PLC控制器选型的分析与探讨

郑益

摘 要：PLC（可编程序控制器）因符合现代工业控制特点的要求，在自动化控制系统中的应用越来越广泛，选择合适的PLC作为控制单元也非常重要。本文从控制点数量、使用环境、编程及通信、存储容量、可扩展性与性价比等思路出发进行选型探讨。

关键词：PLC；选型；编程；通信

随着科学技术的发展，以微处理器为核心的PLC（可编程序控制器）因其具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展等优点，从而在工业控制领域中的应用越来越广泛，被视为现代工业技术的三大支柱之一。

面对众多PLC生产厂家的各种类型PLC，它们各具优缺点，但还没有一个统一的标准对其性能、功能、通信组网、编程等各方面内容进行横向比较，因此为选择一款合适的PLC控制器带来了困惑。下文提出了一些对于PLC选型思路的探讨，可以作为PLC选型的参考，以此选择到适合的产品。

1选型原则

PLC选型的基本原则是：在满足功能要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最優的机型。

通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则最好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机（其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等）。

应该注意的是，同一企业应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联网通信，这样便于集中监控管理。

2 输入/输出点的选择

PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口来实现的。PLC有多种I/O接口类型，包括开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

2.1确定控制点数量

满足控制点数量的要求是选型成功的基本条件之一。即在设计之初，应对PLC控制系统的控制点数量进行一次较准确的统计。同时，还应考虑系统中是否有控制点需要冗余，以便计入控制点总量统计中。此外，还应根据控制点类型的不同，分别预留出20%左右的控制点，以用于弥补设计时的遗漏点、运行过程中的故障点更替以及将来可能增加控制点的需要。

根据以上条件统计出的控制点数量，可以得出该系统处于微、小、中、大和巨型PLC控制系统中的哪一类。从而可以对PLC的型号选择给出一定的范围。

2.2开关量I/O

开关量I/O点可从传感器、开关（如按钮、行程开关等）及控制设备（如指示灯、继电器、接触器等）接收和发出信号。我国常用的交流输入/输出信号为220V，直流输入/输出信号为10V、24V。因此，可根据控制系统所处环境的电能特点来确定所选PLC的数字量I/O。在应用过程中，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。

2.3模拟量I/O

模拟量输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量温度、压力、流量和物位，并可用于控制电压或电流输出设备等。这些接口的典型量程为-10～+10V、0～+10V、4～20mA等。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。

2.4特殊I/O

在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O功能（如定位、快速输入、频率等）。此时用户应当考虑供货厂商是否提供有特殊的有助于最大限度满足控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从繁重的任务处理中解脱出来。

3工作环境因素

控制系统的工作环境往往会比较复杂，诸如所处环境温湿度、噪音及振动、电磁干扰等会对PLC的正常工作和使用时限产生较大影响。因此，在PLC选型时应综合考虑尽量排除或减小工作环境可能会对它产生的影响。即根据实际工作环境选择相适应的PLC。

4编程及通信

程序是PLC控制系统的核心，程序编制的优劣将直接影响控制系统的正常运行。编程软件的使用便捷性、是否需要额外购买授权以及专用下载线的价格等，都应作为考虑因素。

现今，PLC控制系统早已不是简单地实现现场控制，而是更多地实现远端组网通信控制；现在，很多一次仪表的信号也都可以用通信实现传输。但是各个PLC厂家指定的通信协议不尽相同，相互兼容性也比较差。所以，在选型时也必须考虑此因素。

5存储器及容量选择

PLC系统所用的存储器基本上由PROM、EPROM及RAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化。一般小型机的最大存储能力低于6kB，中型机的最大存储能力可达64kB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。PLC的存储器容量选择和计算的第一种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。

6可扩展性与性价比

选择PLC时，还应考虑其可扩展性，对后续的生产建设做长远打算。当然，也不能盲目追求长远目标，而忽视了现阶段的投入产出比。当多款PLC都能满足控制系统的性能要求，同时其各自表现出的性能优劣差别不明显时，就要对比其可扩展性与性价比孰优孰劣，以作判断选择依据。

一般来说，PLC控制系统的性能好坏是优先于其价格比较的。在实际选型过程中，经常会受到很多因素的制约，不一定能考虑周全各方面的诉求，但那些必须满足的条件则一定要满足。

参考文献：

[1]陆德民.石油化工自动控制设计手册.化学工业出版社，2011

[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.清华大学出版社，2004

[3]刘锴、周海.深入浅出西门子S7-300PLC.航空航天大学出版社，2004