November 20,2024
Analyse van de basisstructuur, selectie en ontwerp van PLC
Basisstructuur De essentie van een programmeerbare logische controller is een computer die is bedoeld voor industriële besturing. De hardwarestructuur is in principe hetzelfde als die van een microcomputer. De basisstructuur is: 1. Stroomvoorziening De voeding van de programmeerbare logische controller speelt een zeer belangrijke rol in het gehele systeem. Zonder een goed en betrouwbaar voedingssysteem kan het niet goed werken. Daarom hecht de fabrikant van de programmeerbare logische controller ook veel belang aan het ontwerp en de fabricage van de voeding. Over het algemeen ligt de wisselspanningsfluctuatie binnen het bereik van +10% (+15%) en kan de PLC rechtstreeks op het wisselstroomnet worden aangesloten zonder andere maatregelen te nemen. 2. Centrale verwerkingseenheid (CPU) De centrale verwerkingseenheid (CPU) is het controlecentrum van de programmeerbare logische controller. Deze ontvangt en slaat het gebruikersprogramma en de gegevens op die door de programmeur zijn getypt volgens de functies die zijn toegewezen door het programmeerbare logische controllersysteemprogramma; controleert de status van de voeding, het geheugen, de I/O en de waarschuwingstimer en kan syntaxisfouten in het gebruikersprogramma diagnosticeren. Wanneer de programmeerbare logische controller in werking wordt gesteld, ontvangt deze eerst de status en gegevens van elk invoerapparaat ter plaatse op een scannende manier en slaat deze respectievelijk op in het I/O-afbeeldingsgebied en leest vervolgens het gebruikersprogramma één voor één uit het gebruikersprogrammageheugen en nadat de opdracht is geïnterpreteerd, worden de resultaten van de logische of rekenkundige bewerking naar het I/O-afbeeldingsgebied of het gegevensregister verzonden volgens de instructies. Nadat alle gebruikersprogramma's zijn uitgevoerd, worden de uitvoerstatus van het I/O-afbeeldingsgebied of de gegevens in het uitvoerregister uiteindelijk verzonden naar het overeenkomstige uitvoerapparaat en loopt de cyclus totdat deze stopt. Om de betrouwbaarheid van de PLC verder te verbeteren, worden grote PLC's ook uitgerust met dubbele CPU's om een redundant systeem te vormen, of een stemsysteem met drie CPU's, zodat zelfs als een CPU uitvalt, het hele systeem nog steeds normaal kan functioneren. 3. Geheugen Het geheugen waarin systeemsoftware is opgeslagen, wordt systeemprogrammageheugen genoemd. Het geheugen waarin applicatiesoftware wordt opgeslagen, wordt gebruikersprogrammageheugen genoemd. 4. Invoer- en uitvoerinterfacecircuit 4.1. Het veldinvoerinterfacecircuit bestaat uit een optisch koppelingscircuit en een microcomputerinvoerinterfacecircuit en dient als invoerkanaal van de interface tussen de programmeerbare logische controller en de veldbesturing. 4.2. Het velduitvoerinterfacecircuit is geïntegreerd met het uitvoergegevensregister, het selectiecircuit en het onderbrekingsverzoekcircuit, en de programmeerbare logische controller geeft het overeenkomstige besturingssignaal uit aan de velduitvoeringscomponent via het velduitvoerinterfacecircuit. 5. Functionele modules Zoals tellen, positioneren en andere functionele modules. 6. Communicatiemodule PLC-selectie en case-analyse Bij het selecteren van een PLC moet u de kenmerken van het proces en de besturingsvereisten gedetailleerd analyseren, de besturingstaken en -omvang verduidelijken, de vereiste bewerkingen en acties bepalen en vervolgens het aantal invoer- en uitvoerpunten, de vereiste geheugencapaciteit schatten en de functies van de PLC en de kenmerken van externe apparaten bepalen op basis van de besturingsvereisten. Selecteer ten slotte een PLC met een hogere prestatie-prijsverhouding en ontwerp een bijbehorend besturingssysteem. Hieronder beschrijven we de punten waar u op moet letten bij het kiezen van een PLC: 1. Schatting van invoer- en uitvoerpunten (I/O)Er moet rekening worden gehouden met een geschikte marge bij het schatten van het aantal I/O-punten. Meestal wordt op basis van het statistische aantal invoer- en uitvoerpunten een uitbreidbare marge van 10% tot 20% toegevoegd als de geschatte gegevens voor het aantal invoer- en uitvoerpunten. 