工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用（ABB） 高級 課件 1.2.3 PLC設(shè)備選型方法與工作站PLC選型

PLC設(shè)備選型方法與工作站PLC選型一、PLC設(shè)備選型方法二、工作站PLC選型1/19一PLC設(shè)備選型方法正確選擇PLC控制器的型號在一定程度上決定了工作站功能能否正常使用。本節(jié)將結(jié)合智能制造單元系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺，講解PLC選型的基本原則及方法。PLC的品牌眾多，其結(jié)構(gòu)型號、性能、容量、編程方法、指令形式、價格亦不相同，適用場合也各有側(cè)重。進(jìn)行PLC選型時，一般包含以下內(nèi)容。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便及性能價格比最優(yōu)化的機(jī)型。對于企業(yè)來說，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)。機(jī)型選擇2/19一PLC設(shè)備選型方法在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。對于數(shù)字量控制以及以數(shù)字量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，一般無需考慮其控制速度，因此選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)即可滿足要求。在控制方案比較復(fù)雜、控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如實(shí)現(xiàn)PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)?；驈?fù)雜程序來選用中檔或高檔機(jī)。機(jī)型選擇3/19一PLC設(shè)備選型方法機(jī)型選擇根據(jù)不同的應(yīng)用對象，表1-2列出了PLC的功能選擇方法。序號應(yīng)用對象功能要求應(yīng)用場合1替代繼電器繼電器觸點(diǎn)輸入/輸出、邏輯線圈、定時器、計(jì)數(shù)器。替代傳統(tǒng)使用的繼電器，完成條件控制和時序控制功能。2數(shù)字運(yùn)算四則數(shù)學(xué)運(yùn)算、開方、對數(shù)、函數(shù)計(jì)算、雙倍精度的數(shù)學(xué)運(yùn)算。設(shè)定值控制、流量計(jì)算；PID調(diào)節(jié)、定位控制和工程量單位換算。3數(shù)據(jù)傳遞寄存器與數(shù)據(jù)表的相互傳送等。數(shù)據(jù)庫的生成、信息管理、BAT-CH（批量）控制、診斷和材料處理等。4矩陣功能邏輯與、邏輯或、異或、比較、置位、移位和取反等。這些功能通常按“位”操作，一般用于設(shè)備診斷、狀態(tài)監(jiān)控、分類和報警處理等。表1PLC的功能及應(yīng)用場合（1）4/19一PLC設(shè)備選型方法機(jī)型選擇序號應(yīng)用對象功能要求應(yīng)用場合5高級功能表與塊間的傳遞、檢驗(yàn)和雙倍精度運(yùn)算、對數(shù)和反對數(shù)、平方根、PID調(diào)節(jié)等。通信速度和方式、與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)器等。6診斷功能PLC的診斷功能有內(nèi)部診斷和外診斷兩種。內(nèi)診斷是PLC內(nèi)部各部件性能和功能的診斷，外診斷是中央處理機(jī)與I/O模塊信息交換的診斷。-7串行接口一般中型以上的PLC都提供一個或一個以上串行標(biāo)準(zhǔn)接口（RS-232C），以連接打印機(jī)、CRT、上位計(jì)算機(jī)或另一臺PLC。-8通信功能現(xiàn)在的PLC能夠支持多種通信協(xié)議。比如現(xiàn)在比較流行的工業(yè)以太網(wǎng)等。對通信有特殊要求的用戶。表2PLC的功能及應(yīng)用場合（2）5/19一PLC設(shè)備選型方法輸入/輸出選擇在生產(chǎn)現(xiàn)場中，PLC與外部生產(chǎn)過程的聯(lián)系大部分是通過I/O接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制信息對被控對象進(jìn)行控制。同時通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。常用的輸入/輸出類型見表3-4。