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[导读] PLC控制系统,Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器,专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置,它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

 PLC控制系统,Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器,专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置,它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

PLC控制系统的特点

(1)从开关量控制发展到顺序控制、运算处理,是从下往上的;

(2)逻辑控制、定时控制、 计数控制、 步进(顺序)控制、连续PID控制、数据控制――PLC具有数据处理能力、通信和联网等多功能;

(3)可用一台PC机为主站,多台同型PLC为从站;

(4)也可一台PLC为主站,多台同型PLC为从站,构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行;

(5)PLC网络既可作为独立DCS/TDCS,也可作为DCS/TDCS的子系统;

(6)主要用于工业过程中的顺序控制,新型PLC也兼有闭环控制功能。

 


 

PLC的设计选型的8个步骤

系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。这其中PLC的选型至关重要,如何根据不同的控制要求选择合适的PLC,设计出运行平稳、动作可靠、安全实用、调试方便、易于维护的控制系统呢?在PLC系统设计时,首先应确定系统方案,下一步工作就是PLC的设计选型。选择PLC,主要是确定PLC的生产厂家和PLC的具体型号。对于系统方案要求有分布式系统、远程I/O系统,还需要考虑网络化通讯的要求。那么具体应该如何选择PLC呢?笔者认为应该有以下几方面的内容。

1、PLC生产厂家的选择

确定PLC的生产厂家,主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑,原则上只要是国外大公司的产品,不应该存在可靠性不好的问题。

笔者个人认为,一般来说,对于控制独立设备或较简单的控制系统的场合,配套日本的PLC产品,相对来说性价比有一定优势。对于系统规模较大网络通讯功能要求高、开放性的分布式控制系统、远程I/O系统,欧美生产的PLC在网络通讯功能上更有优势。

另外对于一些特殊的行业(例如:冶金、烟草等)应选择在相关行业领域有投运业绩、成熟可靠的PLC系统。

2、输入输出(I/0)点数的估算

PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下,PLC的I/O点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。实际订货时,还需根据制造厂商PLC的产品特点,对输入输出点数进行调整。

3、PLC存储器容量的估算

存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,各种PLC的存储器容量大小可以从该PLC的基本参数表中找到,例如:西门子的S7-314 PLC的用户程序存储容量为64KB,S7-315-2DP PLC的用户程序存储容量为128KB。程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小,因此存储器容量应大于程序容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,需要对程序容量进行估算。

如何估算程序容量呢?许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。

4、PLC通讯功能的选择

现在PLC的通讯功能越来越强大,很多PLC都支持多种通讯协议(有些需要配备相应的通讯模块),选择时要根据实际需要选择合适的通讯方式。

PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式:

(1)PC为主站,多台同型号PLC为从站,组成简易PLC网络;

(2)1台PLC为主站,其他同型号PLC为从站,构成主从式PLC网络;

(3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网;

(4)专用PLC网络(各厂商的专用PLC通信网络)。

为减轻CPU通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网等)通信处理器。

5、PLC机型的选择

PLC的类型:PLC按结构分为整体型和模块型两类;整体型PLC的I/0点数较少且相对固定,因此用户选择的余地较小,通常用于小型控制系统。这一类PLC的代表有:西门子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的CPM1A系列等。

模块型PLC提供多种I/O模块可以在PLC基板上插接,方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的I/O点数。因此,模块型PLC的配置比较灵活,一般用于大中型控制系统。例如西门子公司的S7-300系列和S7-400系列、三菱公司的Q系列、欧姆龙公司的CVM1系列等。

6、I/O模块的选择

(一)数字量输入输出模块的选择:

数字量输入输出模块的选择应考虑应用要求。例如对输入模块,应考虑输入信号的电平、传输距离等应用要求。输出模块也有很多的种类,例如继电器触点输出型、AC120V/23V双向晶闸管输出型、DC24V晶体管驱动型、DC48V晶体管驱动型等。

