Что, если выбор идеального ПЛК может изменить эффективность вашего производства? Эта статья посвящена важнейшим принципам выбора правильного программируемого логического контроллера (ПЛК), охватывая такие факторы, как надежность производителя, точки входа/выхода и основные функции управления. Понимая эти ключевые аспекты, вы сможете принимать обоснованные решения, которые значительно повысят производительность и надежность вашей системы. Читайте далее, чтобы узнать, как правильный выбор ПЛК может оптимизировать ваши операции и повысить производительность.
Перед выбором ПЛК важно определить схему системы. После определения схемы системы вы можете выбрать производителя и модель, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям.
В этой статье представлена подробная информация о производителях, моделях, количестве точек ввода/вывода (I/O), функциях управления и многом другом, что поможет вам выбрать наиболее подходящий ПЛК для ваших нужд.
При выборе производителя ПЛК важно учитывать такие факторы, как требования пользователя оборудования, знакомство разработчика с ПЛК разных производителей и привычки проектирования, совместимость совместимых продуктов и технические услуги.
С точки зрения надежности самого ПЛК, в принципе, проблем с надежностью продукции крупных зарубежных компаний быть не должно. В целом, для управления автономным оборудованием или более простыми системами управления японские ПЛК имеют определенные преимущества по стоимости.
Для крупных распределенных систем управления с высокими требованиями к сетевому взаимодействию и открытости европейские и американские ПЛК имеют преимущества в функциональности сетевого взаимодействия.
Кроме того, для некоторых специальных отраслей (таких как металлургия и табачная промышленность) следует выбирать системы ПЛК с уже сложившимися и надежными эксплуатационными характеристиками в соответствующей отрасли.
Количество точек ввода/вывода ПЛК является одним из его основных параметров. При определении количества точек ввода/вывода следует исходить из общего числа точек ввода/вывода, необходимых для управляющего оборудования.
Как правило, ПЛК должны иметь соответствующие поля для точек ввода/вывода. Как правило, после добавления 10% - 20% расширяемых полей на основе рассчитанной статистики точек ввода/вывода эти данные можно использовать в качестве расчетного количества точек ввода/вывода.
При размещении реальных заказов количество точек ввода/вывода должно быть скорректировано в соответствии с конкретными характеристиками ПЛК производителя.
Объем памяти относится к размеру аппаратного блока хранения, который может предоставить программируемый логический контроллер, а объем программы относится к размеру блока хранения, используемого проектом пользовательского приложения в памяти.
Поэтому объем программы меньше объема памяти. На этапе проектирования, поскольку прикладная программа пользователя еще не скомпилирована, объем программы неизвестен и может быть определен только после отладки программы.
Чтобы оценить объем программы в процессе выбора проекта, обычно в качестве заменителя используется предполагаемый объем памяти. Не существует фиксированной формулы для оценки объема памяти ПЛК, и во многих литературных источниках приводятся различные формулы.
Как правило, общее количество слов в памяти оценивается в 10-15 раз больше количества точек цифрового ввода/вывода плюс 100 раз больше количества точек аналогового ввода/вывода (каждое слово - 16 бит), поэтому следует также учитывать дополнительный запас 25%.
Этот выбор включает в себя выбор операционных, управляющих, коммуникационных, программирующих, диагностических функций и скорости обработки.
К оперативным функциям простого ПЛК относятся логические операции, синхронизация и счетные функции. К оперативным функциям обычного ПЛК также относятся сдвиг данных, сравнение и другие оперативные функции.
Более сложные операционные функции включают алгебраические операции, передачу данных и т. д. Крупные ПЛК также имеют расширенные операционные функции, такие как ПИД-регулирование аналоговых сигналов.
С появлением открытых систем большинство ПЛК теперь имеют коммуникационные функции, некоторые продукты имеют связь с машинами нижнего уровня, некоторые - с соседними или верхними компьютерами, а некоторые даже имеют функции обмена данными с заводами или сетями предприятия.
При выборе ПЛК, исходя из реальных требований, важно обоснованно выбрать необходимые операционные функции.
В большинстве сценариев применения необходимы только логические операции и функции подсчета времени.
Некоторые приложения требуют передачи и сравнения данных, а алгебраические операции, числовые преобразования и ПИД-операции используются только для обнаружения и управления аналоговыми сигналами. Некоторые приложения также требуют операций декодирования и кодирования для отображения данных.
Функции управления включают в себя операции ПИД-регулирования, операции управления с компенсацией обратной связи, операции управления соотношением и т. д., которые должны быть определены на основе требований к управлению. Поскольку ПЛК в основном используется для последовательного логического управления, для решения задач аналогового управления в большинстве сценариев часто применяются одноконтурные или многоконтурные контроллеры.
