煤矿用可编程控制器的选择方法.pdf

收稿日期 2005 - 11 - 10 作者简介聂宏利1964 - ,男,陕西礼泉人,高级工程师, 1985年 毕业于中国矿业学院,现任平煤六矿机电副总工程师。 煤矿用可编程控制器的选择方法 聂宏利,张中委,胡新营 平煤集团公司 六矿,河南 平顶山 467091 摘要煤矿安全生产系统复杂、 机电设备种类多,数量大,安全监测控制管理较困难,煤矿救生系统比较薄弱。 为适应现代化矿井建设的需要,逐步在煤矿推广使用可编程控制器,可实现煤矿生产智能网络监测与集中控 制,为煤矿安全生产打下坚实的基础。 关键词煤矿;可编程控制器;选用 中图分类号 TD672 文献标识码B 文章编号 1003 - 05062006 S0 - 0029 - 03 PLC在煤矿的大量应用,为实现煤矿生产智能 网络监测控制以及煤矿安全救生系统打下了坚实的 基础。PLC的品种繁多,其结构型式、 功能、 容量、 指 令系统、 编程方法、 价格等各有不同,使用场合也各 有侧重。因此,合理选择PLC,对于提高控制系统的 技术经济指标起着重要作用。 1 功能及结构的选择 机型选择的基本原则应在功能满足要求的前提 下,保证可靠、 维护使用方便以及煤矿生产调度室与 一、 二类负荷之间的监测控制。 1结构合理。对于工艺过程比较固定、 环境 条件较好维修量较小的场合,选用整体式结构 PLC;其他情况则选用模块式结构PLC。 2功能相当。对于开关量控制的工程项目, 对其控制速度无须考虑,一般的低档机就能满足要 求。 3对于以开关量控制为主、 带少量模拟量控 制的工程项目,可选用带A /D转换、D /A转换、 加减 运算、 数据传送功能的低档机。 4对于控制比较复杂,控制功能要求更高的 工程项目,例如要求实现PI D运算、 闭环控制、 通信 联网等,可视控制规模及复杂的程度,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的分布控制系统以及整个煤矿机电提升运输等 生产系统。 5诊断功能。诊断功能有内诊断和外诊断两 种。内诊断是PLC内部各部件性能和功能诊断,外 诊断是中央处理器与I/O模块信息交换诊断。 6串行接口。一般中型以上的PLC都提供一 个或一个以上串行标准接口 RS 2232C ,以便连接 打印机、CRT、 上位计算机或另一台PLC。 7机型统一。一个大型企业,应尽量做到机 型统一。因为同一机型的PLC,其模块可互为备用, 便于备品备件的采购和管理;其功能及编程方法统 一,有利于技术力量的培训、 技术水平的提高和功能 的开发;其外部设备通用,资源可共享,配以上位计 算机后,可把各控制系统的多台PLC连成一个多级 分布式控制系统,相互通信,集中管理。 8是否在线编程。PLC的特点之一是使用灵 活。当被控设备的工艺过程改变时,只需用编程器 重新修改程序,就能够满足新的控制要求。 PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。离 线编程的PLC,其特点是主机和编程器共用一个 CPU,在编程器上有一个“ 编程/运行 ” 选择开关或按 键,选择编程状态时, CPU将失去对现场的控制,只 为编程器服务,这就是所谓的“ 离线 ” 编程。程序编 号后,如选择运行状态, CPU则去执行程序而对现 场进行控制,这时, CPU对编程器和主机共用一个 CPU,因此节省了大量的硬件和软件,编程器的价格 也比较便宜。中、 小型PLC多采用离线编程。 在线编程的PLC,其特点是主机和编程器各有 一个CPU,编程器的CPU可以随时处理由键盘输入 的各种编程指令。主机的CPU则是完成对现场的 控制,并在一个扫描周期的末尾和编程器通信,编程 器把编好或改好的修改的程序发送给主机,在下一 个扫描周期主机将按照新送入的程序控制现场,这 就是所谓的“ 在线 ” 编程。此类PLC,由于增加了硬 92 2006年增刊 中州煤炭 2006年6月 1995-2008 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 件和软件,所以价格贵,但应用领域较宽,大型PLC 多采用在线编程。 是否在线编程,应根据被控设备工艺要求的不 同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的 设备,应选用离线编程的PLC;反之,可考虑选用在 线编程的PLC。 