Освоение искусства выбора ПЛК: практическое руководство для инженеров по автоматизации.

Мы обсудим, как выбирать производителей, рассчитывать точки ввода-вывода и принимать оптимальные решения, исходя из требований к связи и объему памяти.

I. Выбор производителя: логика, лежащая в основе бренда.

Определение ПЛК Первый шаг — это выбор производителя. Речь идёт не только об узнаваемости бренда; в большей степени это касается привычек пользователей, профессионализма команды дизайнеров и технической поддержки после продажи.

Что касается надежности, качество аппаратной части, как правило, не является проблемой для крупных международных брендов. Однако существуют значительные различия в философии дизайна между регионами.

На мой взгляд, если вы управляете автономным оборудованием или относительно простой системой, то японские марки ПЛК (например, Мицубиси или ОмронОни предлагают значительное преимущество с точки зрения соотношения цены и качества. Их наборы инструкций, как правило, интуитивно понятны и просты в освоении.

И наоборот, если ваш проект представляет собой крупномасштабную распределенную систему управления (РСУ) с чрезвычайно высокими требованиями к сетевой связи, то европейские и американские ПЛК (такие как Siemens или Rockwell АвтоматизацияОни превосходят другие варианты. Их логические структуры лучше подходят для управления сложными процессами и обработки больших объемов данных.

Для более наглядного представления я составил следующую таблицу, сравнивающую эти две основные категории:

Кроме того, для конкретных отраслей (таких как металлургия или табачная промышленность) приоритет следует отдавать системам ПЛК, которые уже имеют отработанные сценарии применения в этом секторе. Это значительно снижает риск сбоев из-за несовместимости с окружающей средой.

II. Точная оценка точек ввода/вывода (I/O).

Количество входов/выходов — это наиболее важный параметр ПЛК. Многие новички допускают здесь ошибки: либо покупают слишком мало устройств и сталкиваются с нехваткой ресурсов, либо покупают слишком много и тратят бюджет впустую.

Основой для расчета должна служить сумма всех входных и выходных точек, необходимых для управления оборудованием. Однако в профессиональной практике мы никогда не рассчитываем “точно столько, сколько нужно”. Необходимо оставить запас.

Исходя из моего опыта, стандартная практика такова:

1. Подсчитайте общее количество подключенных точек ввода/вывода.
2. Добавить 10% до 20% запас прочности для расширения сверх этой базы.

III. Научная оценка объема памяти

Объём памяти относится к объёму памяти, предоставляемому аппаратным обеспечением ПЛК. Необходимо убедиться, что объём памяти ПЛК превышает текущие потребности, чтобы обеспечить возможность внесения изменений или дополнений в конструкцию в будущем.

Я поделюсь формулой оценки, широко используемой в инженерной сфере. Хотя в литературе существуют разные мнения, этот метод является практичным и безопасным:

1. Умножьте количество точек цифрового ввода/вывода на 10–15.
2. Умножьте количество аналоговых точек ввода/вывода на 100.
3. Сложите эти два результата, чтобы получить общее необходимое количество слов (при условии, что слова 16-битные).
4. Наконец, добавьте к этой сумме маржу в 25%.

Например, некоторые модели серии Siemens S7-300 могут предлагать 64 КБ или 128 КБ оперативной памяти, поэтому вам необходимо подобрать соответствующий процессор, исходя из приведенной выше оценки.

IV. Коммуникационные функции: Основа промышленного интернета

Современные ПЛК уже не являются изолированными системами. Коммуникационные функции становятся все более мощными и сложными. При выборе необходимо определить место ПЛК в общей сетевой архитектуре.

К распространенным сетевым топологиям систем ПЛК относятся:

• Режим главного компьютера: Компьютер выступает в роли станции SCADA/мониторинга, управляя несколькими ПЛК.
• Многопроцессорная сеть ПЛК: Один ПЛК выступает в роли главного, а остальные — в роли подчиненных.
• Интеграция DCS: ПЛК выступает в качестве подсети нижнего уровня, подключенной к крупномасштабной АСУ ТП.
• Собственные сети: Закрытые протокольные сети, разработанные специально для производителей.

Чтобы избежать перегрузки ЦП, я настоятельно рекомендую использовать независимые коммуникационные процессоры (КП) в зависимости от реальных потребностей. Например, если требуется значительная передача данных по Ethernet, не позволяйте ЦП обрабатывать все пакеты данных напрямую; установка выделенного коммуникационного модуля может значительно повысить стабильность системы.

