PLC選型及設計要點

一、選型要點
S7-300 PLC的選型原則是據生產工藝所需的功能和容量進行選型，并考慮維護的方便性、備件的通用性，以及是否易于擴展和有無特殊功能等要求。選型時具體注意以下幾方面：
(1)有關參數確定。一是輸入/輸出點數(I/O點數)確定。這是確定PLC規模的一個重要依據，一定要根據實際情況留出適當余量和擴展余地。二是PLC存儲容量確定。注意當系統有模擬量信號存在或要進行大量數據處理時，其存儲容量應選大一些。
(2)系統軟硬件選擇。一是擴展方式選擇，S7-300 PLC有多種擴展方式，實際選用時，可通過控制系統接口模塊擴展機架、Profibus-DP現場總線、通信模塊、運程I/O及PLC子站等多種方式來擴展PLC或預留擴展口；二是PLC的聯網，包括PLC與計算機聯網和PLC之間相互聯網兩種方式。因S7-300 PLC的工業通信網絡淡化了PLC與DCS的界限，聯網的解決方案很多，用戶可根據企業的要求選用；三是CPU的選擇，CPU的選型是合理配置系統資源的關鍵，選擇時必須根據控制系統對CPU的要求(包括系統集成功能、程序塊數量限制、各種位資源、MPI接口能力、是否有 PROFIBUS-DP主從接口、RAM容量、溫度范圍等)，并最好在西門子公司的技術支持下進行，以獲得合理的選型；四是編程軟件的選擇，這主要考慮對CPU的支持狀況，我們的體會是：STEP7 V4.0對有些型號的CPU不支持，硬件組態時會發生故障出錯，而STEP7V5.0則不存在這種問題。 
二、設計及使用
1. 設計注意事項
設計時主要應注意以下幾方面：
(1)PLC輸出電路中沒有保護，因此在外部電路中應設置串聯熔斷器等保護裝置，以防止負載短路造成PLC損壞。熔斷器容量一般為0.5A。
(2)PLC存在I/O響應延遲問題，因此在快速響應設備中應加以注意。MPI通信協議雖簡單易行，但響應速度較慢。
(3)編制控制程序時，最好用模塊式結構程序。這樣既可增強程序的可讀性，方便調試和維護工作；又能使數據庫結構統一，方便WinCC組態時變量標簽的統一編制和設備狀態的統一顯示。
(4)硬件資源。要合理配置硬件資源，以提高系統可靠性。如PLC電源配電系統要配備冗余的UPS不間斷電源，以排除停電對全線運行的不利影響。又如對電機的控制回路要進行繼電器隔離，以消除外部負載對I/O模塊的可能損壞。另外，系統設備要采用獨立的接地系統，以減少雜波干擾。
2. 使用要點
(1)抗干擾措施。來自電源線的雜波，能造成系統電壓畸變，導致系統內電氣設備的過電壓、過負荷、過熱甚至燒毀元器件，造成PLC等控制設備誤動作。所以，在電源入口處最好應設置屏蔽變壓器或電源濾波等防干擾設施。其中，電源濾波器的地要以最短線路接到中央保護地。對于直流電源，則可加裝微分電容加以干擾抑制。
(2)保護接地。可采取用不小于10mm2的保護導線接好配電板的保護地；相鄰的控制柜也應良好接觸并與地可靠連接。同時要做好防雷保護接地，通常可采取總線電纜使用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地，或模擬信號電纜采取兩層屏蔽，外層屏蔽兩端接地等措施。另外，為防止感應雷進入系統，可采用浪涌吸收器。
(3)做好信號屏蔽。信號的屏蔽非常關鍵，一般可采取屏蔽電纜傳送模擬信號。注意對多個模擬信號共用一根多芯屏蔽電纜或用兩種屏蔽電纜傳送時，信號間一定要做好屏蔽。而且電纜的屏蔽層一端(一般在控制柜端)要可靠接地。
(4)當現場沒有或無法設置硬點時，可在操作界面上采取軟按鍵的方法解決走向選擇或控制方式選擇等問題。此外，與變頻器、智能儀表等的連接，最好還是采用信號線直接相連的方式。
(5)應合理配置PLC的使用環境，提高系統抗干擾能力。具體采取的措施有：遠離高壓柜、高頻設備、動力屏以及高壓線或大電流動力裝置；通信電纜和模擬信號電纜盡量不與其他屏 (盤)或設備共用電纜溝；PLC柜內不用熒光燈等。另外，PLC雖適合工業現場，但使用中也應盡量避免直接震動和沖擊、陽光直射、油霧、雨淋等；不要在有腐蝕性氣體、灰塵過多、發熱體附近應用；避免導電性雜物進入控制器。
三、調試要點及注意事項
(1)常規檢查。在通電之前要耐心細致地作一系列的常規檢查(包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等)，避免損壞PLC模塊(用STEP7的診斷程序對所有模塊進行檢查)。
(2)系統調試。系統調試可按離線調試與在線調試兩階段進行。其中離線調試主要是對程序的編制工作進行檢查和調試，采用STEP7能對用戶編制程序進行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關系判斷編制程序的正誤。而在線調試是一個綜合調試過程，包括程序本身、外圍線路、外圍設備以及所控設備等的調試。在線調試過程中，系統在監控狀態下運行，可隨時發現問題、隨時解決問題，從而使系統逐步完善。因此，一般系統所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。 
在線調試設備開停時，必須先調試空開關的運行情況；如果設備設有運行監視開關，則可把監視開關強制為"１"(正式運行時，撤銷強制)。調試單臺設備時可針對性地建立該設備的變量表，對該設備及其與該設備相關的變量進行實時監視。這樣既可判斷邏輯操作是否正確，對模擬量的變化也可一目了然。比如調試電動執行器時，可建立一變量表，對執行器的位置信號、限位信號、過力矩信號及輸出命令信號等進行實時監視，便可非常直觀地觀測執行器的動作情況。
(3)S7-300 PLC模擬量模塊可通過變換信號類型卡支持各種類型信號。當改造老生產工藝線時，不可避免地會遇到多類信號。因此，設計時最好不把幾種信號接到同一模塊；同時必須先組態好模塊，再接信號線，檢查無誤后送電。此外，應避免兩線制與四線制信號、電流與電壓信號的混接，以免燒壞模塊。
(4)一般變送器的負載能力為600Ω，而模擬量輸入模塊的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路內設安全欄，必須注意抗阻的匹配；模擬量輸出模塊的負載能力為600Ω，一般 
執行器的負載能力為250Ω；如線路較長，也存在抗阻匹配問題。此外，要加強信號的隔離，特別是要加強與支流調速裝置、變頻調速裝置及設備配套的小型PLC之間的信號隔離，防止相互干擾。 

四、結束語
S7-300 PLC的應用非常廣泛，在設計選型和調試及實際應用中可能會碰到各種各樣的問題。本文從實際出發，總結多年實踐經驗，對以上各方面的問題提出了自己的見解，希望對工程技術人員能有一定的參考價值。