2. Schatting van geheugencapaciteit; geheugencapaciteit is de grootte van de hardwareopslageenheid die de programmeerbare controller zelf kan leveren, en programmacapaciteit is de grootte van de opslageenheid die door het gebruikerstoepassingsproject in het geheugen wordt gebruikt, dus de programmacapaciteit is kleiner dan de geheugencapaciteit. Om een bepaalde schatting van de programmacapaciteit te hebben tijdens ontwerp en selectie, wordt de schatting van geheugencapaciteit meestal als vervanging gebruikt. Over het algemeen is het 10 tot 15 keer het aantal digitale I/O-punten, plus 100 keer het aantal analoge I/O-punten, en dit aantal is het totale aantal woorden in het geheugen (16 bits is één woord), en nog eens 25% van dit aantal wordt beschouwd als een marge.3. Selectie van besturingsfuncties; deze selectie omvat de selectie van kenmerken zoals berekeningsfunctie, besturingsfunctie, communicatiefunctie, programmeerfunctie, diagnosefunctie en verwerkingssnelheid. (1) Bedieningsfunctie; de bedieningsfunctie van een eenvoudige PLC omvat logische bediening, timing en telfunctie; de bedieningsfunctie van een gewone PLC omvat ook gegevensverschuiving, vergelijking en andere bedieningsfuncties; complexere bedieningsfuncties omvatten algebraïsche bediening, gegevensoverdracht, enz.; grote PLC heeft ook analoge PID-bediening en andere geavanceerde bedieningsfuncties. Met de opkomst van open systemen hebben PLC's nu communicatiefuncties. Sommige producten hebben communicatie met lagere computers, sommige producten hebben communicatie met dezelfde computer of hogere computer, en sommige producten hebben ook de functie van gegevenscommunicatie met het fabrieks- of bedrijfsnetwerk. Bij het ontwerpen en selecteren moeten we beginnen met de vereisten van de werkelijke toepassing en redelijkerwijs de vereiste bedieningsfuncties selecteren. In de meeste toepassingen zijn alleen logische bediening en timing- en telfuncties nodig. Sommige toepassingen vereisen gegevensoverdracht en vergelijking. Bij gebruik voor analoge detectie en controle worden algebraïsche bediening, numerieke conversie en PID-bediening gebruikt. Decoderings- en coderingsbewerkingen zijn vereist om gegevens weer te geven. (2) Besturingsfuncties: Besturingsfuncties omvatten PID-besturingsbewerkingen, feedforward-compensatiebesturingsbewerkingen, ratio-besturingsbewerkingen, enz., die moeten worden bepaald op basis van besturingsvereisten. PLC wordt voornamelijk gebruikt voor sequentiële logische besturing. Daarom worden in de meeste gevallen single-loop- of multi-loop-controllers vaak gebruikt om analoge besturing op te lossen. Soms worden ook speciale intelligente invoer- en uitvoereenheden gebruikt om de vereiste besturingsfuncties te voltooien, de verwerkingssnelheid van PLC te verbeteren en geheugencapaciteit te besparen. Bijvoorbeeld, PID-besturingseenheden, hogesnelheidstellers, analoge eenheden met snelheidscompensatie, ASC-codeconversie-eenheden, enz. worden gebruikt. (3) Communicatiefunctie: Grote en middelgrote PLC-systemen moeten een verscheidenheid aan veldbussen en standaardcommunicatieprotocollen (zoals TCP/IP) ondersteunen en indien nodig verbinding kunnen maken met het fabrieksbeheernetwerk (TCP/IP). Het communicatieprotocol moet voldoen aan de ISO/IEEE-communicatienormen en moet een open communicatienetwerk zijn. De communicatie-interface van het PLC-systeem moet seriële en parallelle communicatie-interfaces (RS 232C/422A/485), RIO-communicatiepoort, industrieel Ethernet, gemeenschappelijke DCS-interface, enz. omvatten; de belangrijkste vormen van het communicatienetwerk van het PLC-systeem zijn de volgende: 1) PC is het masterstation en meerdere PLC's van hetzelfde model zijn slavestations, die een eenvoudig PLC-netwerk vormen; 2) 1 PLC is het masterstation en andere PLC's van hetzelfde model zijn slavestations, die een master-slave PLC-netwerk vormen; 3) Het PLC-netwerk is verbonden met een groot DCS als een subnet van het DCS via een specifieke netwerkinterface; 4) Toegewijd PLC-netwerk (toegewijd PLC-communicatienetwerk van elke fabrikant). Om de communicatietaak van de CPU te verminderen, moeten communicatieprocessoren met verschillende communicatiefuncties (zoals point-to-point, veldbus, industrieel Ethernet) worden geselecteerd op basis van de werkelijke behoeften van de netwerksamenstelling. (4) Programmeerfunctie; Offline programmeermodus: PLC en programmeur delen een CPU. Wanneer de programmeur zich in de programmeermodus bevindt, levert de CPU alleen services voor de programmeur en bestuurt de veldapparatuur niet. Nadat de programmering is voltooid, schakelt de programmeur over naar de uitvoeringsmodus en bestuurt de CPU de veldapparatuur en kan niet worden geprogrammeerd. Offline programmeren kan de systeemkosten verlagen, maar het is lastig om te gebruiken en te debuggen. Online programmeermodus: De CPU en programmeur hebben hun eigen CPU's. De host-CPU is verantwoordelijk voor de veldbesturing en wisselt gegevens uit met de programmeur binnen een scancyclus. De programmeur stuurt het online gecompileerde programma of de gegevens naar de host. In de volgende scancyclus wordt de host uitgevoerd volgens het nieuw ontvangen programma. Deze methode is duurder, maar het debuggen en de werking van het systeem zijn handig en wordt vaak gebruikt in grote en middelgrote PLC's. (5) Diagnostische functieDe diagnostische functie van PLC omvat hardware- en softwarediagnose. Hardwarediagnose bepaalt de foutlocatie van hardware door hardwarelogica-oordeel, en softwarediagnose is verdeeld in interne diagnose en externe diagnose. Diagnose van de interne prestaties en functie van PLC door software is interne diagnose, en diagnose van de informatie-uitwisselingsfunctie tussen PLC CPU en externe invoer- en uitvoercomponenten door software is externe diagnose.De kracht van de diagnostische functie van de PLC heeft een directe invloed op de technische vaardigheden die operators en onderhoudspersoneel nodig hebben en op de gemiddelde reparatietijd. (6) VerwerkingssnelheidPLC werkt in scanmodus. Vanuit het perspectief van realtimevereisten moet de verwerkingssnelheid zo snel mogelijk zijn. Als de signaalduur korter is dan de scantijd, kan de PLC het signaal niet scannen, wat resulteert in het verlies van signaalgegevens. De verwerkingssnelheid is gerelateerd aan de lengte van het gebruikersprogramma, de CPU-verwerkingssnelheid, de softwarekwaliteit, enz. Momenteel hebben de PLC-contacten een snelle respons en hoge snelheid. De uitvoeringstijd van elke binaire instructie is ongeveer 0,2 tot 0,4 Ls, zodat deze kan worden aangepast aan de toepassingsbehoeften met hoge besturingsvereisten en snelle responsvereisten. De scancyclus (processorscancyclus) moet voldoen aan de volgende vereisten: de scantijd van kleine PLC is niet meer dan 0,5 ms/K; de scantijd van grote en middelgrote PLC is niet meer dan 0,2 ms/K. 4. Modelselectie (1) Soorten PLCPLC is verdeeld in twee categorieën volgens structuur: integraal type en modulair type. Het is verdeeld in twee categorieën volgens toepassingsomgeving: veldinstallatie en controlekamerinstallatie. Het is verdeeld in 1 bit, 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, enz. volgens CPU-woordlengte. Vanuit het toepassingsoogpunt kan het meestal worden geselecteerd op basis van besturingsfunctie of invoer- en uitvoerpunten. De I/O-punten van integrale PLC zijn vast, dus gebruikers hebben minder keuzevrijheid en worden gebruikt in kleine besturingssystemen; modulaire PLC biedt een verscheidenheid aan I/O-kaarten of plug-in-kaarten, zodat gebruikers redelijkerwijs de I/O-punten van het besturingssysteem kunnen selecteren en configureren. Functie-uitbreiding is handig en flexibel en wordt over het algemeen gebruikt in grote en middelgrote besturingssystemen. (2) Selectie van invoer- en uitvoermodules; de selectie van invoer- en uitvoermodules moet consistent zijn met de toepassingsvereisten. Bijvoorbeeld, voor invoermodules moeten toepassingsvereisten zoals signaalniveau, signaaloverdrachtsafstand, signaalisolatie en signaalvoedingsmethode in overweging worden genomen. Voor uitvoermodules moet het type uitvoermodule dat moet worden geselecteerd, in overweging worden genomen. Over het algemeen hebben relais-uitvoermodules de kenmerken van een lage prijs, een breed spanningsbereik, een korte levensduur en een lange responstijd; thyristor-uitvoermodules zijn geschikt voor frequente schakeling en inductieve lage vermogensfactorbelastingsgelegenheden, maar ze zijn duurder en hebben een slechte overbelastingscapaciteit. Uitvoermodules hebben ook een DC-uitgang, AC-uitgang en analoge uitgang, die consistent moeten zijn met de toepassingsvereisten. Afhankelijk van de toepassingsvereisten kunnen intelligente invoer- en uitvoermodules redelijkerwijs worden geselecteerd om het besturingsniveau te verbeteren en de toepassingskosten te verlagen. Overweeg of een uitbreidingsrek of een extern I/O-rek nodig is. (3) Selectie van de voedingDe voeding van PLC, naast het ontwerp en de selectie van PLC volgens de vereisten van de producthandleiding bij het introduceren van apparatuur, moet de voeding van PLC worden ontworpen en geselecteerd volgens de vereisten van de producthandleiding. Over het algemeen moet de voeding van PLC worden ontworpen en geselecteerd met een 220VAC-voeding, die consistent is met de spanning van het binnenlandse elektriciteitsnet. Voor belangrijke toepassingen moet een onderbrekingsvrije voeding of een spanningsgestabiliseerde voeding worden gebruikt. Als de PLC zelf een bruikbare voeding heeft, moet worden gecontroleerd of de geleverde stroom voldoet aan de toepassingsvereisten, anders moet een externe voeding worden ontworpen. Om te voorkomen dat de externe hoogspanningsvoeding door verkeerde bediening in de PLC wordt geïntroduceerd, is het noodzakelijk om de invoer- en uitvoersignalen te isoleren en soms kan een eenvoudige diode of zekeringbuis worden gebruikt voor isolatie. (4) Geheugenselectie: Door de ontwikkeling van computergeïntegreerde chiptechnologie is de prijs van geheugen gedaald. Om de normale werking van het applicatieproject te garanderen, is het PLC-geheugen over het algemeen vereist om ten minste 8K geheugen te zijn volgens 256 I/O-punten. Wanneer complexe besturingsfuncties vereist zijn, moet een grotere capaciteit en geheugen van hogere kwaliteit worden geselecteerd. (5) Economische overwegingenBij het kiezen van een PLC moet u rekening houden met de prestatie-prijsverhouding. Bij het overwegen van economische efficiëntie moet u ook rekening houden met factoren zoals de schaalbaarheid, bedienbaarheid en input-outputverhouding van de applicatie, vergelijkingen maken en deze in overweging nemen, en uiteindelijk een bevredigender product selecteren.Het aantal input- en outputpunten heeft een directe impact op de prijs. Elke extra input- en outputkaart verhoogt de kosten. Wanneer het aantal punten tot een bepaalde waarde stijgt, zal de bijbehorende geheugencapaciteit, het rek, het moederbord, enz. ook dienovereenkomstig toenemen. Daarom heeft de toename van het aantal punten een impact op de selectie van CPU, geheugencapaciteit, besturingsfunctiebereik, enz. Het moet volledig worden overwogen tijdens de schatting en selectie om het hele besturingssysteem een redelijkere prestatie-prijsverhouding te geven.
LEES VERDER