西门子TP700面板

对于一个大型企业的PLC扩展系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把企业内的各独立控制系统的多台PLC连成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。

在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用PLC进行控制。在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、PID调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用PLC控制是很必要的。

目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC产品，只有全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。在自动控制系统设计中，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。PLC选型时主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。为此在自动控制系统设计中可以通过以下几方面的比较，选择适合所设计的自动控制系统的PLC产品。

①PLC输入/输出点确定。在I/O点数选择时要留出适当余量。

②PLC存储容量。系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时存储容量应选择大一些。

③存储维持时间。一般存储约保持1～3年（与使用次数有关），若要长期或掉电保持应选用EEPROM存储（不需备用电源），也可选外用存储卡盒。

④PLC的扩展。可通过增加扩展模块、扩展单元与主单元连接的方式，扩展模块有输入单元、输出单元、输入/输出一体单元，扩展部分超出主单元驱动能力时应选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给以支持。

⑤PLC的联网：PLC的联网方式分为PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种，与计算机联网可通过RS232C接口直接连接、RS422+RS232C/422转换适配器连接、调制解调通信连接等方式；一台计算机与多台PLC联网，可通过采用通信处理器、网络适配器等方式进行连接，连接介质为双绞线或光缆；PLC之间互联时可通过专用通信电缆直接连接、通信板卡或模块+数据线连接等方式。

相对于自控系统的性能优先于价格的选择，只是在前面几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因素，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他替代方式加以解决。在设计过程中需要根据PLC的特点，以程序形式来体现其控制功能。可按照以下几个步骤进行。

①确定控制对象和控制范围。即分析控制对象、控制过程和控制要求，了解工艺流程，确定控制系统应实现的所有功能和控制指针。控制对象确定后，需要进一步明确哪些操作应由PLC来控制，哪些操作适宜于手动控制；详细了解被控对象的控制要求，确定必须完成的动作及完成的顺序，归纳出工作循环和状态流程图。

②在选择机型前，应先对控制对象从以下几个方面进行估计。

●　多少个开关量输入，电压分别是多少。

●　多少个开关量输出，输出功率要多大。

●　多少个模拟量I/O。

●　系统有什么特殊要求，如远程I/O、高速计数、实时性、网络通信等。

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

同样的控制系统的设计，可以用任何同样级别的PLC来完成。如果选用不熟悉或没有应用实践的PLC，需要做大量的技术调研和学习过程，必将延长设计周期。特别是初次应用PLC设计控制系统时，PLC的选型是一个关键问题。设计中充分合理利用软、硬件资源的方法有：

①不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC。

②多重指令控制一个任务时，可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点。

③尽量利用PLC内部功能软元件，充分调用中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发。同时也减少硬件投入，降低了成本。（3）I/O点数选择

在PLC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，在满足控制要求的前提下力争所选用的I/O点少。一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60％。PLC每个输出点的驱动能力（A/点）也是有限的，有的PLC每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般PLC的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等，在选型时要考虑这些问题。

PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法，隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种PLC平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的PLC。

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PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

①I/O点数的确定。考虑到以下几方面的因素，PLC的I/O点还应留有一定的备用量（10％～15％）：

　可以弥补设计过程中遗漏的点。

　能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点。

　将来增加点数的需要。

对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。

②开关量输入、输出。通过标准的输入、输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机启动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24～240V，直流输入/输出信号为5～240V。

尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔断器、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。

在进行PLC常规设计中，采用输出模块为继电器输出，可以实现执行器件不同触点信号的需要，比如有的需要交流电压220V、有的需要直流电压、有的需要一个无源触点等。在设计中选用继电器输出模块时应注意以下问题：

●　触点的保护。有的PLC的输出点是直接控制现场的执行器件，比如电磁阀等，而在环境恶劣的工业现场，因线路的老化、导线短路而造成触点损坏。一旦损坏，就要更换PLC输出继电器或改变触点而对PLC的程序进行修改。

　触点的浪费。继电器输出的PLC的输出都是成组的，几个输出点一个公用端，整组输出的形式必须相同，否则就要用外接继电器转换。若同一动作的两个点由于处在不同的线路上，只能用不同组的两个点或用一个点经过继电器转换。

价格的问题。在PLC的输出模块中，继电器输出的价格相对晶体管输出的要贵出20％。

对于环境恶劣的现场，应采用晶体管输出的PLC模块，输出点全部外接中间继电器，这样就能够避免以上的问题，并使维护简单便利。同时在工程设计中，能够减少因输出点形式不同发生冲突的考虑，而且能够比较便利合理的分配输出点。对于需在PLC输出设置外部驱动电路的回路可以用三极管驱动，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，并且每路有显示二极管（LED）指示。

③模拟量输入、输出。模拟量输入、输出接口一般用来接收传感器产生的信号，这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为－10～+10V、0～+10V、4～20mA或10～50mA。

一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。

④特殊功能输入、输出。在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定，如定位、快速输入、频率。此时应当考虑选用有特殊功能的模块。当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入/输出模块。一般智能式输入/输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量，从而使CPU从耗时的任务处理中解脱出来。

⑤智能式输入、输出。智能式输入、输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作编码输入）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII/BASIC处理器、RS-232C/422接口模块等。（4）I/O模块的选择

从抗干扰的角度出发，选择I/O模块的类型是非常重要的。在干扰多的场合，可选用绝缘型的I/O模块和装有浪涌吸收器的模块，可以有效地抑制输入、输出信号的干扰。开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施，可通过光耦或继电器进行隔离，而且两级隔离效果会比较好，在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都是用于控制现场的设备，要求实时性强，所以一般不能加滤波电路。采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。

一般I/O模块的价格占PLC价格的一半以上，PLC的I/O模块有开关量I/O模块、模拟量I/O模块及各种特殊功能模块等。不同的I/O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。表2-3归纳了选择I/O模块的一般规则。

特殊功能模板一般都自带CPU和系统软件，通过PLC控制系统总线与CPU模板接口，与PLC的CPU模板并行工作。常见的特殊功能模板包括：高速计数模块（能满足100kHz以上的计数或定时要求）、具有快速PID调节器的死循环控制模块、通信模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单地输入一些参数就能实现，便于用户编程。

1）开关量输入模块的选择

开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部可接收的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。开关量输入模块的选择应考虑与应用要求的统一，例如应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。可根据应用要求，合理选用智能型输入模块，以便提高控制水平和降低应用成本。选择时主要应考虑以下几个方面。