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自控系统设计中PLC的正确选择

作者：杨晨作者单位：西安英赛特电子科技有限公司 2011年12月18日

    2011.12.18
    摘要：随着PLC在工业自动控制系统中的应用越来越广泛，对PLC的正确选型非常重要。从工作量、工作环境、通信网络、编程、与监控系统的通信、可延性、售后服务与技术支持、性价比等八个方面提出了在自动控制系统设计中对PLC选型的看法。
    关键词：控制；系统设计；可编程控制器；选型
    可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在
    自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
    面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。
    可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。
    一、工作量
    这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的首要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：
    1、可以弥补设计过程中遗漏的点；
    2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；
    3、将来增加点数的需要。
    二、工作环境
    工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。
    三、通信网络
    现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统必须解决的问题，但各厂家制定的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：
    1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；
    2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；
    3、是否有利于将来。由于各厂家制定的通信协议各不相同，国际上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。
    四、编程
    程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。
    1、编程方法
    一种是使用厂家提供的专用编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予评价。
    2、编程语言
    编程语言最为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。最常用的可以划分为以下5类编程语言：
    （1）梯形图
    这是PLC厂家采用最多的编程语言，最初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑最为有用；
    （2）顺序功能图
    它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；
    （3）功能块图
    它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；
    （4）结构化文本
    这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；
    （5）指令表
    它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。
    厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的XTEL编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。
    3、存储器
    PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512~128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。
    PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，最适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能更改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。
    4、易于更改
    PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意更改控制结构（或控制过程），这就要求更改程序方便快捷。
    5、是否有专用模块
    部分生产厂家的PLC产品提供一些专用模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。
    五、与监控系统的通信
    1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，最适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，仍能很好地控制现场。
    2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。前一种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点制定相应的控制方案，应该说仍以PLC为中心；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员提供了较宽松的开发条件，往往可以制作出优秀的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统首选。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。
    六、可延性
    这里包括三个方面含义：
    1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；
    2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。
    3、产品的更新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。
    七、售后服务与技术支持
    1、选择好的公司产品；
    2、选择信誉好的代理商；
    3、是否有较强的售后服务与技术支持。
    八、性价比
    相对于自控系统性能的好坏优先于价格的选择。只是在前面几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。
    在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是必须考虑的，而存在的问题也必须通过其它替代方式加以解决。
    一般来说通过前5项的比较，已可确定2~3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情。

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