关于西门子PLC选型的研究

蔚飞飞 纪园丁

摘要：PLC是可编程逻辑控制器的全称。PLC是种可编程的存储器，其存储用于逻辑运算，顺序控制，定时和计数以及算术运算的指令。它是专为数字运算以及工业环境操作的电子系统设计。它通过模拟输入和传输或者数字控制各种类型的机械设备或是生产过程。

关键词：西门子；PLC；技巧以及方法

1.西门子PLC选型技巧

1.1 工作环境

具体措施有：电源屏和高压或者大电流电源装置，远离高压柜，高频设备；通信电缆和模拟信号电缆尽可能不与其他屏幕（光盘）或设备共用电缆沟；PLC机柜不需要荧光灯等。虽然PLC适用于工业现场，但应避免直接冲击与振动，直射油雾和阳光以及雨水等等。不应该在过多的灰尘和加热器或者腐蚀性气体附近使用。应该要避免导电的杂物进入控制器。必须合理的配置PLC的使用环境，以便更有效的提高系统的抗干扰能力。

1.2 工作量

在设计自动控制系统之前，应该准确统计控制点的数量（数字和模拟），这些通常是选择PLC的主要考虑因素之一。一般控制点多10%到30%的可编程控制器。这显得尤其重要。这有以下几个考虑因素：

（1）能弥补设计过程中的漏点；

（2）将来增加点数的需要；

（3）能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点。

1.3 通信网络

（1）是否有利于未来。由于各厂家制定的通信协议不同，目前世界上没有统一的标准，因此对PLC的选择有很大的限制。因此，有必要考虑发展接近通用、功能齐全、影响较大的通信协议。

（2）不同制造商的产品之间的沟通。如果自动控制系统的设计属于现有自动控制系统部分改造的控制网络的版权所有权，所选择的PLC与原系统不同，或者设计中需要两个或两个以上的PLC，选择不同厂家的产品，应考虑不同厂家产品之间的沟通。

（3）同一制造商的产品之间的通信。每个制造商都有自己的通信协议，并且不止一个。这在大中型计算机中很明显，但在小型和微型计算机中则不同。由于考虑了价格和功能以及容量等等，一些制造商通常没有或具有与其他制造商不同的协议，并且它们是相对简单的通信。

2 西门子PLC选型的方法

2.1 输入输出（I/O）点数的估算

I/O点的确定应基于控制设备所需的所有输入/输出点的总和。一般来说，PLC的I/O点应该有适当的余量。通常，根据统计的输入和输出点，在添加10%-20%的可伸缩裕度之后，它被用作输入和输出点估计数据。订购时，应根据制造商PLC的產品特性调整输入和输出点的数量。PLC的输入/输出点是PLC的基本参数之一。

2.2 存储器容量的估算

没有用于估计内存容量的固定公式。许多文献中给出了不同的公式。一般来说，它们是I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的100倍，这是内存中的字总数（16位是一个字）。此外，保证金被认为是该数字的25%。

程序容量小于存储器容量。在设计阶段，由于用户应用程序未编程，因此编程能力在设计阶段是未知的，需要在调试程序之前完成。为了在一定程度上估计设计的模型选择，通常使用存储容量估计。存储器容量是由可编程控制器本身提供的硬件存储单元的大小，并且程序容量是用户应用程序在存储器中使用的存储器单元的大小。

2.3 控制功能的选择

（1）编程功能

离线编程：PLC和编程器共用一个CPU。当编程器处于编程模式时，CPU仅为编程器服务，无法控制现场设备。完成编程以后，程序员切换到运行模式，CPU控制现场设备，因此无法编程。离线编程可以降低系统成本，但是使用和调试比较不方便。

在线编程：CPU和编程器都有自己的CPU，主机CPU负责现场控制，并且在扫描周期内与程序员进行数据交换。程序员将在线程序或者数据发送到主计算机。在下一个扫描周期中，主计算机根据新接收的程序运行。该方法成本比较高，但是比较容易调试和操作，常常用于大中型PLC。

（2）运算功能

简易PLC的操作功能包括逻辑运算和计数功能以及定时；普通PLC的操作功能包括数据移位和比较等等操作功能；更复杂的操作功能包括数据传输以及代数运算等等；大型PLC还具有模拟量的PID运算和其他先进的运算功能。随着开放系统的出现，PLC现在具有通信功能。有些产品与工厂或企业网络具有数据通信功能有些产品与下位机通信，有些产品与对等计算机或上位机通信。在设计和选择模型时，我们应该从实际应用的要求出发，合理地选择所需的操作功能。在大多数应用程序中，只需要逻辑操作和计时功能。某些应用需要数据传输和比较。当用于模拟检测和控制时，使用代数运算，数值转换和PID运算。需要解码和编码操作来显示数据。

（3）控制功能

选择与硬件和软件相关的功能模块。功能模块包括通讯模块，高速计数模块，温度控制模块，位置模块和脉冲输出模块以及PID控制模块等等，选择PLC支持模块的可能性。

在硬件方面，应该首先考虑功能模块可以连接到PLC。PLC应该具有相关的连接和安装位置与接口，连接电缆和其他附件。在软件中，PLC应具有相应的控制功能，可以轻松编程为功能模块。例如，Mitsubishi FX系列PLC可以使用“FROM”和“TO”命令轻松控制相应的功能模块。

（4）诊断功能

PLC的诊断功能直接影响操作人员和维护人员的技术能力要求和平均维护时间。

PLC主要包括硬件和软件的诊断。软件诊断包括外部诊断以及内部诊断。通过软件诊断PLC的内部性能和功能是内部诊断。通过软件诊断CPU与PLC外部输入输出之间的信息交换功能是外部诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断来确定硬件的故障位置。

（5）通信功能

现在PLC的通讯功能越来越强大。许多PLC支持各种通信协议（一些需要配备相应的通信模块）。根据实际需要选择合适的通信方式。PLC系统的通信网络主要形式如下：

1）PC是主站，同一类型的多个PLC是从站，构成一个简单的PLC网络；

2）1台PLC为主站，相同型号其他PLC为从站，构成主从式PLC网络；

3）PLC网络通过特定网络接口作为DCS连接到DCS的子网；

4）特殊PLC网络（各制造商的特殊PLC通信网络）。

5）为了减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，选择具有不同通信功能的通信处理器（如点对点，现场总线，工业以太网等）。

（6）考虑其经济性

选择PLC时，应考虑性能与价格的比率。在考虑经济性时，还应考虑应用的可扩展性，可操作性，投入产出比等因素，做出比较和考虑，最后选择更满意的产品。

（7）考虑其处理速度

PLC在扫描模式下工作。从实时的角度来看，处理速度越快越好。如果信号持续时间小于扫描时间，PLC将会扫描小于信号，这可能导致信号数据丢失。

处理速度和用户程序长度，CPU处理速度，软件质量等。目前，PLC具有快速接触和高响应速度。每个二进制指令的执行时间约为0.2-0.4Ls。因此，它可以适应使用高速控制的要求，以满足相应的要求。应满足扫描周期（处理器扫描周期）：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K.

3 结语

综上所述，工业自动化发展非常之迅速。由于其强大的扩展性，PLC可以根据工程的实际需要进行配置，以便满足各种技术要求，并广泛应用于工业自动化领域。

参考文献

[1] 廖常初.大中型PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 秦益霖.西门子S7-400PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

（作者单位：长城汽车股份有限公司技术中心

河北省汽车工程技术研究中心）