November 20,2024
Análise da estrutura básica, seleção e projeto do CLP
Estrutura básica A essência de um controlador lógico programável é um computador dedicado ao controle industrial. Sua estrutura de hardware é basicamente a mesma de um microcomputador. A estrutura básica é: 1. Fonte de alimentação A fonte de alimentação do controlador lógico programável desempenha um papel muito importante em todo o sistema. Sem um sistema de fonte de alimentação bom e confiável, ele não pode funcionar corretamente. Portanto, o fabricante do controlador lógico programável também atribui grande importância ao design e à fabricação da fonte de alimentação. Geralmente, a flutuação da tensão CA está dentro da faixa de +10% (+15%), e o PLC pode ser conectado diretamente à rede elétrica CA sem tomar outras medidas. 2. Unidade Central de Processamento (CPU) A unidade central de processamento (CPU) é o centro de controle do controlador lógico programável. Ela recebe e armazena o programa do usuário e os dados digitados do programador de acordo com as funções atribuídas pelo programa do sistema do controlador lógico programável; verifica o status da fonte de alimentação, memória, E/S e temporizador de aviso e pode diagnosticar erros de sintaxe no programa do usuário. Quando o controlador lógico programável é colocado em operação, ele primeiro recebe o status e os dados de cada dispositivo de entrada no local de forma de varredura e os armazena na área de imagem de E/S, respectivamente, e então lê o programa do usuário da memória do programa do usuário um por um, e depois que o comando é interpretado, os resultados da operação lógica ou aritmética são enviados para a área de imagem de E/S ou registro de dados de acordo com as instruções. Depois que todos os programas do usuário são executados, o status de saída da área de imagem de E/S ou os dados no registro de saída são finalmente transmitidos para o dispositivo de saída correspondente, e o ciclo é executado até parar. Para melhorar ainda mais a confiabilidade do CLP, grandes CLPs também são equipados com CPUs duplas para formar um sistema redundante, ou um sistema de votação de três CPUs, de modo que, mesmo se uma CPU falhar, todo o sistema ainda possa operar normalmente. 3. Memória A memória que armazena o software do sistema é chamada de memória de programa do sistema. A memória que armazena o software do aplicativo é chamada de memória de programa do usuário. 4. Circuito de interface de entrada e saída 4.1. O circuito de interface de entrada de campo consiste em um circuito de acoplamento óptico e um circuito de interface de entrada de microcomputador e serve como canal de entrada da interface entre o controlador lógico programável e o controle de campo. 4.2. O circuito de interface de saída de campo é integrado com o registro de dados de saída, o circuito de seleção e o circuito de solicitação de interrupção, e o controlador lógico programável emite o sinal de controle correspondente para o componente de execução de campo por meio do circuito de interface de saída de campo. 5. Módulos funcionais Como contagem, posicionamento e outros módulos funcionais. 6. Módulo de comunicação Seleção de PLC e análise de caso Ao selecionar um PLC, você deve analisar as características do processo e os requisitos de controle em detalhes, esclarecer as tarefas e o escopo do controle, determinar as operações e ações necessárias e, em seguida, estimar o número de pontos de entrada e saída, a capacidade de memória necessária e determinar as funções do PLC e as características dos dispositivos externos com base nos requisitos de controle. Finalmente, selecione um PLC com uma relação desempenho-preço mais alta e projete um sistema de controle correspondente. Abaixo detalharemos os pontos que devem ser observados na escolha do CLP: 1. Estimativa de pontos de entrada e saída (I/O)Margem apropriada deve ser considerada ao estimar o número de pontos de E/S. Normalmente, com base no número estatístico de pontos de entrada e saída, uma margem expansível de 10% a 20% é adicionada como dados estimados para o número de pontos de entrada e saída. 2. Estimativa da capacidade de memória; a capacidade de memória é o tamanho da unidade de armazenamento de hardware que o próprio controlador programável pode fornecer, e a capacidade do programa é o tamanho da unidade de armazenamento usada pelo projeto do aplicativo do usuário na memória, então a capacidade do programa é menor que a capacidade da memória. Para ter uma certa estimativa da capacidade do programa durante o design e a seleção, a estimativa da capacidade de memória é geralmente usada como um substituto. Em geral, é de 10 a 15 vezes o número de pontos de E/S digitais, mais 100 vezes o número de pontos de E/S analógicos, e esse número é o número total de palavras na memória (16 bits é uma palavra), e outros 25% desse número são considerados como uma margem.3. Seleção de funções de controle; esta seleção inclui a seleção de características como função de cálculo, função de controle, função de comunicação, função de programação, função de diagnóstico e velocidade de processamento. (1) Função de operação; a função de operação do PLC simples inclui operação lógica, temporização e função de