PLC基本原理及選型方法

摘 要 通過分析PLC原理、功能、結構，結合用戶實際需求、應用環境，闡述了如何選擇可編程序控制器。

關鍵詞 PLC 原理 型號 選擇

可編程序控制器（PLC）是以計算機的微處理器為基礎，綜合計算機應用技術、通訊技術以及自動控制技術而發展起來的一種通用控制器，PLC以其通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，迅速擴展到幾乎所有的工業領域。PLC通常由電源、CPU、內存及I/O板組成，從物理結構上分，可分為整體式和模塊式，整體式是將電源、CPU、I/O板等組合成不可拆卸的整體，模塊式則將電源、CPU、I/O板模塊化，這些模塊可按照一定規則組合配置。

一、PLC的特點

（1）通用性強。PLC可適用于各種電氣控制系統，除了可以實現開關量控制之外，還可以實現溫度、位置等模擬量控制。（2）使用方便、適應面廣。PLC作為繼電器、接觸器控制系統的替代品，其圖形符號及梯形圖編程語言與繼電器電路圖基本類似，容易被工程技術人員接受、理解并熟練運用。（3）可靠性高、抗干擾能力強。PLC系統廣泛應用于工業生產過程控制中，在內部電路、生產工藝等方面都采用了先進的抗干擾技術，能適應不同的工業環境，如在更加特殊、惡劣的環境下，還可以考慮采取抑制干擾噪聲、正確使用接地系統、采用屏蔽電纜等措施來消除干擾。（4）維護改造方便。PLC通過內部邏輯處理替代了大量繼電器，大大減少了控制系統設計和制造時間，同時使設備維護及改造變得更加簡單。

二、可編程序控制器的基本工作過程

在使用者看來，不必要詳細分析PLC的內部電路，但對各部分的工作機制還是要有足夠的理解。PLC由CPU控制工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令，運算器用于進行數字或邏輯運算，寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，PLC與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。輸入模塊將電信號轉換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O模塊除了開關量模塊外，還有特殊I/O模塊，如溫度、脈沖等模塊。PLC基本工作過程為：（1）現場信息輸入：PLC以掃描工作方式，按照順序對輸入點進行掃描，并將其暫存于輸入映像寄存器中。（2）程序執行階段：PLC按順序對程序進行掃描處理，并分別從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中獲得所需數據進行運算、處理，再將程序結果寫入寄存執行結果的輸出映像區中保存。（3）控制信號輸出：在執行完用戶所有程序后，PLC將運算的輸出結果送至輸出映像寄存器中。輸出寄存器向各個輸出點同時發出相應的信號，以實現所需的邏輯控制功能。

三、PLC型號的選擇

1、PLC選型的基本原則是：（1）滿足控制系統功能；（2）保證系統可靠工作；（3）性價比高。

對于小型單臺均為開關量控制的設備，一般小型整體式PLC就能滿足要求，如西門子的S7-200系列、三菱的FX系列，如果系統要完成模擬量與數字量轉換，PID閉環控制等工作，可考慮中、高檔PLC，如西門子的S7-400系列、三菱Q系列等，如考慮將PLC納入工廠自動控制網絡，還需擴展相應的通訊模塊，對于可靠性要求極高的系統，應考慮采用冗余控制設備和熱備用系統。

一個大型企業，應盡量做到機型統一。因為同一機型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理，可以減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給擴展系統升級留有余地，配以上位計算機后，可把控制各獨立系統的多臺PLC輕松聯成一個多級分布式控制系統，集中管理。

2、PLC容量估算。PLC容量包括兩個方面：一是I/O的點數，二是用戶存儲器的容量。（1）I/O點數估算。根據被控制對象的輸入信號和輸出信號，并考慮到今后調整和系統功能擴充，一般應加上15%的備用量。（2）用戶存儲器容量的估算。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，其容量一般按實際需要的110%～125%考慮，用戶一般可以按照下式對PLC存儲容量進行簡單估算：存儲容量字數=數字量I/O點數€？+模擬量I/O點數€？0+其它特殊I/O點數€？00。

四、PLC模塊的選擇

1、開關量輸入模塊的選擇。PLC的輸入模塊用來檢測來自現場（按鈕、行程開關、壓力開關等）的信號。交流輸入方式觸點接觸可靠，適用于有油霧、粉塵的惡劣環境和傳輸距離較遠的設備，輸入電壓有110V、220V兩種。直流輸入電路的延遲時間較短，可以直接與開關、光開關等輸入裝置連接。

2、開關量輸出模塊的選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出外接電源可以是直流，也可以是交流，但是動作速度較慢，動作次數有一定限制，適用于動作不頻繁的交直流負載。晶體管輸出和雙向晶閘管輸出模塊分別適用于直流負載和交流負載，它們的可靠性高，響應速度快，但過載能力稍差，另外這兩張形式的輸出均不具備明確的輸出開關斷點，可能導致一些小型繼電器在PLC輸出OFF時無法關斷。

3、模擬量輸入/輸出單元的選擇。模擬量輸入/輸出接口是用于溫度、流量、壓力等信號的測量和電壓輸出設備或電流輸出設備的控制

4、特殊模塊的選擇。特殊模塊主要用于一般PLC無法完蛋的任務，如快速輸入、位置定位、PID調節、通信接口等。

5、電源模塊的選擇。電源模塊的選擇較為簡單，只需要考慮模塊的額定輸出電流就可以了，電源模塊的額定電流必須大于CPU模塊、I/O模塊及其它模塊的總消耗電流，對整體式PLC則不存在電源的選擇問題。

綜上所述，選擇PLC時，應根據系統需求及系統的可擴展性，尋找一些技術實力強、信譽好、售后服務及技術支持到位的廠商。

參考文獻：

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[3]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工業應用[M].重慶：重慶大學出版社，2001.

（作者單位：中國石化銷售有限公司江蘇泰州石油分公司）