通常继电器输出输出型模块具有价格低廉、使用电压范围广等优点,但是使用寿命较短、响应时间较长、在用于感性负载时需要增加浪涌吸收电路;双向晶闸管输出型模块响应时间较快适用于开关频繁,电感性低功率因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较差。

另外,输入输出模块按照输入输出点数又可以分为:8点、16点、32点等规格,选择时也要根据实际的需要合理配备。

(二)模拟量输入输出模块的选择:

模拟量输入模块,按照模拟量的输入信号类型可以分为:电流输入型、电压输入型、热电偶输入型等。电流输入型通常的信号等级为4~20mA或0~20mA;电压型输入模块通常信号等级为0~10V、-5V~+5V等。有些模拟量输入模块可以兼容电压或电流输入信号。

模拟量输出模块同样分电压型输出模块和电流型输出模块,电流输出的信号通常有0~20mA、4~20mA。电压型输出信号通常有0~10V、-10V~+10V等。

模拟量输入输出模块,按照输入输出通道数可以分为2通道、4通道、8通道等规格。

7、功能模块

功能模块包括通讯模块、定位模块、脉冲输出模块、高速计数模块、PID控制模块、温度控制模块等。选择PLC时应考率到功能模块配套的可能性,选择功能模块涉及硬件与软件两个方面。

在硬件方面,首先应考虑功能模块可以方便的和PLC相连接,PLC应该有相关的连接、安装位置与接口、连接电缆等附件。在软件上,PLC应具有对应的控制功能,可以方便的对功能模块进行编程。例如三菱的FX系列PLC通过“FROM”和“TO”指令可以方便的对相应的功能模块进行控制。

8、一般原则

在PLC型号和规格大体确定后,可以根据控制要求逐一确定PLC各组成部分的基本规格与参数,并选择各组成模块的型号。选择模块型号时,应遵循以下原则。

(一)方便性:一般说来,作为PLC,可以满足控制要求的模块往往有很多种,选择时应以简化线路设计、方便使用、尽可能减少外部控制器件为原则。

例如:对于输入模块,应优先选择可以与外部检测元件直接连接的输入形式,避免使用接口电路。对于输出模块,应优先选择能够直接驱动负载的输出模块,尽量减少中间继电器等元件。

(二)通用性:进行选型时,要考虑到PLC各组成模块的统一与通用,避免模块种类过多。这样不仅有利于采购,减少备品备件,同时还可以增加系统各组成部件的互换性,为设计、调试和维修提供方便。

(三)兼容性:选择PLC系统各组成模块时,应充分的考虑到兼容性。为避免出现兼容性不好的问题,组成PLC系统的各主要部件的生产厂家不宜过多。如果可能的话,尽量选择同一个生产厂家的产品。

最具影响力十大国产PLC品牌

现在在国内做的比较好就是台湾的台达、永宏、丰炜和大陆的和利时、信捷、厦门海为等,台湾品牌都有十几年的历史,因此积累了一定的客户。目前制造业正在面临着改革、转型的困难,正是国产PLC发展的好时机,以下为大家盘点一些国产有实力的PLC品牌。

1、永宏PLC

永宏PLC是永宏电机股份有限公司的PLC产品,永宏电机股份有限公司1992年由一群从事PLC设计开发工作多年的工程师创立于台湾。永宏专注在高功能的中小型及微型PLC市场领域,创立的自有品牌“FATEK”目前在业界已享有颇高的知名度。

近年来,面对许多大厂的竞争,以及客户端应用的变化,单单只提供PLC产品已无法满足市场需求,另一方面,永宏在微型PLC的市场已占了相当的经济规模了,若要高度成长已非易事,因此,除了PLC的产品外,提供更完整的工业自动化解决方案,是当今永宏需面对的课题。