序號類型描述1數(shù)字量輸入/輸出通過標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口可從傳感器和開關(guān)（如按鈕、光電傳感器等）及控制設(shè)備（如指示燈、氣缸等）接收信號。典型的交流輸入/輸出信號為24~240V，直流輸入/輸出信號為5~240V。表3PLC的輸入/輸出類型（1）6/19一PLC設(shè)備選型方法輸入/輸出選擇序號類型描述2模擬量輸入/輸出模擬量輸入/輸出接口一般用來感知傳感器產(chǎn)生的信號。這些接口可用于測量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。這些接口的典型量程為-10~+10V、0~+10V、4~20mA或10~50mA。3特殊功能輸入/輸出在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨一些特殊類型且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實(shí)現(xiàn)的I/O限定。如定位、快速輸入、頻率等。有些特殊接口模塊自身能處理一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使CPU從耗時的任務(wù)處理中解脫出來。4智能式輸入/輸出一般智能式輸入/輸出模塊本身帶有處理器，可對輸入或輸出信號作預(yù)先規(guī)定的處理，并將處理結(jié)果送人CPU或直接輸出，這樣可提高PLC的處理速度并節(jié)省存儲器的容量。表4PLC的輸入/輸出類型（2）7/19一PLC設(shè)備選型方法輸入/輸出選擇根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的I/O點(diǎn)數(shù)時，應(yīng)再增加10%~20%的備用量，以便隨時增加控制功能。對于一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。PLC存儲器類型及容量選擇PLC系統(tǒng)所用的存儲器基本上由PROM、E-PROM及RAM

三種類型組成，存儲容量則隨機(jī)器的大小變化，一般小型機(jī)的最大存儲能力低于6KB，中型機(jī)的最大存儲能力可達(dá)64KB，大型機(jī)的最大存儲能力可達(dá)上兆字節(jié)。使用時可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機(jī)型，必要時可專門進(jìn)行存儲器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)。8/19一PLC設(shè)備選型方法PLC存儲器類型及容量選擇PLC的存儲器容量選擇和計(jì)算的方法有兩種。第一種是根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲器的實(shí)際使用容量。第二種是估算法，用戶根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照下表的公式進(jìn)行估算。一般會留有25%~30%的余量。序號控制目的公式說明1代替繼電路M=Km*(10DI+5DO)DI為數(shù)字（開關(guān)）量輸入信號；DO為數(shù)字（開關(guān)）量輸出信號；AI為模擬量輸入信號；Km為每個接點(diǎn)所點(diǎn)存儲器字節(jié)數(shù)；M為存儲器容量。2模擬量控制M=Km*(10DI+5DO+100AI)3多路采樣控制M=Km*[10DI+5DO+100AI+（1+采樣點(diǎn)*0.25)]。表5PLC容量估算公式9/19一PLC設(shè)備選型方法軟件選擇在進(jìn)行PLC選型時，編程軟件的功能也應(yīng)做相應(yīng)了解。對于不同的PLC編程軟件，其指令集不一樣。一個應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實(shí)現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度?？捎玫闹噶罴瘜⒅苯佑绊憣?shí)現(xiàn)控制程序所需的實(shí)際和程序執(zhí)行時間。在進(jìn)行PLC選擇時，其編程軟件的可操作性也應(yīng)作考慮。10/19一PLC設(shè)備選型方法支撐技術(shù)條件的考慮在選用PLC時，有無支撐技術(shù)條件同樣是重要的選擇依據(jù)。支撐技術(shù)條件包括的內(nèi)容見表6-7。序號支撐條件描述1編程手段便攜式簡易編程器主要用于小型PLC，其控制規(guī)模小，程序簡單，可用簡易編程器；CRT編程器適用于大中型PLC，除可用于編制和輸入程序外，還可編輯和打印程序文本。