2 输入/输出 I/O接口的选择 PLC通过I/O接口模块可以检测被控生产过程 的各种参数,同时控制器又通过I/O接口模块将控 制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程,驱 动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程 以及各种机构所需的信息电平也是各种各样的,而 PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平,所以I/ O接口模块还须实现这种转换。PLC从现场收集的 信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距 离,为了确保这些信息的正确无误, PLC的I/O接口 模块具有较好的抗干扰能力。根据实际需要, PLC 相应有许多种I/O接口模块,可以根据模块的特点 选择使用。 1确定I/O点数。根据控制系统的要求,确 定所需要的I/O点数,再增加10～20的备用 量,以便随时增加控制功能,对一个控制对象,由于 采用不同的控制方法或编程水平不一样, I/O点数 就有所不同。表1是典型传动设备及常用电气元件 所需的I/O点数。 2标准的开关量输入/输出接口可用于从传 感器和开关如按钮、 限位开关等及控制开/关 设备如指示灯、 报警器、 电动机启动器等接收信 号。典型的交流输入/输出信号为24～240 V,直流 输入/输出信号为5～240 V。 尽管输入电路随制造厂家不同而不同,但一些 特性是相同的。如设置去抖动电路,以消除误信 号;设置浪涌保护电路,以免与较大的瞬态过电压。 大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制 逻辑部分之间多设有可选的“ 或 ” 变压器隔离电路。 若输入/输出设备有不同电源供电,应当有带隔离公 共线返回线的接口电路。 3模拟量输入/输出接口是用来感知传感器 产生的信号的。这些接口测量流量、 温度和压力等 参数的值,并用于控制电压或电流输出设备。典型 接口量程为- 10～10 V、0～ 10V、4～20 mA或 10～50 mA。 表1 典型传动设备及常用电气元件所需的I/O点数 序号电气设备、 元件 输入 点数 输出 点数 I/O总数 1Y2 Δ启动的笼型电机437 2单向运行笼型电机415 3可逆运行笼型电机527 4单向变极电动机6410 5可逆变极电动机9615 6单向运行直流电机9615 7可逆运行直流电机12820 8单线圈电磁阀224 9双线圈电磁阀358 10比例阀358 11按钮开关11 12光电管开关22 13信号灯11 14拨码开关44 15三档波段开关33 16行程开关11 17接近开关11 18抱闸11 19风机81018 20位置开关22 21功能控制单元 2016、32、 48、64、 128 22单向运行绕线转子异步电机347 23可逆运行绕线转子异步电机459 4特殊功能输入/输出。在选择一台PLC时, 用户可能会面临需要一些特殊功能类型的且不能用 标准I/O实现的I/O限定如定位、 快速输入、 频率 等的情况。用户应当考虑供销厂商是否提供一些 特殊的有助于最大限度减少控制作用的模块。灵敏 模块和特殊接口的模块,都应考虑使用。有的模块 自身能够处理一部分现场数据,从而使CPU从处理 耗时任务中解脱出来。 5智能式输入/输出。当前PLC的生产厂商 相继推出了一些智能式的输入/输出模块,就是模块 本身带有处理器,对输入或输出信号做预先规定处 理,将其处理结果送入CPU或直接输出,这样可提 高PLC的处理器和节省存储器的容量。 3 电源的选择 电源模块的选择一般只考虑输出电流。电源模 块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、 专用模块等消耗电流的总和。 1确定电源的输入电压。 2将框架中每块I/O模块所需的总背板电流 相加,计算出I/O模块所需的总背板电流值。 3 I/O模块所需的总背板电流值再加上 ① 03 2006年增刊 中州煤炭 2006年6月 1995-2008 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 框架中带有处理器时,则加上处理器的最大值。