC程序控制设计要点

　　在现代化的工业生产设备中，在非标自动化设备，自动化设备，自动化生产线等设计领域，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（ PLC ）来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，本文叙述 PLC 控制系统设计时应该注意的问题。
　硬件选购目前市场上的 PLC 产品众多，除国产品牌外，国外有：德国的 SIEMENS ，日本的 OMRON 、 MITSUBISHI 、 FUJJ 、 anasonic, 韩国的 LG 等。近几年， PLC 产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高 ，这是众多技术人员选用 PLC 的重要原因。那么，如何选购 PLC 产品呢 ?
1 、系统规模首先应确定 系统用 PLC 单机控制，还是用 PLC 形成网络 ，由此计算 PLC 输入、输出点数，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% ）。
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 、存储容量与速度尽管国外各厂家的 PLC 产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的 PLC 价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用 PLC 产品。
4 、编程器的选购 PLC 编程可采用三种方式：
　　是用一般的手持编程器编程，它只能用商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。
　　是用图形编程器编程，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。
　　是用 IBM 个人计算机加 PLC 软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的 PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。
　　因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购 PLC 产品。
5 、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。
一、输入回路的设计
1 、电源回路 PLC 供电电源一般为 AC85—240V （也有 DC24V ），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应 加装电源净化元件 （如电源滤波器、 1 ： 1 隔离变压器等）。
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） 。
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，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 。
4 、 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 4 ． 5mA ，关断电流小于 1 ． 5mA ，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，并且选用输人为共漏型输入的 PLC ， Bp 输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PLC 的输入端。
二、输出回路的设计
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 Jl 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 0.2A/ 点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为 1ms 。
（ 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 0.2ms 左右，但它只能带 DC 5—30V 的负载，最大输出负载电流为 0 ． 5A/ 点，但每 4 点不得大于 0.8A 。
当你的系统输出频率为每分钟 6 次以下时，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 PLC 输出驱动达林顿三极管（ 5—10A ），再驱动负载（见图 2 ），可大大减小。
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 1—2 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 4—8 个输出点的 PLC 产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个 “COM” 点处加一熔丝， 1—2 个输出时加 2A 的熔丝， 4—8 点输出的加 5—10A 的熔丝， 因 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，也可以用固态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。印制板应做成插拔式，易于维修。
PLC 的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。
三、扩展模块的选用
　　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。
　　各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。 PLC 的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。
四、 PLC 的网络设计
　　当用 PLC 进行网络设计时，其难度比 PLC 单机控制大得多 。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。
　　最后，还要向 PLC 的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的系统大小而定。
五、软件编制
　　在编制软件前，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，待各个动作正常后，再在设备上调试。