PLC控制程序的设计过程,是在确定了输入、输出关系后,根据设计人员的直觉和经验直接进行梯形图设计,这种方法称为经验设计法。对于一些简单的控制任务,经验设计法确实是一种简洁有效的方法,而面对复杂的控制要求,用经验设计法就显得非常困难,并存在着以下的问题:
1、设计方法很难掌握,设计周期长
用经验法设计系统的梯形图时,没有一套固定的方法和步骤可以遵循,具有很大的试探性和随意性。对于各种不同的控制系统,没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时,用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能。由于需要考虑的因素很多,它们往往又交织在一起,分析起来非常困难,并且很容易遗漏一些应该加以考虑的问题。修改某一局部电路时,很可能会“牵一发而动全身”,对系统的其它部分产生意想不到的影响。因此梯形图的修改也很麻烦。往往花了很长的时间还得不到一个满意的结果。
2、装置交付使用后维修困难
用经验法设计出的梯形图往往看上去非常复杂。对于其中某些复杂的逻辑关系,即使是设计者的同行,分析起来都很困难,更不用说维修人员了。这给PC控制系统的维修和改进带来了很大的困难。
事实上,对于PLC所擅长的离散型控制场合,不管控制任务有多复杂,通过细心分析就会发现,所谓的控制过程就是在PLC的指挥下,系统状态发生变化的过程。所以,只要把系统的状态从工艺要求中分离出来,控制问题也就迎刃而解了。系统状态的变化是有规律的,一般是按顺序一步一步地进行的,在此基础上,人们总结形成了一种科学有效的程序设计方法,称为顺序设计法或步进梯形图设计。1、选择合适的PLC类型
1、可编程控制器选择
三菱FX1S系列PLC是一种卡片大小的PLC,适合在小型环境中进行控制。它具有zhuoyue的性能、串行通讯功能以及紧凑的尺寸,这使得它们能用在以前常规可编程控制器无法安装的地方。
三菱FX1N系列PLC是一种普遍选择方案,多可达128点控制。由于FX1N系列具有对于输入/输出、逻辑控制以及通讯/链接功能的可扩展性,因此它对普遍的顺控解决方案有广泛的适用范围,并且能增加特殊功能模块或扩展板。
三菱FX2N系列PLC是FX系列中的模块。它拥有无以匹及的速度、的功能、逻辑选件以及定位控制等特点,FX2N是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。
三菱FX2NC系列PLC在保留其原有的强大功能特色的前提下实现了极为可观的规模缩小,I/O型连接口降低了接线成本并节省了时间。
对于开关量控制的系统,当控制速度要求不高时,一般的小型整体机FX1S就可以满足要求。对于以开关量控制为主,带有部分模拟量控制的应用系统,应选择具有所需功能的可编程控制器主机,如用FX1N或FX2N型整体机。另外还要根据需要选择相应的模块,例如开关量的输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、配接相应的传感器及变送器和驱动装置等。
2、I/O点数的确定
一般的讲,可编程控制器控制系统的规模的大小是用输入、输出的点数来衡量的。我们在设计系统时,应准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后调整和工艺改进的需要,在实际统计I/O点数基础上,一般应加上10%一20%的备用量。
对于整体式的基本单元,输入输出点数是固定的,不过三菱的FX系列不同型号输入/输出点数的比例也不同,根据输入/输出点数的比例情况,可以选用输入/输出点都有的扩展单元或模块,也可以选用只有输入(输出)点的扩展单元或模块。
3、用户存储器容量的估算
根据经验,对于开关量控制系统,用户程序所需存储器的容量等于I/O信号总数乘以8。对于有模拟量输人输出的系统,每一路模拟量信号大约需100存储器容量。如果使用通信接口,那么每个接口需300存储器容量。一般估算时根据算出存储器的总字数再加上一个备用量。
4、可编程控制器的处理速度应满足实时控制的要求
可编程控制器是采用顺序扫描的工作方式,其顺序扫描工作方式使它不能可靠地接收持久时间小于1个扫描周期的输入信号。为此,对于快速反映的信号需要选取扫描速度高的机型
关于可编程控制器的选型问题,当然还应考虑到它的的联网通信功能、价格等因素。系统可靠性也是考虑的重要因素。
2、开关量输入输出模块及扩展的选择
开关量输入模块的输入电压一般为DC24V和AC220V两种。直流输入可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接,三菱FX系列直流输入模块的公用端已经接在内部电源的0V,因此直流输入不需要外接直流电源,有些类型的可编程控制器输入的公用端要另接电源,对初学者应该注意。交流输入方式的触点接触可靠,适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。我们常用的还是直流输入模块。
