Анализ базовой структуры, выбор и проектирование ПЛК
Nov 20, 2024
Базовая структура Суть программируемый логический контроллер это компьютер, предназначенный для промышленного управления. Его аппаратная структура в основном такая же, как у микрокомпьютера. Базовая структура: 1. Электропитание Источник питания программируемого логического контроллера играет очень важную роль во всей системе. Без хорошей и надежной системы питания он не может работать должным образом. Поэтому производитель программируемого логического контроллера также придает большое значение проектированию и изготовлению источника питания. Как правило, колебания напряжения переменного тока находятся в диапазоне +10% (+15%), и ПЛК может быть напрямую подключен к сети переменного тока без принятия других мер. 2. Центральный процессор (ЦП) Центральный процессор (ЦП) является центром управления программируемого логического контроллера. Он получает и сохраняет пользовательскую программу и данные, введенные программистом в соответствии с функциями, назначенными системной программой программируемого логического контроллера; проверяет состояние источника питания, памяти, ввода-вывода и таймера предупреждения, а также может диагностировать синтаксические ошибки в пользовательской программе. Когда программируемый логический контроллер вводится в эксплуатацию, он сначала получает состояние и данные каждого устройства ввода на месте в режиме сканирования и сохраняет их в области образа ввода-вывода соответственно, а затем считывает пользовательскую программу из памяти пользовательской программы одну за другой, и после интерпретации команды результаты логической или арифметической операции отправляются в область образа ввода-вывода или регистр данных в соответствии с инструкциями. После того, как все пользовательские программы выполнены, выходное состояние области образа ввода-вывода или данные в выходном регистре окончательно передаются на соответствующее выходное устройство, и цикл выполняется до тех пор, пока не остановится. Для дальнейшего повышения надежности ПЛК крупные ПЛК также оснащаются двойными ЦП для формирования резервной системы или системы голосования с тремя ЦП, так что даже в случае отказа одного ЦП вся система может продолжать нормально работать. 3. Память Память, в которой хранится системное программное обеспечение, называется памятью системных программ. Память, в которой хранится прикладное программное обеспечение, называется памятью пользовательских программ. 4. Входная и выходная интерфейсная схема 4.1. Интерфейсная схема ввода поля состоит из оптической схемы связи и входной схемы интерфейса микрокомпьютера и служит входным каналом интерфейса между программируемым логическим контроллером и полевым управлением. 4.2. Интерфейсная схема полевого выхода интегрирована с регистром выходных данных, схемой выбора и схемой запроса прерывания, а программируемый логический контроллер выводит соответствующий управляющий сигнал на компонент полевого исполнения через интерфейсную схему полевого выхода. 5. Функциональные модули Такие как подсчет, позиционирование и другие функциональные модули. 6. Модуль связи Выбор ПЛК и анализ случая При выборе ПЛК следует подробно проанализировать характеристики процесса и требования к управлению, уточнить задачи и объем управления, определить требуемые операции и действия, а затем оценить количество точек входа и выхода, требуемый объем памяти, определить функции ПЛК и характеристики внешних устройств на основе требований к управлению. Наконец, выбрать ПЛК с более высоким соотношением производительность-цена и спроектировать соответствующую систему управления. Ниже мы подробно рассмотрим моменты, на которые следует обратить внимание при выборе ПЛК: 1. Оценка точек входа и выхода (I/O)При оценке количества точек ввода/вывода следует учитывать соответствующий запас. Обычно, исходя из статистического количества точек ввода и вывода, в качестве оценочных данных для количества точек ввода и вывода добавляется расширяемый запас в размере от 10% до 20%. 2. Оценка емкости памяти; емкость памяти — это размер единицы аппаратного хранения, которую может предоставить сам программируемый контроллер, а емкость программы — это размер единицы хранения, используемой проектом пользовательского приложения в памяти, поэтому емкость программы меньше емкости памяти. Чтобы иметь определенную оценку емкости программы во время проектирования и выбора, оценка емкости памяти обычно используется в качестве замены. Вообще говоря, это в 10–15 раз больше числа цифровых точек ввода-вывода, плюс в 100 раз больше числа аналоговых точек ввода-вывода, и это число является общим числом слов в памяти (16 бит — это одно слово), и еще 25% от этого числа считаются запасом.3. Выбор функций управления; этот выбор включает в себя выбор таких характеристик, как функция расчета, функция управления, функция связи, функция программирования, функция диагностики и скорость обработки. (1) Операционная функция; операционная функция простого ПЛК включает в себя логическую операцию, функцию синхронизации и