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潯之漫 智控技術(shù)有限公司  上海詩慕自動化設(shè)備有限公司
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PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇

盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定浪費(fèi)。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60 ％； PLC 每個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的，有的 PLC 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對存儲容量的選擇

本地用戶界面支持純文本，圖像和多種可選語言
5.參數(shù)設(shè)置和功能激活（例如緊密關(guān)閉，特性曲線，部分行程測試）可以在定位器上完成或使用SIMATIC PDM（HART定位器）
6.可在-40 °C到+85 °C (-40 °F至+185 °F）的溫度范圍內(nèi)使用
7.直行程和角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用同一型號的閥門定位器，或單作用或雙作用
8.擴(kuò)展診斷功能（靜摩擦，死區(qū)，閥芯閥座磨損，等等）作為標(biāo)配包含在每臺定位器中
9.部分行程測試用于SIL 2應(yīng)用測試
10.SIL 2安全排氣
11.高防護(hù)等級IP66

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應(yīng)用
縱覽
SITRANS VP300智能電氣閥門定位器主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
1.化學(xué)工業(yè)
2.石油與天然氣
3.發(fā)電
4.食品與飲料
5. 造紙
6.水和污水
7.制藥
8. 采礦與散裝智能電氣閥門定位器用于帶單作用或雙作用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程閥門的連續(xù)控制。安裝在各種直行程和角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。
閥門定位器通過 設(shè)定信號提供設(shè)定點(diǎn)和電力供應(yīng)。作4 ~ 20 mA為選擇，也可用HART通訊和帶數(shù)字輸入輸出的報警單元。位置反
饋為可選模塊，使用4 ~ 20 mA信號輸出閥門位置。
防爆產(chǎn)品
除用于非危險場合的產(chǎn)品之外，還擁有本安設(shè)計的Ex ia和Ex n的產(chǎn)品。

SIL
SITRANS VP300可作為SIL設(shè)備使用。在此情形下，下列各項適用：
SIL 2安全關(guān)斷功能。使用數(shù)字輸入DI 3或電源（信號）/氣源故障的情況下，執(zhí)行器壓力Y1被排空，所連接的單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動閥門至安全終端位置。在 的應(yīng)用中， 設(shè)備需要認(rèn)證以測試部分行程。部分行程
SIL 2 SIL測試的結(jié)果通過數(shù)字輸出DO 1（故障 - 安全）報告，也可選用HART通訊報告。
產(chǎn)品型號
定位器有以下幾種型號：
1.用于單作用和雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)
2.用于非危險區(qū)
3.本安產(chǎn)品Ex ia或Ex n
4.帶HART通訊

監(jiān)控功能
SITRANS VP300有很多種不同的監(jiān)控功能。它們監(jiān)測執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門并與定義的限值作比較。如果超過限值，將顯示相應(yīng)的診斷信息。此信息對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門的診斷或許非常重要。下列測量數(shù)據(jù)（某些帶可調(diào)限值）被設(shè)定和監(jiān)測：
1.行程累計
2.行程方向改變次數(shù)
3.報警計數(shù)
4.死區(qū)
5.閥門極限位置（例如閥座磨損或沉淀物堆積的監(jiān)測）
6.運(yùn)行小時數(shù)（按照溫度和行程范圍）以及/溫度
7.閥門定位時間

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來估算；計數(shù)器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運(yùn)算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型

不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個 CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點(diǎn)

一般輸入點(diǎn)和輸入信號、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對應(yīng)的。

分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進(jìn)行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點(diǎn)。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