目前具体的发展方向仍先以研发更高功能的PLC来稳固核心竞争力外,同时更积极发运动控制器、人机接口、工业用电源供应器、伺服控制器、变频器及伺服马达。

2、台达PLC

被誉为台湾电子业的教父级人物的董事长郑崇华先生在1972年创办了台达电子,带着15个人开始了创业历程,为的是甩开日本人自己做零组件,打造华人的民族品牌。当年小小的台达电子经过死拼硬挤,硬是从激烈的竞争中脱颖而出,在业界崭露头角。

台达集团不仅“战胜”了日本厂商,而且还打败了欧美厂商,成为世界头号电源供应器制造厂商、世界上最大的零组件厂商、世界上最大的计算机业周边产品供应商,并以每年30%至40%的速度持续增长着。

台达PLC台达集团为工业自动化领域专门设计的、实现数字运算操作的电子装置。台达PLC采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。

台达PLC以高速、稳健、高可靠度而著称,广泛应用于各种工业自动化机械。台达PLC除了具有快速执行程序运算、丰富指令集、多元扩展功能卡及高性价比等特色外,并且支持多种通讯协议,使工业自动控制系统联成一个整体。

台达PLC品种齐全的各种硬件装置,可以组成能满足各种要求的控制系统,用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后,在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下,不必改变PLC的硬设备,只需改编程序就可以满足要求。因此,PLC除应用于单机控制外,在工厂自动化中也被大量采用。

3、和利时PLC

北京和利时集团始创于1993年,是一家从事自主设计、制造与应用自动化控制系统平台和行业解决方案的高科技企业集团。集团具有系统集成国家一级资质,是国家级的企业技术中心。公司现有员工逾3000人。

在工厂自动化和机器自动化领域,和利时从2003年开始,先后推出自主开发的LM小型PLC、LK大型PLC、MC系列运动控制器,产品通过了CE认证和UL认证。其中LK大型PLC是国内唯一具有自主知识产权的大型PLC,并获得国家四部委联合颁发的“国家重点新产品”证书。和利时的PLC和运动控制产品已经广泛应用于地铁、矿井、油田、水处理、机器装备控制行业。

在国内的PLC市场,和利时无论在产品的系列宽广度,还是品牌影响力、行业应用经验还依然处在劣势地位。为此,从一开始和利时就制定了“农村包围城市”的战略。,和利时找到大公司的业务盲点,能让和利时公司PLC的业务量迅速上升,同时也可以检验PLC的性能。

和利时不仅为客户提供PLC产品,同时还提供运动控制器、人机界面、变频器、电机及驱动等系列产品和机器控制的一体化方案,更为客户提供售前的方案配置、系统优化、售中的技术咨询、编程指导、系统成套,售后的产品维修、备件提供的全方位的服务,并真正的做到为客户“量体裁衣”。

4、安控PLC

安控科技成立于1998年,位于北京市中关村科技园区海淀园上地信息产业基地。是专业从事工业级RTU产品研发、生产、销售、售后和系统集成业务的高新技术企业。基于RTU技术在油气、环境在线监测行业开发出多款专业化经典产品,产品广泛应用于石油天然气的开采、处理、管输、储配等各个环节以及环境在线监测、城市燃气、供水供热等管网监控领域,并已远销美国、加拿大、墨西哥、土耳其、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、伊拉克、伊朗、韩国、泰国、马来西亚等国家。

在专用于远程测控的产品RTU取得成功之后,2004年,安控的RockE系列PLC问世。从RTU到PLC,一如从石油天然气到众多行业和领域,对于安控而言,这是一种发展思路,从点到线,再从线到面,可谓水到渠成。安控拥有RTU的开发基础和项目经验,PLC的研发和生产似乎早已不是问题。

安控科技将多项通信技术引入到RockE40系列PLC产品中,使得其通信能力较一般PLC相比得到了大大提高。RockE40系列PLC产品可提供多种通信接口,如:网络、RS232、RS485、拨号、无线电台等,配接相应的通信设备,可以实现以上所提到的各种通信方式。由于提供了通信扩展模块,在理论上通信接口的数量也没有限制。