contagem; a função de operação do PLC comum também inclui deslocamento de dados, comparação e outras funções de operação; funções de operação mais complexas incluem operação algébrica, transmissão de dados, etc.; o PLC grande também tem operação PID analógica e outras funções de operação avançadas. Com o surgimento de sistemas abertos, os PLCs agora têm funções de comunicação. Alguns produtos têm comunicação com computadores inferiores, alguns produtos têm comunicação com o mesmo computador ou computador superior, e alguns produtos também têm a função de comunicação de dados com a fábrica ou rede empresarial. Ao projetar e selecionar, devemos começar pelos requisitos da aplicação real e selecionar razoavelmente as funções de operação necessárias. Na maioria das aplicações, apenas a operação lógica e as funções de temporização e contagem são necessárias. Algumas aplicações requerem transmissão e comparação de dados. Quando usado para detecção e controle analógico, operação algébrica, conversão numérica e operação PID são usadas. Operações de decodificação e codificação são necessárias para exibir dados. (2) Funções de controle: As funções de controle incluem operações de controle PID, operações de controle de compensação de feedforward, operações de controle de razão, etc., que devem ser determinadas de acordo com os requisitos de controle. O PLC é usado principalmente para controle lógico sequencial. Portanto, controladores de loop único ou multiloop são frequentemente usados na maioria dos casos para resolver o controle analógico. Às vezes, unidades de entrada e saída inteligentes dedicadas também são usadas para completar as funções de controle necessárias, melhorar a velocidade de processamento do PLC e economizar capacidade de memória. Por exemplo, unidades de controle PID, contadores de alta velocidade, unidades analógicas com compensação de velocidade, unidades de conversão de código ASC, etc. são usados. (3) Função de comunicação: Os sistemas PLC de grande e médio porte devem suportar uma variedade de fieldbuses e protocolos de comunicação padrão (como TCP/IP) e devem ser capazes de se conectar à rede de gerenciamento de fábrica (TCP/IP) quando necessário. O protocolo de comunicação deve estar em conformidade com os padrões de comunicação ISO/IEEE e deve ser uma rede de comunicação aberta. A interface de comunicação do sistema PLC deve incluir interfaces de comunicação serial e paralela (RS 232C/422A/485), porta de comunicação RIO, Ethernet industrial, interface DCS comum, etc.; as principais formas da rede de comunicação do sistema PLC são as seguintes: 1) PC é a estação mestre, e vários PLCs do mesmo modelo são estações escravas, formando uma rede PLC simples; 2) 1 PLC é a estação mestre, e outros PLCs do mesmo modelo são estações escravas, formando uma rede PLC mestre-escravo; 3) A rede PLC é conectada a um grande DCS como uma sub-rede do DCS por meio de uma interface de rede específica; 4) Rede PLC dedicada (rede de comunicação PLC dedicada de cada fabricante). Para reduzir a tarefa de comunicação da CPU, de acordo com as necessidades reais da composição da rede, processadores de comunicação com diferentes funções de comunicação (como ponto a ponto, fieldbus, Ethernet industrial) devem ser selecionados. (4) Função de programação; Modo de programação offline: PLC e programador compartilham uma CPU. Quando o programador está no modo de programação, a CPU fornece apenas serviços para o programador e não controla o equipamento de campo. Após a programação ser concluída, o programador muda para o modo de execução, e a CPU controla o equipamento de campo e não pode ser programada. A programação offline pode reduzir os custos do sistema, mas é inconveniente de usar e depurar. Modo de programação online: A CPU e o programador têm suas próprias CPUs. A CPU host é responsável pelo controle de campo e troca dados com o programador dentro de um ciclo de varredura. O programador envia o programa ou dados compilados online para o host. No próximo ciclo de varredura, o host é executado de acordo com o programa recém-recebido. Este método é mais caro, mas a depuração e a operação do sistema são convenientes e geralmente é usado em PLCs de grande e médio porte. (5) Função de diagnósticoA função de diagnóstico do PLC inclui diagnóstico de hardware e software. O diagnóstico de hardware determina a localização da falha do hardware por meio do julgamento da lógica do hardware, e o diagnóstico de software é dividido em diagnóstico interno e diagnóstico externo. O diagnóstico do desempenho interno e da função do PLC por meio do software é o diagnóstico interno, e o diagnóstico da função de troca de informações entre a CPU do PLC e os componentes externos de entrada e saída por meio do software é o diagnóstico externo.A força da função de diagnóstico do CLP afeta diretamente as capacidades técnicas exigidas dos operadores e do pessoal de manutenção, além de afetar o tempo médio de reparo. (6) Velocidade de processamentoO PLC funciona no modo de varredura. Da perspectiva dos requisitos em tempo real, a velocidade de processamento deve ser a mais rápida possível. Se a duração do sinal for menor que o tempo de varredura, o PLC não será capaz de varrer o