开关量输出模块有继电器输出、晶体管输出及可控硅输出。继电器型输出模块的触点工作电压范围广,导通压降小,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但是动作速度较慢,寿命(动作次数)有一定的限制。一般控制系统的输出信号变化不是很频繁,我们优先选用继电器型,并且继电器输出型价格低,也容易购买。晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载,它们的可靠性高,反应速度快,寿命长,但是过载能力稍差。选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等,还应注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。
3、编程器和外围设备的选择
早期的小型可编程控制系统,通常都选用价格便宜的简易编程器。如果系统较大,可编程控制器多,可以选用一台功能强、编程方便的图形编程器;随着科技的发展,个人计算机的使用越来越普及,编程软件包的出现,在个人计算机上安装的编程软件包配上通信电缆,也可取代原编程器。
1.PLC与继电器控制系统的比较
传统的继电器控制系统是针对一定的生产机械、固定的生产工艺而设计,采用硬接线方式安装而成,只能完成既定的逻辑控制、定时和计数等功能,即只能进行开关量的控制,一旦改变生产工艺过程,继电器控制系统必须重新配线,因而适应性很差,且体积庞大,安装、维修均不方便。由于PLC应用了微电子技术和计算机技术,各种控制功能是通过软件来实现的,只要改变程序,就可适应生产工艺改变的要求,因此适应性强。
2.PLC与单片机控制系统比较
单片机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及IO接口的限制;软件上主要受限于与CPU类型有关的编程语言。现代PLC的核心就是单片微处理器。虽然用单片机作控制部件在成本方面具有优势,但是从单片机到工业控制装置之间毕竟有一个硬件开发和软件开发的过程。虽然PLC也有必不可少的软件开发过程,但两者所用的语言差别很大,单片机主要使用汇编语言开发软件,所用的语言复杂且易出错,开发周期长。而PLC用专用的指令系统来编程的,简便易学,现场就可以开发调试。比之单片机,PLC的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件,这样节省了用户时间和总的投资。一般说来单片机或单片机系统的应用只是为某个特定的产品服务的,与PLC相比,单片机控制系统的通用性、兼容性和扩展性都相当差。
3.PLC与计算机控制系统的比较
PLC是专为工业控制所设计的。而微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的,尽管两者在技术上都采用了计算机技术,但由于使用对象和环境的不同,PLC较之微机系统具有面向工业控制、抗干扰能力强、适应工程现场的温度、湿度环境。此外,PLC使用面向工业控制的专用语言而使编程及修改方便,并有较完善的监控功能。而微机系统则不具备上述特点,一般对运行环境要求苛刻,使用语言编程,要求使用者有相当水平的计算机硬件和软件知识。而人们在应用PLC时,不必进行计算机方面的专门培训,就能进行操作及编程。
4.PLC与传统的集散型控制系统的比较
PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的。而传统的集散控制系统DCS(Distributedcontrolsystem)是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统,它在模拟量处理,回路调节等方面有一定的优势。PLC随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展,无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上,都有很大的提高,并开始与小型计算机联成网络,构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。随着网络通信功能的不断增强,PLC与PLC及计算机的互联,可以形成大规模的控制系统,现在各类DCS也面临着高端PLC的威胁。由于PLC的技术不断发展,DCS过去所独有的一些复杂控制功能现在PLC基本上全部具备,且PLC具有操作简单的优势,重要的一点,就是PLC的价格和成本是DCS系统所无法比拟的。
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