② 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配 器模块时,加上其最大电流值。 4根据确定好的输入电压和所需的总背板电 流值,从用户手册中选择合适的电源。 4 存储器类型及容量的选择 PLC系统所用存储器基本上由PROM、EPROM 及PAM三种类型所组成;一般小型机的最大存储能 力低于6 KB,中型机的最大存储能力可达64 KB,大 型机的最大存储能力可上兆字节;可以根据程序及 数据的存储需要选用合适的机型。 应用系统既需要非易失性存储器基掉电后能 保持内容不丢失 , 也需要带备用电池的易失性存 储器;一些控制器即允许单独使用这两种存储器,又 允许同时使用。尽管确定存储容量并无定则,如下 的一些方法仍可用于估算所需的存储量。 1根据编程实际使用的节点数计算,这种方 法可精确地计算出存储器实际使用容量,缺点是要 编完程序之后才能计算。 2估算法,用户可根据控制规模和应用目的, 按下面给出的公式进行计算。 代替继电器M Km[ 10D I 5DO ] 模拟量控制M Km[ 10D I 5DO 100 A I ] 多路采样控制M Km { [ 10D I 5 DO 100A I ] [1 采样点 0125 ]} 其中,D I为数字开关量输入信号;DO为数字 开关量输出信号; A I为模拟量输入信号; Km为 每个节点所占存储器字节数,M为存储器容量。 例如某控制系统有64个开关量输入信号, 48 个数字量输出信号, 4个模拟量输入信号。假定一 个节点占用一个存储器字节,则该控制系统所需存 储容量为 M [ 1064 548 1004 ]1B / 节点1 280 B 为了使用方便,一般可留有25～30的余 量,所以对本例可选用115 KB或2 KB的存储器为 宜。最后,获得存储容量的最佳方法就是生成程序, 看用了多少字数。知晓每条指令所用的字数,用户 便可确定准确的存储容量。 5 软件选择 在系统的实现过程中,用户面临PLC的编程问 题。一般一个系统的软件总是用于处理器具备的控 制硬件的。但是,也有应用系统需要控制硬件以外 的软件功能。例如,一个应用系统可能包括需要复 杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集 功能。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需 时间和程序执行时间。 6 支撑技术条件的考虑 选用PLC时,有无支撑技术条件同样是重要的 选择依据。支撑技术条件包括下列内容 611 编程手段 1携带式简易编程器,主要用于小型PLC,其 控制规模小,程序简单,简易编程器已够用。 2 CRT编程器,适用于中、 大型 PLC,除用于 编制和输入程序外,还可编辑和打印程序文件。 3 I BM PC及其兼容机编程软件包,由于 I BM PC已得到普及推广,它是PLC很好的编程工具,因 此PLC厂商纷纷开发适用于自己机型的I BM PC及 其兼容机编程软件包,并获得成功。 612 程序文本文件 1简单程序文本处理包括打印梯形逻辑图、 参量状态和位置。 2程序标注包括触点和线圈的赋值名、 网络 注释等,这对用户或软件工程师阅读和调试程序是 非常有用的。 3程序存储方式作为技术档案和备用,程序 的存储是必要。存储程序的方法有用磁带、 磁盘或 EEPROM存储程序盒等方式,选用哪种存储方式, 取决于所选机型的技术条件。 613 通讯软件包 对于所选机型的技术条件。上位计算机管理的 控制系统,有无通讯软件包是选用PLC的主要依 据。通讯软件包往往和通信硬件一起使用,如调制 解调器等。 7 PLC的环境适应性 由于PLC是直接用于工业控制的产品,生产厂 都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。 尽管如此,每种PLC仍有自己的环境技术条件,用 户在选用时,特别要对环境条件要给予充分考虑。 责任编辑蔡长瑞 13 2006年增刊 聂宏利等煤矿用可编程控制器的选择方法 2006年6月 1995-2008 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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