V. Выбор форм-фактора: компактный или модульный?

Это наиболее очевидный физический признак, который следует учитывать при выборе.

• Компактный (монолитный) ПЛК:
  • Фиксированное количество точек ввода/вывода, компактные размеры, низкая стоимость. Обычно используется в небольших системах управления.
  • Типичные показатели повторений: Siemens S7-200 SMART, Mitsubishi FX Series, Omron CP Series.
• Модульный ПЛК:
  • Подобно строительным блокам, модули питания, ЦП и ввода/вывода можно выбирать независимо друг от друга и подключать к объединительной плате/стойке. Чрезвычайно гибкая конфигурация, подходящая для систем среднего и большого размера.
  • Типичные показатели повторений: Siemens S7-300/400/1500, Mitsubishi Q Series.

VI. Советы по выбору модулей ввода/вывода

После выбора процессора и стойки следующим шагом является подбор конкретных модулей ввода-вывода. Здесь есть существенные технические нюансы.

1. Модули цифрового вывода

При выборе выходных модулей обычно перед вами встают три варианта, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

• Релейный выход:
  • Плюсы: Недорогой, с широким диапазоном напряжения (совместим с переменным и постоянным током).
  • Минусы: Короткий срок службы, медленное время отклика, непригодно для частого переключения.
• Выход транзистора:
  • Плюсы: Чрезвычайно быстрая реакция, длительный срок службы, подходит для сервопривод импульсный контроль.
  • Минусы: Низкая перегрузочная способность, обычно поддерживает только постоянный ток.
• Выход тиристора (триака):
  • Плюсы: Быстрый отклик, подходит для частого переключения индуктивных нагрузок.
  • Минусы: Дорогой.

Мой совет: При управлении нагрузками, которые переключаются нечасто, например, электромагнитными клапанами, наиболее экономичным вариантом является релейный выход. При управлении шаговыми двигателями или при необходимости высокочастотного переключения следует выбрать транзисторный выход.

2. Аналоговые модули ввода/вывода

При работе с аналоговыми сигналами сосредоточьтесь на типе сигнала.

• Типы ввода: К распространенным сигналам относятся ток (4-20 мА) и напряжение (0-10 В). Также существуют специализированные температурные модули для прямого подключения к термопарам или терморезисторам.
• Типы вывода: Также подразделяется на напряжение и ток, используется для управления. Частота частотно-регулируемого привода или положение регулирующего клапана.

При выборе обратите внимание на согласование каналов. Наиболее распространенные конфигурации — это 2-канальные, 4-канальные или 8-канальные модули.

VII. Не забывайте о функциональных модулях.

Для выполнения базовых задач может быть достаточно стандартного логического управления, но если ваше оборудование требует точного позиционирования или контроля температуры, незаменимыми становятся специализированные функциональные модули.

• Модули позиционирования: Для управления сервоприводами/шаговыми двигателями.
• Модули высокоскоростных счетчиков: Для подключения энкодеров.
• Модули ПИД-регулирования: Для управления технологическим процессом с обратной связью.

При выборе следует обращать внимание не только на совместимость с оборудованием, но и на удобство программного обеспечения. Например, серия Mitsubishi FX позволяет считывать/записывать данные специальных модулей простым способом. ОТ и К инструкции, что свидетельствует об удобстве программного обеспечения.

VIII. Три общих принципа отбора

Наконец, после предварительного определения конкретных моделей и спецификаций, проверьте свою спецификацию материалов (BOM) на соответствие этим трем принципам:

1. Удобство Упростите проектирование схем. Например, отдайте приоритет выходным модулям, которые могут напрямую управлять нагрузками. Это устранит необходимость во множестве промежуточных реле, сэкономит деньги и уменьшит количество потенциальных точек отказа.
2. Универсальность (стандартизация) В рамках одного завода или проекта следует свести к минимуму разнообразие типов модулей. Например, по возможности следует использовать исключительно модули с входным напряжением постоянного тока 24 В, а не смешивать их с модулями с входным напряжением переменного тока 220 В. Это упрощает закупку запасных частей и облегчает техническому персоналу запоминание системы.
3. Совместимость Во избежание необъяснимых сбоев связи лучше всего выбирать продукцию одного производителя для основных компонентов системы ПЛК. Хотя современные протоколы являются открытыми, совместимость между устройствами одной марки всегда является наиболее надежной.