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PLC选型

 

 
1、基本思路
  电气控制柜设计的基本思路是一种逻辑思维,只要符合逻辑控制规律、能保证电气安全及满足生产工艺的要求,就可以说是一种好的的设计。但为了满足电气控制设备的制造和使用要求,必须进行合理的电气控制工艺设计。这些设计包括电气控制柜的结构设计、电气控制柜总体配置图、总接线图设计及各部分的电器装配图与接线图设计,同时还要有部分的元件目录、进出线号及主要材料清单等技术资料。
 


2、电气控制柜总体配置设计
 
  电气控制柜总体配置设计任务是根据电气原理图的工作原理与控制要求,先将控制系统划分为几个组成部分(这些组成部分均称作部件),再根据电气控制柜的复杂程度,把每一部件划成若干组件,然后再根据电气原理图的接线关系整理出各部分的进出线号,并调整它们之间的连接方式。总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的,图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系、走线方式及使用的行线槽、管线等。
 
  电气控制柜总装配图、接线图(根据需要可以分开,也可并在一起)是进行分部设计和协调各部分组成为一个完整系统的依据。总体设计要使整个电气控制系统集中、紧凑,同时在空间允许条件下,把发热元件,噪声振动大的电气部件,尽量放在离其它元件较远的地方或隔离起来;对于多工位的大型设备,还应考虑两地操作的方便性;控制柜的总电源开关、紧急停止控制开关应安放在方便而明显的位置。
 
       总体配置设计得合理与否关系到电气控制系统的制造、装配质量,更将影响到电气控制系统性能的实现及其工作的可靠性、操作、调试、维护等工作的方便及质量。
 
 
1、电气控制柜组件的划分。

由于各种电器元件安装位置不同,在构成一个完整的电气控制系统时,就必须划分组件。划分组件的原则是:
 
(1)把功能类似的元件组合在一起;
 
(2)尽可能减少组件之间的连线数量,同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中;
 
(3)让强弱电控制器分离,以减少干扰;
 
(4)为力求整齐美观,可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起;
 
(5)为了电气控制系统便于检查与调试,把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。
 
 
2、
 
 在划分电气控制柜组件的同时要解决组件之间、电气箱之间以及电气箱与被控制装置之间的连线方式;电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则:
 
(1)开关电器、控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接,这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子;
 
(2)电气柜、控制柜、柜(台)之间以及它们与被控制设备之间,采用接线端子排或工业联接器连接;
 
(3)弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接;
 
(4)电气柜、控制柜、柜(台)内的元件之间的连接,可以借用元件本身的接线端子直接连接;过渡连接线应采用端子排过渡连接,端头应采用相应规格的接线端子处理。
 
 
3、电器元件布置图的设计与绘制
 
  电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。电器元件布置图的设计依据是部件原理图、组件的划分情况等。设计时应遵循以下原则:
 
(1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下面,而发热元件应安装在电气控制柜的上部或后部,但热继电器宜放在其下部,因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线,而其进线端与接触器直接相连接,便于接线并使走线最短,且宜于散热。
 
(2)强电弱电分开并注意屏蔽,防止外界干扰。
 
(3)需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低,人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理。
 
(4)电器元件的布置应考虑安全间隙,并做到整齐、美观、对称,外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起,以利加工、安装和配线;若采用行线槽配线方式,应适当加大各排电器间距,以利布线和维护。
 
(5)各电器元件的位置确定以后,便可绘制电器布置图。电气布置图是根据电器元件的外形轮廓绘制的,即以其轴线为准,标出各元件的间距尺寸。每个电器元件的安装尺寸及其公差范围,应按产品说明书的标准标注,以保证安装板的加工质量和各电器的顺利安装。大型电气柜中的电器元件,宜安装在两个安装横梁之间,这样,可减轻柜体重量,节约材料,另外便于安装,所以设计时应计算纵向安装尺寸。
 
(6)在电器布置图设计中,还要根据本部件进出线的数量、采用导线规格及出线位置等,选择进出线方式及接线端子排、连接器或接插件,并按一定顺序标上进出线的接线号。
 
 
 
4、电器部件接线图的绘制
 
  电气部件接线图是根据部件电气原理及电器元件布置图绘制的,它表示成套装置的连接关系,是电气安装、维修、查线的依据。接线图应按以下原则绘制:
 
