PLC及有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。
熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等,后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制。
PLC的选型方法在PLC系统设计时,应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。一、输入输出(I/O)点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。
实际订货时,还需根据制造厂商PLC的产品特点,对输入输出点数进行圆整。二、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,程序容量小于存储器容量。
存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),再按此数的25%考虑余量。
一)运算功简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能;普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能;较复杂运算功能有代数运算、数据传送等;大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他运算功能。
随着开放系统的出现,目前在PLC中都已具有通信功能,有些产品具有与下位机的通信,有些产品具有与同位机或上位机的通信,有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发,合理选用所需的运算功能。
大多数应用场合,只需要逻辑运算和计时计数功能,有些应用需要数据传送和比较,当用于模拟量检测和控制时,才使用代数运算,数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。(二)控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等,应根据控制要求确定。
PLC主要用于顺序逻辑控制,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能,提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。
PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式:1)PC为主站,多台同型号PLC为从站,组成简易PLC网络;2)1台PLC为主站,其他同型号PLC为从站,构成主从式PLC网络;3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网;4)专用PLC网络(各厂商的专用PLC通信网络)。
(三)通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如TCP/IP),需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准,应是开放的通信网络。为减轻CPU通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。
(四)编程功能离线编程方式:PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本,但使用和调试不方便。
在线编程方式:CPU和编程器有各自的CPU,主机CPU负责现场控制,并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换,编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高,但系统调试和操作方便,在大中型PLC中常采用。
模拟量扩展模块
除了CPU224XP外有两通道输入/一通道输出的简单模拟量I/O组外,其他CPU都需要加模拟量扩展模块才能获得模拟量I/O能力。
EM231:4通道电源/电流模拟量输入
EM231 RTD:2通道热电阻温度输入模块
EM231 TC:4通道热电偶温度输入模块
EM235:4通道电压、电流输入/1通道电压、电流输出模块
模拟量模块
通信模块
除CPU本体上的通信口可以支持PPI/MPI和自由口通信之外,S7-200系列使用扩展模块支持更多的通信模式。
这些通信模块有:
EM277:PROFIBUS-DP/MPI通信模块。带DB-9插座,可连接到PROFIBUS-DP和MPI网络上。EM277也可以用于连接西门子的HMI产品
EM241:模拟音频调制解调器(Modem)模块,带RJ11电话插口。支持自动电话拨号等功能
CP243-1:以太网模块,带RJ45接口,可连接到支持TCP/IP标准的以太网中,与西门子的其他CP243模块、CP343/CP443模块,或西门子软件(OPCServer)通信
CP243-1IT:带因特网功能的以太网模块,除CP243-1的功能外,还支持FTP、HTTP、E-mail等IT功能
CP243-2:AS-Interface(执行器-传感器接口)主站模块。AS-Interface从站可以连接到端子上。一个完整的系统还需要AS-Interface电源等设备
S7-200支持的通信协议
S7-200的通信选择
功能模块
S7-200目前有一种特殊功能模块:
EM253:定位处理模块,支持开环速度和定位控制。一般用于控制步进电机控制器和伺服电机控制器。支持RS422/RS-485差动输出和漏极开路输出。每个模块可以控制一个轴。使用多个模块的情况下也不能进行复杂的插补计算
详情请参考《S7-200系统手册》。