可编程序控制器PLC选型与设计
摘要:本文以龙游某有机玻璃制造有限公司的有机玻璃全自动生产线选用可编程控制器PLC为例,说明在选用PLC时,应首先考虑可靠性高,功能相当,规模适当,负载能力合适,经济实惠;其次应尽量与本地区,本单位,本系统使用的PLC系列一致或兼容,以利于普及维护和资源共享.同时指出程序设计中,除了正确应用各种指令外,应能适当处理一些技巧问题:如信号的输入,输出元件分组和I/O地址合理分配;点动按钮,行程开关,安全保护开关的设置;充分发挥PLC功能.最后指出PLC应用中应考虑隔离和元器件合理布置等综合性抗干扰措施.并以该流水线中自动工作平台部分的PLC选用编程为例加以说明一二.
关键词:电气控制论 可编程序控制器 程序设计 选型 应用
有机玻璃生产线较长,设备分散,自动化程度较高,前后联锁和逻辑关系比较复杂.当采用继电器--接触器控制方式时,电器控制设备内将大量使用机电式有触点电器(如中间继电器,时间继电器,计数器等),使控制设备接线多,接头多,触点转换频繁,触点竞争机会多和故障可能性大,可靠性底,维修量大.同时也加大了调试和更改工艺的时间和工作量.
有机玻璃生产现场环境比较恶劣,是一个高湿,易着火,含有有害气体的环境,必需有强制通风装置,和电器上的隔离措施.两者均导致电器控制设备结构复杂化,成本为之增加.
从2004年开使,我们在有机玻璃生产线的电气控制系统中使用可编程序控制器PLC,并取的较好的技术经济效益,以自动升降平台为例,采用PLC后,电气控制设备制造简单,体积减小,运行可靠,调试方便,维修容易.虽然采用PLC的成本比原电器控制成本增加了六百块钱.但在一年多的运行中未发生非正常性的故障,提高了生产效率稳定了生产工艺极大的减轻了维修工作量.其经济效益是不言而喻的.
此外,采用PLC后还有诸如控制灵敏,功能强,使用灵活等优点.对有机玻璃生产线也是十分可贵的.就使用灵活来说,因为有机玻璃生产线是专用设备,多品种少批量,甚至同一品种还因原材料,买方价格高低,品种规格和产量,工艺布置,现场条件等外界因素的不同,不但用户在订货时会提出不同的控制要求,就是在现场调试其间,甚至在投产一段时间后还会提出适当的改造要求.此时,只要修改PLC内部指令程序即可在不动或少动任何接线的情况下变更电器控制系统的内部逻辑关系.这不但在制作时能做到,就是在使用现场也很容易实现.
在有机玻璃生产线中采用PLC,我们着重考虑了以下几个问题,供在其它设备上采用可编程序控制器PLC时作参考.
1 选型:我国引进了美国,德国,日本等国许多系列的PLC,加上国内组装,开发的数十种PLC,这些PLC系列标准不一,价格悬殊,在尚未推荐优选系列的情况下,首先考虑可靠性高,功能相当,规模适当,负载能力合适,经济实惠的PLC.其次应尽量选用本地区比较广泛使用的同品牌PLC.以利于普及,维修和资源共享.
a:性能可靠:
在当前使用PLC以成趋势而PLC维修点相对较少的情况下,可靠性是重点考虑的问题.况且,某些有机玻璃生产的关键环节如真空脱模是不可逆反应,不能中断,一旦本工序或下道工序出故障停机,势必造成不可挽回的损失.当前国产机就我们使用过的品牌中属台达PLC较好.但比起外国产品在稳定性上和功能升级上尚有距离.
b:功能相当:
功能高价格也贵,对某一给定的电器控制系统一般不会全部用上PLC许多功能,真正使用的仅仅是电气控制系统实际所需的部分功能.因此过份追求功能齐全高新将造成功能过剩造价过高.只有根据给定电气控制系统的具体要求,选用功能相当的PLC,才会收到最佳的技术经济效益.由于有机玻璃生产线的电气控制虽复杂但都是开关量控制,再加上南方日本三菱PLC使用的比较普遍和长久,大家对三菱PLC以有一定的接受能力.且价格比欧美PLC便宜.故在该改造中选用三菱PLC中的FX系列.(台达PLC因是刚推出不久尚需时日推广接受,故此次不用)
c:规模适当:
在PLC选型时,电气控制系统对输入输出点数(I/O点数)是一个重要依据.一般说PLC规模即指I/O点数和内存容量.PLC按其结构一般分为整体式和模块式两种.整体式结构PLC结构紧凑,使用方便,价格低廉.但功能不如模块式多,由于整体式PLC的I/O点数一般是固定的,使用时受到限制,在中小规模PLC中采用整体式较多.但现在PLC推出的扩展模块在一定程度上弥补了整体式PLC的缺点.