(1)接线图相接线表的绘制应符合GB6988.6—1993中《控制系统功能表图的绘制》的规定;
 
(2)所有电气元件及其引线应标注与电气原理图中相一致的文字符号及接线号;
 
(3)与电气原理图不同,在接线图中同一电器元件的各个部分(触头、线圈等)必须画在一起;
 
(4)电气接线图一律采用细线条绘制。走线方式分板前走线及板后走线两种,一般采用板前走线,对于简单电气控制部件,电器元件数量较少,接线关系又不复杂的,可直接画出元件间的连线;对于复杂部件,电器元件数量多,接线较复杂的情况,一般是采用走线槽,只要在各电器元件上标出接线号,不必画出各元件间连线;
 
(5)接线图中应标出配线用的各种导线的型号、规格、截面积及颜色要求等;
 
(6)部件与外电路连接时,大截面导线进出线宜采用连接器连接,其它应经接线端于排连接。
 
 
 
5、电气控制及非标准零件图的设计
 
  电气控制装置通常都需要制作单独的电气控制柜、箱,其设计需要考虑以下几方面:
 
(1)根据操作需要及控制面板、箱、柜内各种电气部件的尺寸确定电气箱、柜的总体尺寸及结构型式,非特殊情况下,应使电气控制柜总体尺寸符合结构基本尺寸与系列;
 
(2)根据电气控制柜总体尺寸及结构型式、安装尺寸,设计箱内安装支架,并标出安装孔、安装螺栓及接地螺栓尺寸,同时注明配作方式。柜、箱的材料一般应选用柜、箱用专用型材;
 
(3)根据现场安装位置、操作、维修方便等要求,设计电气控制柜的开门方式及型式;
 
(4)为利于控制柜箱内电器的通风散热,在箱体适当部位设计通风孔或通风槽,必要时应在柜体上部设计强迫通风装置与通风孔;
 
(5)为便于电气控制柜的运输,应设计合适的起吊勾或在箱体底部设计活动轮。
 
  总之,根据以上要求,应先勾画出电气控制柜箱体的外形草图,估算出各部分尺寸,然后按比例画出外形图,再从对称、美观、使用方便等方面进一步考虑调整各尺寸比例。电气控制柜外表确定以后,再按上述要求进行控制柜各部分的结构设计,绘制箱体总装图及各面门、控制面板、底板、安装支架、装饰条等零件图,并注明加工要求,再视需要为电气控制柜选用适当的门锁。当然,电气柜的造形结构各异,在柜体设计中应注意吸取各种型式的优点。对非标准的电器安装零件,应根据机械零件设计要求,绘制其零件图,凡配合尺寸应注明公差要求,并说明加工要求。
 
 
  最后,还要根据各种图纸,对电气控制柜需要的各种零件及材料进行综合统计,按类别列出外购成品件的汇总清单表、标准件清单表、主要材料消耗定额表及辅助材料定额表等,以便采购人员、生产管理部门按设备制造需要备料,做好生产准备工作,也便于成本核算
 





电气控制柜布局 
1
确保电气控制柜中的所有设备接地良好,使用短和粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上。连接到变频器的任何控制设备(比如一台plc)要与其共地,同样也要使用短和粗的导线接地。最好采用扁平导体(例如金属网),因其在高频时阻抗较低。
 
 
2
电气控制柜低压单元,继电器,接触器使用熔断器加以保护;当变频器到电机的连线超过100m时,当变频器供电源容量大于600kw/a或供电电源容量大于变频器容量的10倍时,建议加进输入输出电抗器。 
 
 
 
3
确保电气控制柜中的接触器有灭弧功能,交流接触器采用r-c抑制器,直流接触器采用“飞轮”二极管,装入绕组中。采用压敏电阻抑制器也是很有效的。
 
 
 
4
如果设备运行在一个对噪声敏感的环境中,可以采用emc 滤波器减小辐射干扰。同时为了达到最优的效果,确保滤波器与安装板之间应有良好的接触。 
 
 
 