подсчета; операционная функция обычного ПЛК также включает в себя сдвиг данных, сравнение и другие операционные функции; более сложные операционные функции включают алгебраическую операцию, передачу данных и т. д.; большой ПЛК также имеет аналоговую операцию ПИД и другие расширенные операционные функции. С появлением открытых систем ПЛК теперь имеют коммуникационные функции. Некоторые продукты имеют связь с нижними компьютерами, некоторые продукты имеют связь с тем же компьютером или верхним компьютером, а некоторые продукты также имеют функцию передачи данных с заводской или корпоративной сетью. При проектировании и выборе мы должны исходить из требований фактического приложения и разумно выбирать требуемые операционные функции. В большинстве приложений необходимы только логические операции, функции синхронизации и подсчета. Некоторые приложения требуют передачи и сравнения данных. При использовании для аналогового обнаружения и управления используются алгебраические операции, числовые преобразования и операции ПИД. Для отображения данных требуются операции декодирования и кодирования. (2) Функции управления: Функции управления включают операции ПИД-регулирования, операции управления компенсацией прямой связи, операции управления отношением и т. д., которые должны быть определены в соответствии с требованиями управления. ПЛК в основном используется для последовательного логического управления. Поэтому одноконтурные или многоконтурные контроллеры часто используются в большинстве случаев для решения аналогового управления. Иногда также используются специальные интеллектуальные входные и выходные блоки для завершения требуемых функций управления, повышения скорости обработки ПЛК и экономии емкости памяти. Например, используются блоки ПИД-регулирования, высокоскоростные счетчики, аналоговые блоки с компенсацией скорости, блоки преобразования кода ASC и т. д. (3) Функция связи: Крупные и средние системы ПЛК должны поддерживать различные полевые шины и стандартные протоколы связи (например, TCP/IP) и должны иметь возможность подключаться к сети управления заводом (TCP/IP) при необходимости. Протокол связи должен соответствовать стандартам связи ISO/IEEE и должен быть открытой сетью связи. Интерфейс связи системы ПЛК должен включать последовательные и параллельные интерфейсы связи (RS 232C/422A/485), порт связи RIO, промышленный Ethernet, общий интерфейс DCS и т. д.; основными формами сети связи системы ПЛК являются следующие: 1) ПК является главной станцией, а несколько ПЛК той же модели являются подчиненными станциями, образуя простую сеть ПЛК; 2) 1 ПЛК является главной станцией, а другие ПЛК той же модели являются подчиненными станциями, образуя сеть ПЛК «главный-подчиненный»; 3) Сеть ПЛК подключена к большой РСУ как подсеть РСУ через определенный сетевой интерфейс; 4) Выделенная сеть PLC (выделенная сеть связи PLC каждого производителя). Для того чтобы уменьшить задачу связи ЦП, в соответствии с фактическими потребностями состава сети следует выбирать коммуникационные процессоры с различными коммуникационными функциями (например, точка-точка, полевая шина, промышленный Ethernet). (4) Функция программирования; Режим офлайн-программирования: ПЛК и программатор совместно используют ЦП. Когда программатор находится в режиме программирования, ЦП предоставляет только услуги для программиста и не управляет полевым оборудованием. После завершения программирования программатор переключается в рабочий режим, а ЦП управляет полевым оборудованием и не может быть запрограммирован. Офлайн-программирование может снизить системные затраты, но его неудобно использовать и отлаживать. Режим онлайн-программирования: ЦП и программатор имеют свои собственные ЦП. Хост-ЦП отвечает за управление полевым оборудованием и обменивается данными с программатором в течение цикла сканирования. Программатор отправляет онлайн-скомпилированную программу или данные на хост. В следующем цикле сканирования хост работает в соответствии с новой полученной программой. Этот метод более затратный, но отладка и эксплуатация системы удобны, и он часто используется в больших и средних ПЛК. (5) Диагностическая функцияДиагностическая функция ПЛК включает в себя диагностику оборудования и программного обеспечения. Диагностика оборудования определяет место неисправности оборудования с помощью суждения о логике оборудования, а диагностика программного обеспечения делится на внутреннюю диагностику и внешнюю диагностику. Диагностика внутренней производительности и функции ПЛК с помощью программного обеспечения является внутренней диагностикой, а диагностика функции обмена информацией между ЦП ПЛК и внешними компонентами ввода и вывода с помощью программного обеспечения является внешней диагностикой.