sinal, resultando na perda de dados do sinal. A velocidade de processamento está relacionada ao comprimento do programa do usuário, à velocidade de processamento da CPU, à qualidade do software, etc. Atualmente, os contatos do PLC têm resposta rápida e alta velocidade. O tempo de execução de cada instrução binária é de cerca de 0,2 a 0,4Ls, para que possa se adaptar às necessidades da aplicação com altos requisitos de controle e requisitos de resposta rápida. O ciclo de varredura (ciclo de varredura do processador) deve atender aos seguintes requisitos: o tempo de varredura do PLC pequeno não é maior que 0,5 ms/K; o tempo de varredura do PLC grande e médio não é maior que 0,2 ms/K. 4. Seleção do modelo (1) Tipos de PLCO PLC é dividido em duas categorias de acordo com a estrutura: tipo integral e tipo modular. Ele é dividido em duas categorias de acordo com o ambiente de aplicação: instalação de campo e instalação de sala de controle. Ele é dividido em 1 bit, 4 bits, 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc. de acordo com o comprimento da palavra da CPU. Do ponto de vista da aplicação, ele geralmente pode ser selecionado de acordo com a função de controle ou pontos de entrada e saída. Os pontos de E/S do PLC integral são fixos, então os usuários têm menos espaço para escolha e são usados em pequenos sistemas de controle; o PLC modular fornece uma variedade de placas de E/S ou placas plug-in, então os usuários podem selecionar e configurar razoavelmente os pontos de E/S do sistema de controle. A expansão da função é conveniente e flexível, e é geralmente usada em sistemas de controle de grande e médio porte. (2) Seleção de módulos de entrada e saída; a seleção de módulos de entrada e saída deve ser consistente com os requisitos da aplicação. Por exemplo, para módulos de entrada, requisitos de aplicação como nível de sinal, distância de transmissão de sinal, isolamento de sinal e método de fornecimento de energia de sinal devem ser considerados. Para módulos de saída, o tipo de módulo de saída a ser selecionado deve ser considerado. Geralmente, os módulos de saída de relé têm as características de baixo preço, ampla faixa de tensão, vida útil curta e longo tempo de resposta; os módulos de saída de tiristor são adequados para comutação frequente e ocasiões de carga de baixo fator de potência indutiva, mas são mais caros e têm baixa capacidade de sobrecarga. Os módulos de saída também têm saída CC, saída CA e saída analógica, que devem ser consistentes com os requisitos da aplicação. De acordo com os requisitos da aplicação, os módulos de entrada e saída inteligentes podem ser razoavelmente selecionados para melhorar o nível de controle e reduzir os custos da aplicação. Considere se um rack de expansão ou rack de E/S remoto é necessário. (3) Seleção da fonte de alimentaçãoA fonte de alimentação do PLC, além do design e seleção do PLC de acordo com os requisitos do manual do produto ao introduzir o equipamento, a fonte de alimentação do PLC deve ser projetada e selecionada de acordo com os requisitos do manual do produto. Em geral, a fonte de alimentação do PLC deve ser projetada e selecionada com fonte de alimentação de 220 VCA, que é consistente com a tensão da rede elétrica doméstica. Para aplicações importantes, uma fonte de alimentação ininterrupta ou uma fonte de alimentação estabilizada por tensão deve ser usada. Se o próprio PLC tiver uma fonte de alimentação utilizável, deve ser verificado se a corrente fornecida atende aos requisitos da aplicação, caso contrário, uma fonte de alimentação externa deve ser projetada. Para evitar que a fonte de alimentação externa de alta tensão seja introduzida no PLC devido à operação incorreta, é necessário isolar os sinais de entrada e saída e, às vezes, um diodo simples ou tubo fusível pode ser usado para isolamento. (4) Seleção de memória: Devido ao desenvolvimento da tecnologia de chip integrado de computador, o preço da memória caiu. Portanto, para garantir a operação normal do projeto de aplicação, a capacidade de memória do PLC geralmente precisa ser de pelo menos 8K de memória de acordo com 256 pontos de E/S. Quando funções de controle complexas são necessárias, uma capacidade maior e uma memória de grau superior devem ser selecionadas. (5) Considerações econômicasAo escolher um PLC, você deve considerar a relação desempenho-preço. Ao considerar a eficiência econômica, você também deve considerar fatores como a escalabilidade, operabilidade e relação entrada-saída da aplicação, fazer comparações e levá-las em conta e, finalmente, selecionar um produto mais satisfatório.O número de pontos de entrada e saída tem um impacto direto no preço. Cada placa de entrada e saída adicional aumentará o custo. Quando o número de pontos aumenta para um determinado valor, a capacidade de memória correspondente, rack, placa-mãe, etc. também aumentará de acordo. Portanto, o aumento no número de pontos tem um impacto na seleção da CPU, capacidade de memória, intervalo de função de controle, etc. Deve ser totalmente considerado durante a estimativa e seleção para fazer com que todo o sistema de controle tenha uma relação desempenho-preço mais razoável.
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