Иногда для выполнения необходимых функций управления используются специальные интеллектуальные устройства ввода/вывода, что повышает скорость обработки данных ПЛК и экономит объем памяти. Например, использование блоков ПИД-регулирования, высокоскоростных счетчиков, аналоговых блоков с компенсацией скорости, блоков преобразования ASCII и т. д.
Средние и крупные системы ПЛК должны поддерживать несколько полевых шин и стандартные протоколы связи (например, TCP/IP), а также иметь возможность при необходимости подключаться к сетям управления предприятием (TCP/IP).
Протокол связи должен соответствовать стандартам связи ISO/IEEE и представлять собой открытую коммуникационную сеть.
Коммуникационный интерфейс системы ПЛК должен включать последовательные и параллельные интерфейсы связи (RS2232C/422A/423/485), коммуникационные порты RIO, промышленный Ethernet, широко используемые интерфейсы DCS и т.д.
Коммуникационная шина средних и крупных ПЛК (включая интерфейсные устройства и кабели) должна предусматривать резервную конфигурацию, а коммуникационная шина должна соответствовать международным стандартам. Расстояние связи должно соответствовать реальным требованиям устройства.
В коммуникационной сети системы ПЛК скорость связи сети верхнего уровня должна быть более 1 Мбит/с, а нагрузка на связь не должна превышать 60%.
Коммуникационная сеть системы ПЛК имеет несколько форм:
Чтобы уменьшить коммуникационную задачу центрального процессора, следует выбирать различные коммуникационные процессоры с различными функциями связи (например, точка-точка, полевая шина, промышленный Ethernet), исходя из реальных потребностей сетевого состава.
Оффлайн-программирование:
ПЛК и программатор совместно используют центральный процессор. В режиме программирования центральный процессор обслуживает только программатор и не управляет полевым устройством. После завершения программирования программатор переключается в режим работы, а центральный процессор управляет полевым устройством, но не может выполнять программирование.
Автономное программирование снижает стоимость системы, но неудобно в использовании и отладке.
Онлайн-программирование:
Центральный процессор и программатор имеют свои собственные процессоры. Главный процессор отвечает за управление полем и обменивается данными с программатором за один цикл сканирования. Программатор отправляет запрограммированную в режиме онлайн программу или данные на хост, и хост работает в соответствии с новой полученной программой в следующем цикле сканирования.
Этот метод имеет более высокую стоимость, но отладка и эксплуатация системы удобны и широко используются в средних и крупных ПЛК.
Пять стандартизированных языков программирования:
Последовательная функциональная диаграмма (SFC), лестничная диаграмма (LD), функциональная блок-схема (FBD) - три графических языка, список инструкций (IL) и структурированный текст (ST) - два текстовых языка.
Выбранный язык программирования должен соответствовать стандарту (IEC6113123) и поддерживать несколько языковых форм программирования, таких как C, Basic, Pascal и т.д., для удовлетворения требований к управлению в специальных сценариях управления.
Функция диагностики ПЛК включает в себя аппаратную и программную диагностику. Аппаратная диагностика определяет местонахождение аппаратных неисправностей с помощью логических суждений аппаратуры, а программная диагностика включает в себя внутреннюю и внешнюю диагностику.
Диагностика производительности и функций ПЛК внутри ПЛК с помощью программного обеспечения - это внутренняя диагностика, а диагностика центрального процессора и функции обмена информацией с внешними компонентами ввода/вывода с помощью программного обеспечения - это внешняя диагностика.
Мощность диагностической функции ПЛК напрямую влияет на технические возможности, требуемые от операторов и обслуживающего персонала, а также на среднее время ремонта.
ПЛК работает в режиме сканирования. С точки зрения требований реального времени скорость обработки должна быть как можно выше. Если длительность сигнала меньше времени сканирования, ПЛК не сможет просканировать сигнал, что приведет к потере данных о сигнале.
Скорость обработки зависит от длины пользовательской программы, скорости обработки процессора, качества программного обеспечения и т.д.
В настоящее время время время отклика и скорость контактов ПЛК высоки, а время выполнения каждой двоичной инструкции составляет около 0,2~0,4 мкс, что может удовлетворить требования приложений с высоким уровнем управления и быстрой реакцией.
Цикл сканирования (цикл сканирования процессора) должен соответствовать следующим критериям: время сканирования малого ПЛК не должно превышать 0,5 мс/К, а время сканирования среднего и крупного ПЛК не должно превышать 0,2 мс/К.
По своей структуре ПЛК можно разделить на два типа: интегральные и модульные.
Интегральные ПЛК имеют относительно фиксированное и небольшое количество точек ввода/вывода, что ограничивает выбор пользователей и обычно используется в небольших системах управления. Примерами этого типа являются серии Siemens S7-200, Mitsubishi FX и Omron CPM1A.