除通信接口外RockE40系列PLC产品还支持多种标准通信协议,如:如ModbusRTU、ModbusASCII、ModbusTCP、DNP3等。由于RockE40支持C、C++编程,因此用户也可方便地实现自定义通信协议,或由我公司提供定制的通信协议。

目前,安控PLC产品已经广泛地应用于城市供水及水处理自动化控制,热力网络管道自动化控制,通用工业数据采集与过程控制,热水锅炉、工业蒸汽锅炉监控,明渠、水闸及水位的检测控制,大气环境和水质监测,电力系统参数遥测遥控等诸多领域。

5、台安PLC

台安科技(无锡)有限公司是由台湾知名跨国企业-东元集团旗下安台国际投资(新加坡)私人公司于2000年7月1日在中国大陆成立的外商独资企业。公司位于江苏省无锡市国家高新技术产业开发区内,总投资额2,400万美元,注册资本1650万美元。本公司具备国际化的标准厂房、一流的产品品质以及具有专业知识的员工。未来预计目标年产值将达25亿元人民币。

目前公司拥有近1000人的高素质产销和研发队伍,生产、销售和研发一系列的工控和低压电器与配电产品,下属元件和电子两个事业部。元件事业部拥有完善的生产管理水平,高水准的工程自动化技术,高性能的制造设备以及高素质的销售队伍。其以生产和销售低压电器为主导,同时生产配电产品。低压电器产品门类齐全、质量可靠、价格合理,深受用户好评。配电产品性能优异,价格适宜,为市场广泛认同。为适应市场需要,现正不断开发新产品,以确保强大的竞争力。

AP是台安科技最新开发的新一代高速、高质量可编程控制器(PLC)。适用于小规模设备控制的小型通用PLC丰富的通信功能,可通过USB通信端口与计算机直接连接高速计数器、脉冲输出的定位控制功能。另外台安还有TP03系列的PLC,适用于输送设备,电子设备等袜机,横机,储纬器,喷水织机,络筒机,FAN等场合。

台安科技拥有最先进的成套设备和流水作业线,实现了以最新控制系统为中心的分散控制和集中管理,其技术人才具备高水平电子技术和丰富经验,并以最新的电子技术为基础,可根据各种生产现场的要求,提供更加灵活的柔性生产系统装置。其生产的工控产品已深得行业认同,产销两旺。

6、丰炜PLC

丰炜科技企业股份有限公司,1995年成立于台北县淡水镇,是台湾最大的PLC生产商之一,也是台湾使用最广泛的PLC之一。自成立以来,丰炜研发团队致力於可程式控制器(PLC)产品之开发与制造。创立至今,虽然一路面临进口PLC产品威胁竞争、及国内具有雄厚财力大厂竞相投入PLC之开发,但在各方强敌环伺下,丰炜依然受到众多爱用者的支持,业绩、销量年年持续成长。

此外,丰炜设有技术支援部门,专人为客人提供产品技术谘询服务。2005年,丰彰国际贸易(上海)有限公司的设立,在大陆地区就近提供丰炜PLC产品销售、技术支援等服务。同时,海外市场的扩展,也将是丰炜的重点工作。丰炜团队秉持对PLC的热爱与执着,除了增强原有系统上之功能外。

丰炜产品特点是贴近市场,创新而实用,在功能齐全、性能稳定性方面也深得客户好评。丰炜PLC的使用方式与三菱plc有较多相似,学习起来十分方便。它具有实用需要的各种特殊功能,并且相对其它台系PLC都具有功能或价格上的优势,每台丰炜PLC都配备有业界首创的多功能显示幕,能适时告诉操作者机器的运行状况而不需另外增加成本。丰炜提供创新的连接器型式PLC,相比端子台型式PLC,能有效降低配线工时,减少配线错误,也让机器的维修变的简单方便。大量使用时,效果尤其显著。VH、VBO、VB2三个系列PLC。