Эффективность диагностической функции ПЛК напрямую влияет на технические возможности, требуемые от операторов и обслуживающего персонала, а также на среднее время ремонта. (6) Скорость обработкиПЛК работает в режиме сканирования. С точки зрения требований реального времени скорость обработки должна быть максимально быстрой. Если длительность сигнала меньше времени сканирования, ПЛК не сможет сканировать сигнал, что приведет к потере данных сигнала. Скорость обработки связана с длиной пользовательской программы, скоростью обработки ЦП, качеством программного обеспечения и т. д. В настоящее время контакты ПЛК имеют быстрый отклик и высокую скорость. Время выполнения каждой двоичной инструкции составляет около 0,2–0,4Ls, поэтому его можно адаптировать к потребностям приложений с высокими требованиями к управлению и требованиями к быстрому отклику. Цикл сканирования (цикл сканирования процессора) должен соответствовать следующим требованиям: время сканирования малого ПЛК не более 0,5 мс/K; время сканирования большого и среднего ПЛК не более 0,2 мс/K. 4. Выбор модели （1） Типы ПЛКPLC делится на две категории в зависимости от структуры: интегральный тип и модульный тип. Он делится на две категории в зависимости от среды применения: полевая установка и установка в диспетчерской. Он делится на 1 бит, 4 бит, 8 бит, 16 бит, 32 бит, 64 бит и т. д. в зависимости от длины слова ЦП. С точки зрения применения его обычно можно выбрать в соответствии с функцией управления или точками ввода и вывода. Точки ввода-вывода интегрального PLC фиксированы, поэтому у пользователей меньше возможностей для выбора, и они используются в небольших системах управления; модульный PLC предоставляет множество карт ввода-вывода или сменных карт, поэтому пользователи могут разумно выбирать и настраивать точки ввода-вывода системы управления. Расширение функций удобно и гибко, и оно обычно используется в крупных и средних системах управления. (2) Выбор входных и выходных модулей; выбор входных и выходных модулей должен соответствовать требованиям приложения. Например, для входных модулей следует учитывать такие требования приложения, как уровень сигнала, расстояние передачи сигнала, изоляция сигнала и метод подачи питания сигнала. Для выходных модулей следует учитывать тип выбираемого выходного модуля. Как правило, релейные выходные модули имеют такие характеристики, как низкая цена, широкий диапазон напряжения, короткий срок службы и длительное время отклика; тиристорные выходные модули подходят для случаев частого переключения и индуктивной нагрузки с низким коэффициентом мощности, но они более дороги и имеют плохую перегрузочную способность. Выходные модули также имеют выход постоянного тока, выход переменного тока и аналоговый выход, которые должны соответствовать требованиям приложения. В соответствии с требованиями приложения можно разумно выбрать интеллектуальные входные и выходные модули для улучшения уровня управления и снижения затрат на приложение. Подумайте, нужна ли стойка расширения или стойка удаленного ввода-вывода. (3) Выбор источника питанияИсточник питания ПЛК, в дополнение к проектированию и выбору ПЛК в соответствии с требованиями руководства по продукту при внедрении оборудования, источник питания ПЛК должен быть спроектирован и выбран в соответствии с требованиями руководства по продукту. В общем, источник питания ПЛК должен быть спроектирован и выбран с источником питания 220 В переменного тока, что соответствует напряжению бытовой электросети. Для важных приложений следует использовать источник бесперебойного питания или источник питания со стабилизированным напряжением. Если сам ПЛК имеет пригодный для использования источник питания, следует проверить, соответствует ли подаваемый ток требованиям приложения, в противном случае следует спроектировать внешний источник питания. Чтобы предотвратить введение внешнего источника питания высокого напряжения в ПЛК из-за неправильной работы, необходимо изолировать входные и выходные сигналы, а иногда для изоляции можно использовать простой диод или предохранительную трубку. (4) Выбор памяти: Благодаря развитию технологии интегральных микросхем стоимость памяти снизилась. Поэтому для обеспечения нормальной работы прикладного проекта объем памяти ПЛК обычно должен быть не менее 8 КБ в соответствии с 256 точками ввода-вывода. Когда требуются сложные функции управления, следует выбирать большую емкость и память более высокого класса. (5) Экономические соображенияПри выборе ПЛК следует учитывать соотношение производительности и цены. При рассмотрении экономической эффективности следует также учитывать такие факторы, как масштабируемость, работоспособность и соотношение ввода-вывода приложения, проводить сравнения и учитывать их, а затем выбрать более удовлетворительный продукт.Количество точек ввода и вывода напрямую влияет на цену. Каждая дополнительная карта ввода и вывода увеличит стоимость. Когда количество точек увеличится до определенного значения, соответствующая емкость памяти, стойка, материнская плата и т. д. также соответственно увеличится. Таким образом, увеличение количества точек влияет на выбор ЦП, емкость памяти, диапазон функций управления и т. д. Это следует полностью учитывать при оценке и выборе, чтобы сделать всю систему управления более разумной по соотношению производительности и цены.
ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ СЕТЬ