5
电机电缆应与其它控制电缆分开走线,其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与控制电缆长距离平行走线。如果控制电缆和电源电缆交叉,应尽可能使它们按90°角交叉。同时必须用合适的夹子将电机电缆和控制电缆的屏蔽层固定到安装板上。
 
 
 
6
为了有效的抑制电磁波的辐射和传导,变频器的电机电缆必须采用屏蔽电缆,屏蔽层的电导必须至少为每相导线芯的电导的1/10。 
 
 
 
7
电气控制柜应分别设置零线排组及保护地线排组(pe)。接地排组和pe 导电排必须接到横梁上 (铜排到铜排联接) 。它们必须在电缆压盖处正对的附近位置。接地排组额外还要通过另外的电缆与保护电路(接地电排)连接。屏蔽总线用于确保各个电缆的屏蔽连接可靠,它通过一个横梁实现大面积的金属到金属联接。
 
 
 
8
不能将装有显示器的操作面板安装在靠近电缆和带有线圈的设备旁边,例如电源电缆,接触器,继电器,螺线管阀,变压器等等,因为它们可以产生很强的磁场,影响仪器仪表的测量精度。
 
 
 
9
功率部件(变压器,驱动部件,负载功率电源等等)与控制部件 (继电器控制部分,可编程控制器) 必须要分开安装。但是并不适用于功率部件与控制部件设计为一体的产品,变频器和滤波器的金属外壳,都应该用低电阻与电柜连接,以减少高频瞬间电流的冲击。理想的情况是将模块安装到一个导电良好,黑色的金属板上,并将金属板安装到一个大的金属台面上。 
 
 
 
10
设计电气控制柜体时要注意emc的区域原则,把不同的设备规划在不同的区域中。每个区域对噪声的发射和抗干扰度有不同的要求。区域在空间上最好用金属壳或在柜体内用接地隔离板隔离。并且考虑发热量,电气控制柜的风道要设计合理,排风通畅,避免在柜内形成涡流,在固定的位置形成灰尘堆积。风扇一般安装在靠近出风口处,进风风扇安装在下部,出风风扇安装在柜体的上部。 
 
 
 
11
根据控制柜内设备的防护等级,需要考虑控制柜防尘以及防潮功能,一般使用的设备主要为:空调,风扇,热交换器,抗冷凝加热器。同时根据柜体的大小合适的选择不同功率的设备。关于风扇的选择,主要考虑柜内正常工作温度,柜外最高环境温度,求得一个温差,风扇的换气速率,估算出柜内空气容量。已知三个数据:温差,换气速率,空气容量后,求得柜内空气更换一次的时间,然后通过温差计算求得实际需要的换气速率。从而选择实际需要的风扇。因为一般夜间,温度下降,故会产生冷凝水,依附在柜内电路板上,所以需要选择相应的抗冷凝加热器以保持柜内温度。
 
 
 
12
变频器安装的基本要求 变频器最好安装在控制柜内的中部,变频器要垂直安装,正上方和正下方要避免可能阻挡排风、进风的大器件;变频器上、下部边缘距离,电气控制柜顶部、底部距离,或者隔板和必须安装的大器件的最小间距,都应该大于150mm;如果特殊用户在使用中需要取掉键盘,则变频器面板的键盘孔,一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换,防止粉尘大量进入变频器内部。
 

编程软件的选择

 

PLC作为控制系统中的核心,在当代自动化工程项目中起着至关重要的作用。如果PLC选择正确了,其他部件的选择才有意义。

随着自动化产业热潮不断升温,PLC市场被很多专业市场研究机构看好,我国也将迎来一个PLC市场高速增长的时期。市场上的PLC品牌琳琅满目,究竟都包含了哪些种类呢?

 
 
一、西门子系列
 
1、西门子S7-200系列PLC编程软件
 
STEP_7_MicroWIN_V4.0_incl_SP9
 
2、西门子S7-SMART_200系列PLC编程软件
 
STEP_7_MicroWIN_SMART
 
3、西门子S7-1200系列PLC编程软件
 
SIMATIC_STEP7_Basic_V10_5_SP2_Internet
 
4、西门子S7-307-307-307-307-307-300_400系列PLC编程软件
 
Step7_V5.4_CN
 
5、7-307-300_400系列PLC编程软件
 
Step7_V5.5_CN
 
6、西门子触摸屏组态软件
 
WinCC_flexible_2008_SP4
 
 
二、三菱系列
 
1、三菱PLC编程软件
 
GX_Works2
 
2、三菱PLC编程软件
 
GX_Developer_8.86
 
3、三菱触摸屏组态软件
 
GT_Designer_3

 
 
三、欧姆龙系列
 
1、欧姆龙PLC编程软件
 
CX-ONE_4.26 CX-Programmer V9.41
 
2、欧姆龙触摸屏组态软件
 
NBD_V123
 
3、欧姆龙触摸屏组态软件
 
NTST_V4.8C

 
 
四、松下系列
 
1、松下PLC编程软件
 
FPWIN_GR_V2.917
 
2、松下PLC编程软件
 
FPWIN_Pro_6.310
 
3、松下触摸屏组态软件
 
GTWIN_SPV298E
 
4、松下触摸屏组态软件
 
GH_Screen_Editor_V4.12
 
 
五、台达系列
 
1、台达PLC编程软件
 
Delta_WPLSoft_V2.34
 
2、台达DOP-B系列触摸屏组态软件
 
Delta_DOPSoft 1.01.04
 
3、台达网络型DOP系列触摸屏组态软件
 
Delta_DOP eRemote 2.00.06

 
 
六、罗克韦尔系列
 
1、罗克韦尔AB_PLC编程软件
 
RSLogix500_V8.1
 
2、罗克韦尔AB PLC编程软件
 
RSLogix5000_V19_CN

 
PLC使用的九大注意事项:
PLCZ自身故障判断
  一般来说,PLC是极其可靠的设备,出故障率很低。PLC的CPU等硬件损坏或软件运行出错的概率几乎为零;PLC输入点如不是强电入侵所致,几乎也不会损坏;PLC输出继电器的常开点,若不是外围负载短路或设计不合理,负载电流超出额定范围,触点的寿命也很长。
 
  因此,我们查找电气故障点,重点要放在PLC的外围电气元件上,不要总是怀疑PLC硬件或程序有问题,这对快速维修好故障设备、快速恢复生产是十分重要的,因此笔者所谈的PLC控制回路的电气故障检修,重点不在PLC本身,而是PLC所控制回路中的外围电气元件。
输入输出(I/O)模块的选取
  输出模块分为晶体管、双向可控硅、接点型。
 
  晶体管型的开关速度最快(一般0.2ms),但负载能力最小,约0.2~0.3A、24VDC,适用于快速开关、 信号联系的设备,一般与变频、直流装置等信号连接,应注意晶体管漏电流对负载的影响。
 
  可控硅型优点是无触点、具有交流负载特性,负载能力不大。
 
  继电器输出具有交直流负载特点,负载能力大。常规控制中一般首先选用继电器触点型输出,缺点是开关速度慢,一般在10ms左右,不适于高频开关应用。
接地问题
  PLC系统接地要求比较严格,最好有独立的专用接地系统,还要注意与PLC有关的其他设备也要可靠接地。多个电路接地点连接在一起时,会产生意想不到的电流,导致逻辑错误或损坏电路。
 
而产生不同的接地电势的原因,通常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远, 当相距很远的设备被通信电缆或传感器连接在一起的时候,电缆线和地之间的电流就会流经整个电路,即使在很短的距离内,大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化,或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。
 
在不正确的接地点的电源之间,电路中有可能产生毁灭性的电流, 以至于破坏设备。
 
  PLC系统一般选用一点接地方式。为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可以采用屏蔽浮地技术,即信号电缆的屏蔽层一点接地,信号回路浮空,与大地绝缘电阻应不小于50MΩ。
消除线间电容避免误动作
  电缆的各导线间都存在电容,合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。即使是合格的电缆,当电缆长度超过一定长度时,各线间的电容容值也会超过所要求的值,当把此电缆用于PLC输入时,线间电容就有可能引起PLC的误动作,会出现许多无法理解的现象。
 
这些现象主要表现为:明接线正确,但PLC却没有输入;PLC应该有的输入没有,而不应该有的却有,即PLC输入互相干扰。为解决这一问题,应当做到:
 
1.使用电缆芯绞合在一起的电缆;
 
2.尽量缩短使用电缆的长度;
 
3.把互相干扰的输入分开使用电缆;
 
4.使用屏蔽电缆。
抗干扰处理
  工业现场的环境比较恶劣,存在着许多高低频干扰。这些干扰一般是通过与现场设备相连的电缆引入PLC的。除了接地措施外,在电缆的设计选择和敷设施工中,应注意采取一些抗干扰措施:
1.模拟量信号属于小信号,极易受到外界干扰的影响,应选用双层屏蔽电缆;高速脉冲信号(如脉冲传感器、计数码盘等)应选用屏蔽电缆,既防止外来的干扰,也防止高速脉冲信号对低电平信号的干扰;
 
2.PLC之间的通信电缆频率较高,一般应选用厂家提供的电缆,在要求不高的情况下,可以选用带屏蔽的双绞线电缆;
 
3.模拟信号线、直流信号线不能与交流信号线在同一线槽内走线;
 
4.控制柜内引入引出的屏蔽电缆必须接地,应不经过接线端子直接与设备相连;
 
5.交流信号、直流信号和模拟信号不能共用一根电缆,动力电缆应与信号电缆分开敷设;
 
6.在现场维护时,解决干扰的方法有:对受干扰的线路采用屏蔽线缆,重新敷设;在程序中加入抗干扰滤波代码。
标记输入输出,方便检修
  PLC控制着一个复杂系统,所能看到的是上下两排错开的输入输出继电器接线端子、对应的指示灯及PLC编号,就像一块有数十只脚的集成电路。任何一个人如果不看原理图来检修故障设备,会束手无策,查找故障的速度会特别慢。
 
鉴于这种情况,我们根据电气原理图绘制一张表格,贴在设备的控制台或控制柜上,标明每个PLC输入输出端子编号与之相对应的电器符号,中文名称,即类似集成电路各管脚的功能说明。
 
  有了这张输入输出表格,对于了解操作过程或熟悉本设备梯形图的电工就可以展开检修了。但对于那些对操作过程不熟悉,不会看梯形图的电工来说,就需要再绘制一张表格:PLC输入输出逻辑功能表。该表实际说明了大部分操作过程中输入回路(触发元件、关联元件)和输出回路(执行元件)的逻辑对应关系。
 
实践证明如果你能熟练利用输入输出对应表及输入输出逻辑功能表,检修电气故障,不带图纸,也能轻松自如。
通过程序逻辑推断故障
  现在工业上经常使用的PLC种类繁多,对于低端的PLC而言,梯形图指令大同小异,对于中高端机,如S7-300,许多程序是用语言表编的。实用的梯形图必须有中文符号注解,否则阅读很困难,看梯形图前如能大概了解设备工艺或操作过程,看起来比较容易。
 
  若进行电气故障分析,一般是应用反查法或称反推法,即根据输入输出对应表,从故障点找到对应PLC的输出继电器,开始反查满足其动作的逻辑关系。经验表明,查到一处问题,故障基本可以排除,因为设备同时发生两起及两起以上的故障点是不多的。
充分合理利用软、硬件资源
 
1.不参与控制循环或在循环前已经投入的指令可不接入PLC;多重指令控制一个任务时,可先在PLC外部将它们并联后再接入一个输入点;
 
2.尽量利用PLC内部功能软元件,充分调用中间状态,使程序具有完整连贯性,易于开发。同时也减少硬件投入,降低了成本;
 
3.条件允许的情况下最好独立每一路输出,便于控制和检查,也保护其它输出回路;当一个输出点出现故障时只会导致相应输出回路失控;
 
4.输出若为正/反向控制的负载,不仅要从PLC内部程序上联锁,并且要在PLC外部采取措施,防止负载在两方向动作;
 
5.PLC紧急停止应使用外部开关切断,以确保安全。
其他注意事项
 
1.不要将交流电源线接到输入端子上, 以免烧坏PLC;接地端子应独立接地,不与其它设备接地端串联,接地线截面积不小于2mm2;
 
2.辅助电源功率较小,只能带动小功率的设备(光电传感器等);
 
3.一些PLC有一定数量的占有点数(即空地址接线端子),不要将线接上;
 
4.当PLC输出电路中没有保护时,应在外部电路中串联使用熔断器等保护装置,防止负载短路造成损坏。