2進(jìn)行程序文本處理簡單程序文本處理以及圖、參量狀態(tài)和位置的處理，包括打印梯形邏輯；程序標(biāo)注，包括觸點(diǎn)和線圈的賦值名、網(wǎng)絡(luò)注釋等，這對用戶或軟件工程師閱讀和調(diào)試程序非常有用。表6支撐技術(shù)條件（1）11/19一PLC設(shè)備選型方法支撐技術(shù)條件的考慮序號支撐條件描述3程序儲存方式對于技術(shù)資料檔案和備用資料來說，程序的儲存方法有磁帶、軟磁盤或EEPROM存儲程序盒等方式，具體選用哪種儲存方式，取決于所選機(jī)型的技術(shù)條件。4通信軟件包對于網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)或需用上位計(jì)算機(jī)管理的控制系統(tǒng)，有無通信軟件包是選用PLC的主要依據(jù)。通信軟件包通常和通信硬件一起使用，如調(diào)制解調(diào)器等。表7支撐技術(shù)條件（2）12/19一PLC設(shè)備選型方法PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC通常直接用于工業(yè)控制，生產(chǎn)廠商都把它設(shè)計(jì)成具備能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作的能力。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要給予充分的考慮。一般PLC及其外部電路（包括I/O模塊、輔助電源等）都能在表8的環(huán)境條件下可靠工作。13/19一PLC設(shè)備選型方法PLC的環(huán)境適應(yīng)性序號項(xiàng)目描述1溫度工作溫度范圍為0~55℃，最高為60℃，貯存溫度范圍為-40~+85℃。2濕度相對濕度5%~95%無凝潔霜。3振動和沖擊滿足國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)。4電源采用220V交流電源，允許變化范圍為-15%~+15%，頻率為47~53Hz,瞬間停電保持10ms。5環(huán)境周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體。表8PLC的工作環(huán)境14/19二工作站PLC選型序號特性CPU1211CCPU1212CCPU1214C1本機(jī)數(shù)字量I/O本機(jī)模擬量輸入點(diǎn)6/428/6214/1022脈沖捕獲輸入點(diǎn)數(shù)68143擴(kuò)展模塊個數(shù)無284上升沿/下降沿中斷點(diǎn)數(shù)6/68/812/12表9S7-1200CPU區(qū)別（1）根據(jù)方案適配，初步確定使用西門子S7-1200系列的PLC。下面針對S7-1200系列的PLC進(jìn)行型號選擇。對于S7-1200系列的PLC，有三個型號的CPU，三種CPU對比見表9-10。15/19序號特性CPU1211CCPU1212CCPU1214C5集成/可擴(kuò)展的工作存儲器集成/可擴(kuò)展的裝載存儲器25KB/不可擴(kuò)展1MB/24MB25KB/不可擴(kuò)展1MB/24MB50KB/不可擴(kuò)展2MB/24MB6高速脈沖輸出點(diǎn)數(shù)/最高頻率2點(diǎn)/100kHz(DC/DC/DC型)7操作員監(jiān)控功能無有有8傳感器電源輸出電流/mA3003004009外形尺寸/mm90*100*7590*100*75110*100*75表10S7-1200CPU區(qū)別（2）二工作站PLC選型16/19序號類別輸入輸出1總控PLC1急停E-STOP1I100.0綠色指示燈1Q100.02啟動I100.1綠色指示燈2Q100.13停止I100.2紅色指示燈1Q100.24紅色帶燈按鈕I100.3紅色指示燈2Q100.35紅色帶燈自鎖按鈕I100.4-6總控PLC2急停E-STOP2I102.0三色燈黃燈Q102.07-三色燈蜂鳴器Q102.18-三色燈綠燈Q102.29-三色燈紅燈Q102.310-壓裝單元步進(jìn)電機(jī)脈沖Q102.411-壓裝單元步進(jìn)電機(jī)方向Q102.5表11IO規(guī)劃表（1）根據(jù)工作站的IO點(diǎn)數(shù)進(jìn)行CPU選擇。工作站的初始IO規(guī)劃分配見表11-12。二工作站PLC選型17/19序號類別輸入輸出12執(zhí)行單元PLC3Limit+I0.0RootServoPulseQ0.013DogI0.1RootServoSIGNQ0.114Limit-I0.2ServoResQ0.215ServoInpI0.3ServoSonQ0.316ServoRedI0.4ServoInpQ0.417ServoAlmI0.5-18模擬量輸入IW64

19模擬量輸入IW66

表12IO規(guī)劃表（2）二工作站PLC選型18/19