2.4 PLC的选择

PLC产品种类繁多，功能各异，价格也不同，选择时应结合实际需要（满足I/O点数要求、满足输入/输出信号的性质和技术指标、满足程序存储器容量要求、满足现场对控制响应速度的要求、满足PLC的功能指令要求、满足通信等要求），既要满足生产工艺的控制要求，又要做到投资少。

2.4.1 估算I/O点数选择PLC

I/O点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标，是选择PLC的重要参数。I/O点数越多，外部可接受的输入设备和输出设备就越多，控制规模也就越大。下面介绍I/O点数的估算和PLC的选择：

1）输入点数的估算如下：

①按钮、行程开关、接近开关等每一只占一个输入口。

②选择开关中有几个选择位置就占几个输入口。例如，光电管开关每一只占2个输入口，位置开关每一只占2个输入口。

③若采用PLC的特殊功能指令，则打破上述常规要求。

2）输出点数的估算如下：

①接触器、继电器、电磁阀等每一只占一个输出口。

②两只接触器控制电动机正反转或控制双电磁阀等均为每一只占用2个输出口。

3）模拟量的I/O点数用最大通道数（路数）表示。

4）实际选用的I/O点数与PLC的设计点数应不一致，当估算出所需I/O点数后，应再增加10%以上（一般取15%～25%）的裕量，以便实际使用的I/O点损坏时更换，同时也为新的技改措施留出备用点数。

5）对于一个控制对象，由于采用不同的控制方式或编程水平不同，I/O点数也会有所不同。表2-6为典型传动设备及常用电气元件所需的I/O点数，^[1]可供估算参考。

表2-6 典型传动设备及常用电气元件所需的I/O点数

（续）

6）根据I/O点数的多少选择PLC：

超小型或微型PLC：64点以下。

小型PLC：64～512点。

中型PLC：512～2048点。

大型PLC：2048～8192点。

超大型PLC：8192点以上。

I/O点数越多，控制关系越复杂、存储器容量也越大、要求PLC指令及其功能就越多、指令执行的过程也越快，当然价格也越贵。

2.4.2 根据输入技术指标选择PLC

PLC的输入技术指标包括输入信号电压类型、等级、输入ON（通）电流、输入OFF（断）电流及输入响应时间等。举例如下：输入信号电压为DC 24V，±10%；AC 100～220V，±10%，50/60Hz。输入ON（通）电流为DC输入4.5mA以上（或3.5mA以上）；AC输入3.8mA以上。输入OFF（断）电流为DC输入1.5mA以下（或1.0mA以下）；AC输入1.7mA以下。输入响应时间为DC输入约10ms；AC输入约30ms。

不同的PLC产品，其输入技术指标会有不同，应根据实际要求选择PLC。^[1]

2.4.3 根据输出形式和技术指标选择PLC

PLC在工作过程中，常需要通过输出模块中的继电器触点、晶体管和双向晶闸管集电极开路输出三种形式将PLC的运行状态通知外部。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于驱动交流负载。它们在连接送给外部的信号时，也必须考虑继电器和晶体管的允许电压、允许电流、环境温度等负载因素，以及噪声的影响。各种输出形式所适用的负载见表2-7。^[1]

表2-7 PLC三种输出形式适用的负载

表2-7中基本适用的是感性负载，而在对容性负载进行开闭时，则应以和感性负载串联的方式接入限流电阻，以保证开闭时的浪涌电流不超过继电器和晶体管的允许电流。

新型PLC的输出模块可输出开关信号、数字信号、频率信号、脉冲信号和模拟信号等多种信号，但使用较多的是开关信号。近年来，模拟信号的使用有所增多，但大多是在配合过程控制仪表和执行装置时使用。输入和输出的电流信号主要有0～10mA、0～20mA和4～20mA三种。输入和输出的电压信号有±15mV、±1V、±2.5V、±5V、±10V、0～2V、0～5V、0～10V和1～5V、1～10V等。

2.4.4 根据用户程序存储容量选择PLC

PLC存储容量是指用户程序存储器的容量。

在编制PLC程序时，需要大量的存储器来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、单元设置和各种标志等信息。这些程序和数据的种类与数量越多，表示PLC存储和处理各种信息的能力越强。

用户程序存储器的存储量取决于PLC可容纳用户程序的长短，一般以字或步为单位来计算。16位二进制数字为1个字，每1024个字为1千字，通常编程时，一般的逻辑操作指令每条占1个字，计时、计数和移位指令占2个字，一般数据操作指令每条占2个字。

用户程序所需要存储容量可按以下方法估算：对于开关量控制系统，存储器字数等于I/O信号总数乘以8；对于有模拟量输入/输出的系统，每一路模拟量信号大约需要100字的存储容量。

用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，8千字以下的用户程序存储量可选用小型PLC，256千字以上的用户程序存储量可选用大型PLC。从发展趋势看，用户程序存储量总是在不断增大的。

2.4.5 根据现场对控制响应速度的要求选择PLC

扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标之一。一般以扫描1千字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/千字为单位。PLC用户手册一般会给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同操作所用的时间，来衡量各PLC扫描速度的快慢。

在使用PLC进行控制（特别在进行顺序控制）时，CPU需要时间进行处理，存在一定时间（扫描时间）的延迟，在设计控制系统时或选择PLC时，需要考虑扫描速度的影响。对于以开关量为主的控制系统，一般机型都能满足PLC的响应时间（包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期）。对于有模拟量控制的系统，需要考虑响应时间，不同的控制系统对PLC的扫描速度有不同的要求，可选用不同型号的CPU以适用于不同的控制系统，如有的PLC的CPU适用于逻辑控制系统，有的CPU适用于PID调节系统，有的CPU适用于统计管理控制。

2.4.6 根据PLC的专用功能指令选择PLC

PLC的基本指令只能组成一个简单的控制系统，但当遇到需要进行数据处理、需要通信的复杂控制系统，就必须使用PLC的功能指令。另外，为了增加PLC的功能，许多厂家开发了专用功能软件。专用功能指令主要包括以下指令：

1）数据操作指令。包括数据传送指令、数据移位指令、数据比较指令及其他数据指令。

2）常用控制指令。包括子程序控制指令、中断控制指令和块指令。

3）高级指令及其他指令。包括数据控制指令、通信网络指令、测试与错误诊断指令及其他指令。

4）特殊功能单元。近年来，各PLC厂商非常重视特殊功能单元和支持软件的开发，为编制PLC程序和增加监控PLC工作的功能，而开发支持软件；为增加PLC的功能，而开发专用功能单元。特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。

特殊功能单元种类的多少、指令功能数量的多少与功能的强弱，是衡量PLC产品性能的一个重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也就越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。PLC的功能指令非常丰富，按PLC的功能强弱不同，PLC可分为低档、中档和高档三类。

1）对于具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断及监控等基本功能的较简单控制系统，可选用低档PLC。

2）对于除具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能的较复杂的控制系统，可选用中档PLC。

3）对于除具有中档PLC的功能外，还具有带符号算术运算、矩阵运算、逻辑运算、二次方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送等功能以及很强的通信联网功能的控制系统（一般用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统），可选用高档PLC。

2.4.7 根据通信要求选择PLC

通信是指系统之间按一定规则进行的信息传输和交换，根据控制系统对PLC通信的要求（选择相应的标准通信串口、通信指令、通信协议宏、通信功能模块、通信速度、通信站数、通信网络（见第3章有关内容）等来选择PLC。

另外，还应考虑使用方便、维护简单等因素。