7、南大傲拓PLC

南大傲拓科技江苏有限公司2008年10月成立并进驻南京大学—鼓楼高校国家大学科技园园区,致力于自主研发生产性能可靠、品质精良、技术先进的前沿工控产品。具有完全自主知识产权的产品覆盖可编程控制器、人机界面、变频器、伺服系统、组态软件等,为各行业用户提供自动化产品的整体解决方案。同时,公司积极与科研院所和行业用户紧密合作,联手开发基于行业自动化解决方案的企业管理信息系统。

8、信捷PLC

信捷电气作为中国工控市场最早的参与者之一,长期专注于机械设备制造行业自动化水平的提高。无锡信捷PLC产品现拥有XC系列、XD系列,主要应用在纺织行业、机床行业、包装机械行业、食品机械行业、暖通空调行业、橡胶行业、矿用行业、塑料机械行业、印刷行业、汽车制造行业等。每系列产品都覆盖了标准型、经济型、增强型、基本型、运动控制型、高性能型等供用户任意选择的产品。

信捷作为国产PLC的代表企业,其PLC的优势主要在于,能够将C语言应用于梯形途中,集运动控制于一体,具有更加安全的程序保密功能及丰富的软元件容量和种类,快速的处理速度和I/O切换更方便用户使用。

9、黄石科威PLC

黄石市科威自控有限公司是一家开发、生产、销售嵌入式PLC、伺服驱动器和自动化系统的省级高新技术企业、软件企业。

嵌入式PLC是将PLC梯形图编程语言嵌入到特定的控制装置中,使该装置具有PLC的基本功能,开发人员在该软件平台上,能轻松、快捷地设计出通用PLC、客制式PLC和各种控制板。嵌入式PLC是科威公司立足原有的自动化仪表技术、现场总线技术和10多年的自动化工程项目经验,在华中科技大学、武汉理工大学的协作下,经过3年多的努力攻关,首创成功的。由于嵌入式PLC的社会、经济价值巨大,2005年被列为国家攻关计划。

托国家攻关项目成果嵌入式PLC软件,开发的面向纺织机械的客制式PLC,2007年获得国家创新基金的资助;开发的基于嵌入式PLC软件的电梯控制器,2008年获得湖北省软件专项资金的支持。迄今为止,科威公司的嵌入式PLC产品--通用PLC、客制式PLC、控制板,已在纺织机械、电梯、工业窑炉、塑料机械、印刷包装机械、食品机械、数控机床、恒压供水设备、环保设备等行业中成功应用。

10、正航PLC

上海正航电子科技有限公司是一家致力于工业控制领域产品开发、生产、销售、服务的高科技企业。公司是工业自动化及过程自动化领域领先的技术与服务提供商,也是成长最为迅速的控制系统制造厂商之一。

正航PLC是上海正航电子科技有限公司出品的高品质小型PLC,属于国产PLC中的精品PLC,产品性能安全、稳定、可靠,性价比高。为了满足客户对产品性能的更高要求,正航推出了CHION——驰恩系列PLC。CHION驰恩系列PLC是正航公司引进德国技术,在国内生产的高品质PLC,与西门子S7-200系列PLC产品完全兼容。可以使用西门子S7-200的软件STEP7-MicroWin进行编程调试,并且其CPU、模块可以完全兼容,互换使用。

目前公司主要产品包括有PLC、HMI、伺服、专用控制系统、远程I/O和现场总线产品等,其高性能自动化产品与控制方案广泛应用于塑料机械、电子设备、纺织机械、新能源、制冷制热、医疗设备、包装设备、数控设备等众多行业。经过多年发展,正航PLC已经发展成为国产PLC知名品牌。

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