Модульные ПЛК оснащены несколькими модулями ввода/вывода, которые можно подключать к базовой плате ПЛК, что позволяет пользователям выбирать и настраивать количество точек ввода/вывода в соответствии со своими потребностями.
Это делает модульные конфигурации ПЛК более гибкими и обычно используется в средних и крупных системах управления. Примерами такого типа являются серии Siemens S7-300 и S7-400, Mitsubishi Q и Omron CVM1.
При выборе цифровых модулей ввода/вывода следует учитывать требования приложения. Например, для модулей ввода следует учитывать уровни входных сигналов, расстояния передачи и т. д.
Существует также множество типов выходных модулей, таких как релейно-контактный выход, двунаправленный тиристорный выход AC120V/23V, транзисторный привод DC24V, транзисторный привод DC48V и т.д.
Обычно модули релейного выхода имеют преимущества низкой стоимости и широкого диапазона напряжений. Однако они имеют меньший срок службы, большее время отклика и требуют схем поглощения перенапряжений при использовании с индуктивными нагрузками.
Двунаправленные тиристорные выходные модули имеют более быстрое время отклика и подходят для частых переключений и нагрузок с низким коэффициентом мощности, но стоят дороже и имеют более низкую перегрузочную способность.
Кроме того, модули ввода/вывода могут быть разделены на такие спецификации, как 8-точечные, 16-точечные, 32-точечные и т.д., в зависимости от количества входов/выходов, и должны быть разумно оснащены в соответствии с реальными потребностями.
Модули аналогового ввода можно разделить на модули ввода тока, напряжения, термопары и т.д. в зависимости от типа аналоговых входных сигналов.
Уровень сигнала модуля ввода тока обычно составляет 4~20 мА или 0~20 мА, а модуля ввода напряжения - 0~10 В, -5 В~+5 В и т. д. Некоторые модули аналогового ввода могут быть совместимы с входными сигналами как напряжения, так и тока.
Модули аналогового вывода также имеют выходной сигнал напряжения и выходной сигнал тока. Диапазон сигналов токового выхода обычно составляет 0~20 мА, 4~20 мА, а выходных сигналов напряжения - 0~0 В, -10 В~+10 В и т.д.
Модули аналогового ввода/вывода могут быть разделены на такие спецификации, как 2-канальные, 4-канальные, 8-канальные и т.д., в соответствии с номерами их каналов ввода/вывода.
Функциональные модули включают в себя модули связи, модули позиционирования, модули импульсного выхода, модули высокоскоростного счета, модули ПИД-регулирования, модули температурного контроля и т.д.
При выборе ПЛК следует учитывать возможность совмещения функциональных блоков, что включает в себя как аппаратные, так и программные аспекты.
После того как модель и характеристики ПЛК примерно определены, можно поочередно определить основные характеристики и параметры каждого компонента ПЛК в соответствии с требованиями к управлению и выбрать модели каждого модуля компонента.
При выборе моделей модулей следует руководствоваться следующими принципами:
При выборе ПЛК следует учитывать соотношение производительности и цены. При рассмотрении экономичности необходимо сравнить и сбалансировать такие факторы, как масштабируемость приложений, работоспособность, соотношение вход-выход и т. д., чтобы выбрать удовлетворительный продукт.
Количество точек ввода/вывода напрямую влияет на цену. Увеличение количества плат ввода/вывода требует дополнительных затрат. При увеличении количества точек до определенного значения необходимо также увеличить соответствующий объем памяти, стойку, материнскую плату и т. д.
Поэтому увеличение количества точек влияет на выбор процессора, объема памяти и объема функций управления. Это должно быть полностью учтено при оценке и выборе, чтобы вся система управления имела более разумное соотношение производительности и цены.
Как правило, существует множество типов модулей, которые могут удовлетворять требованиям к управлению как ПЛК. При выборе следует руководствоваться принципом упрощения схемы, удобства использования и минимизации внешних компонентов управления.
Например, для модулей ввода приоритет отдается тем формам ввода, которые могут быть напрямую соединены с внешними элементами обнаружения, чтобы избежать использования интерфейсных схем.
Для выходных модулей приоритетными должны быть выходные модули, которые могут непосредственно управлять нагрузкой, а промежуточные реле и другие компоненты должны быть сведены к минимуму.
При выборе следует учитывать однородность и универсальность каждого модуля ПЛК, чтобы избежать слишком большого количества типов модулей.
Это не только способствует закупкам, сокращая количество запасных частей, но и позволяет повысить взаимозаменяемость различных компонентов системы, обеспечивая удобство проектирования, ввода в эксплуатацию и технического обслуживания.
При выборе каждого модуля системы ПЛК необходимо полностью учитывать совместимость, чтобы избежать проблем с совместимостью.
Производителей основных компонентов системы ПЛК не должно быть слишком много. По возможности следует выбирать изделия одного и того же производителя.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO