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PLC 硬件系統設計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等）、工藝流程和產品改型較頻繁、需要進行數據處理和信息管理（有數據運算、模擬量的控制、 PID 調節等）、系統要求有較高的可靠性和穩定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數多的機型會造成一定浪費。

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

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

PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應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
5.參數設置和功能激活（例如緊密關閉，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）的溫度范圍內使用
7.直行程和角行程執行機構采用同一型號的閥門定位器，或單作用或雙作用
8.擴展診斷功能（靜摩擦，死區，閥芯閥座磨損，等等）作為標配包含在每臺定位器中
9.部分行程測試用于SIL 2應用測試
10.SIL 2安全排氣
11.高防護等級IP66

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應用
縱覽
SITRANS VP300智能電氣閥門定位器主要應用于以下領域：
1.化學工業
2.石油與天然氣
3.發電
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行機構的過程閥門的連續控制。安裝在各種直行程和角行程執行機構上。
閥門定位器通過 設定信號提供設定點和電力供應。作4 ~ 20 mA為選擇，也可用HART通訊和帶數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。
防爆產品
除用于非危險場合的產品之外，還擁有本安設計的Ex ia和Ex n的產品。

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

監控功能
SITRANS VP300有很多種不同的監控功能。它們監測執行機構和閥門并與定義的限值作比較。如果超過限值，將顯示相應的診斷信息。此信息對于執行機構和閥門的診斷或許非常重要。下列測量數據（某些帶可調限值）被設定和監測：
1.行程累計
2.行程方向改變次數
3.報警計數
4.死區
5.閥門極限位置（例如閥座磨損或沉淀物堆積的監測）
6.運行小時數（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。在僅對開關量進行控制的系統中，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點＋輸出總點數乘 5 字 / 點來估算；計數器/ 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統中，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 字以上的數量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

（ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇

PLC 的 I/O 響應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。對開關量控制的系統，PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統、特別是閉環系統就要考慮這個問題。

（ 4 ）根據輸出負載的特點選型

不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優點，如導通壓降小，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，其負載電壓靈活（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

離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監控和運行工作狀態。編程狀態時， CPU 只為編程器服務，而不對現場進行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現場的控制，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給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能實現在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據需要決定。

（ 6 ）據是否聯網通信選型

若 PLC 控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC 、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

（ 7 ）對 PLC 結構形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點數據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。

2 ．分配輸入 / 輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。

分配好后，按系統配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。

在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線（如兩個觸點先串聯或并聯），然后再接到輸入點。

（ 1 ）確定 I/O 通道范圍