在进行给定电气控制系统所需的PLC输入输出点数(I/O点数)的估算时,可先对系统做一全面分析,将它划分为相对独立的各种控制单元,而每种控制单元所需的I/O点数一般是比较容易估算的.再加上各控制单元之间的逻辑关系所需的I/O点数,并留一定数量(百分之十到二十左右,便于日后更改工艺所需的增加量以及快速修理备用).整个电气控制系统所需的PLC各种输入输出点数(I/O点数)也就可以估算出来.最后经存储量校核(设计程序所需的步数与PLC的步数容量大小之比应程序所需步数不超过PLC内储容量的百分之八十为宜).该电气控制系统所需的PLC规模也就确定了.
在实际使用中,通过PLC外部信号输入,输出元件适当分组和联接,或通过PLC内部功能指令的灵活应用,可使给定电气控制系统所需的PLC输入输出点数减少.例如将具有相同要求和作用的输入元件或相同起停状态的输出元件串或并联,可相应减少该给定电气控制系统对PLC输入输出点数的占用.但也应指出,在这写减少电气控制系统对PLC输入输出点数的占用方法中,应根据具体情况全面权衡,决定取舍,以确保程序和设备生产工艺的安全完整和稳定.一般说,电气控制系统的逻辑关系比较简单,I/O点数要求较多,所占PLC内存不大时,采用这些方法较为有利.特别是在选用整体式结构PLC时,若该PLC所能提供的I/O与给定电气控制系统所需的PLC输入输出点数有少许差距时,一般可采用这些方法.
2 设计:PLC程序的设计,除了按相应的编程手册正确应用各种指令外,若能恰当处理一些技巧性问题,则不但能使设计思路明暸,条理清晰,PLC的功能充分发挥,而且有利于用户理解,使用和维修.
a:信号输入输出元件分组和I/O地址分配问题:
信号输入输出元件一般按控制单元分组,控制单元按动作顺序的工序,工步先后依次排列,同时对诸如单动操作按钮,联动操作按钮等具有相同属性的输入输出元件要加以适当规类.这样做不但有利于程序编制,阅读和执行,而且将为减少I/O点数占用创造条件.
在上述信号输入输出元件分组基础上,再考虑输入输出信号性质(如交流量或直流量等),进行相应的I/O地址分配.尽量使同一设备,同一工序的I/O地址集中于同一组内,以利于分段调试维修和更改.
b:点动按钮,行程开关,安全保护开关的设置问题:
为了调试和及时处理异常情况,一般每一工序都设置点动按钮.通常将点动按钮做为PLC输入信号处理,占用输入点.但若将点动按钮跳过PLC直接去控制接在输出端电气控制系统的执行元件(如接触器和电磁阀等),则可不占用PLC输入点,还便于设备调试,便于及时处理运行中出现的异常情况,甚至在PLC各别环节出错时
,也能及时采取相应应急措施.
同理,对于那些可以不通过PLC进行简单逻辑处理就能实现其控制功能的信号,例如行程开关或安全保护开关,某些电路中无与其它电路有逻辑关系的热继电器和电流继电器等,也可不通过PLC直接去控制相关执行元件.
c:充分挖掘PLC功能:
采用PLC不同功能指令能编制出不同程序,且不同程序间优劣有时会差异甚大,因此设计者必需熟悉电气控制系统要求,熟悉PLC各种功能指令及其执行过程,编制出能充分挖掘PLC功能,体现PLC优点的最佳程序.如在试运行时能运用编程工具进行程序运行监控观查,更能直观的发现设计思路于实际步序之间可能存在的的差异.以进行及时修改.
3 应用举例:
PLC应用应严格按用户使用手册要求,特别是抗干扰问题应影起足够重视,我们在实际应用中遇到多次由于干扰引起的故障(如按钮的扰动和一些接近开关的干扰脉冲).都可利用PLC内定时器制做信号输入门坎程序来防止.由于现在整流逆变大功率电器使用的增多,使电源质量受到影响,干扰较严重.我们在电器控制系统设计时,多采用隔离变压器,电源滤波电路,光电隔离电路,交流吸收电路,直流续流电路;在电器控制制造时,可考虑采用必要的;屏蔽措施,元器件合理布置,主电路和控制电路保持距离,输入输出线尽量分开走线等综合抗干扰措施,以保证PLC可靠运行.限与篇幅不能详细展开该线的全部程序和工序,仅以该流水线中的自动工作平台为例试说明PLC使用的一点心得.