PLC设备如何选型

出处:网络整理 发布于:2025-09-05 17:15:14

选型流程与考量因素

步:明确控制需求分析(重要的步)

  1. I/O点数 (数字量/模拟量)

    • 数字量I/O (DI/DO): 统计所有开关、按钮、传感器(接近开关、光电开关等)、继电器接触器、指示灯等的数量。并预留10%-20%的余量以备后期修改和扩展。

    • 模拟量I/O (AI/AO): 统计所有需要连续测量的信号(如温度、压力、流量传感器,通常是4-20mA或0-10V)和所有需要连续输出的信号(如控制变频器速度、比例阀开度等)的数量。同样需要预留余量。

    • 特殊模块: 是否需要其他特殊功能模块?如:

      • 高速计数器 (HSC): 用于编码器脉冲计数、频率测量。

      • 脉冲输出 (PTO/PWM): 用于控制步进电机或伺服电机。

      • 温度测量: 直接连接热电偶 (TC) 或热电阻 (RTD) 的模块。

      • 通信模块: 支持PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP, CANopen等总线协议的模块。

  2. 程序容量与扫描速度

    • 内存容量: 根据控制逻辑的复杂程度估算所需程序内存和数据存储内存的大小。逻辑越复杂,数据处理越多(如配方、历史记录),需要的内存越大。

    • 扫描速度: 对于高速控制应用(如飞剪、精准包装),需要极快的程序扫描周期(如<1ms)。对于一般逻辑控制,普通速度即可。

  3. 编程软件与语言

    • 软件成本与熟悉度: 不同品牌的PLC使用不同的编程软件(如西门子的TIA Portal,施耐德的EcoStruxure,罗克韦尔的Studio 5000)。需要考虑软件的价格、授权方式以及您的技术团队对它的熟悉程度。

    • 编程语言支持: 检查PLC是否支持您需要的编程语言,常用的是梯形图 (LD) 和结构化文本 (ST),有时也需要功能块图 (FBD) 或顺序功能图 (SFC)。

第二步:确定硬件配置

  1. PLC类型选择

    • 微型PLC ( Nano PLC): 点数少(<100点),功能简单,成本低,适用于小型设备(如包装机、小型 conveyor)。代表:西门子 S7-1200,施耐德 Modicon M100/M200,欧姆龙 CP系列。

    • 中小型模块化PLC: 灵活性的选择。通过基板和模块扩展,I/O点数可从几十点到几百点。是大多数自动化项目的。代表:西门子 S7-1500/ S7-300(逐渐淘汰),施耐德 Modicon M340,罗克韦尔 CompactLogix。

    • 大型PLC: 用于复杂过程控制、大型SCADA系统,点数可达数千点。支持冗余(电源、CPU、网络)、多任务处理和各种通信。代表:西门子 S7-400/ S7-1500R/H,罗克韦尔 ControlLogix,施耐德 Modicon Quantum。

  2. 电源计算

    • 计算所有PLC模块、以及由PLC数字输出点直接驱动的现场设备(如传感器、继电器线圈)的总耗电量。

    • 确保选择的电源模块能够提供足够的功率,并留有30%左右的裕量。

  3. 安装环境

    • 防护等级 (IP Rating): 现场环境是否有粉尘、油污、潮湿?是否需要IP20以上的防护等级?

    • 温度与湿度: PLC的工作温度范围是否符合现场环境?宽温型产品适用于更苛刻的环境。

    • 振动: 如果安装在大型设备(如压机、注塑机)旁边,需要考虑抗振动性能。

第三步:通信与网络连接

  • 现场总线接口: PLC是否需要集成式的PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP/IP等以太网接口?这是现代PLC的标准配置。

  • 传统串口: 是否需要RS-232/RS-485接口来连接旧的设备(如变频器、仪表)?Modbus RTU协议非常普遍。

  • 远程I/O: 设备是否分布很广?是否需要通过远程I/O站或分布式I/O(如西门子的ET200SP系列)来节省布线成本?这通常需要相应的网络协议支持。

  • 上位机与云连接: 是否需要与HMI(人机界面)、SCADA(数据采集与监视控制系统)、MES(制造执行系统)或云平台进行数据交换?

第四步:品牌、成本与服务

  1. 品牌生态与可靠性

    • 主流品牌: 西门子(Siemens)、罗克韦尔(Rockwell/AB)、施耐德(Schneider)、三菱(Mitsubishi)、欧姆龙(Omron)等。它们可靠性高,生态完整(拥有丰富的HMI、变频器、伺服产品线),但价格较高。

    • 国产品牌: 台达(Delta)、信捷、汇川、和利时等。性价比极高,功能日益强大,在中小型项目中非常有竞争力,服务和响应速度快。

  2. 总拥有成本 (TCO)

    • 不仅要考虑PLC硬件本身的初始采购成本,还要考虑:

      • 软件授权费用

      • 培训成本

      • 后期维护和备件成本

      • 技术支持的可获得性

  3. 技术服务与支持

    • 该品牌在您所在区域是否有强大的技术支持团队?

    • 资料文档、技术样例是否丰富?

    • 遇到问题时,能否快速得到解决?


选型 checklist 总结表

考量维度关键问题
控制需求1. 需要多少数字量输入/输出点?
2. 需要多少模拟量输入/输出点?
3. 是否需要高速计数、脉冲输出、温度直接测量等特殊功能?
4. 程序有多复杂?对扫描速度要求高吗?
硬件配置1. 选择微型、中小型还是大型模块化PLC?
2. 电源功率是否足够并有裕量?
3. 环境条件(温度、湿度、防护、振动)如何?
通信网络1. 需要哪些网络协议?(PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP/RTU)
2. 是否需要连接远程I/O?
3. 需要与哪些上位系统(HMI, SCADA, MES)通信?
软件与开发1. 团队熟悉哪种编程软件和语言?
2. 软件授权的成本和方式如何?
成本与服务1. 预算是多少?(考虑TCO)
2. 更倾向国际品牌还是国产品牌?
3. 本地技术支持是否到位?

一个简单的选型举例

项目: 一套自动化物料输送线

  • I/O点数: DI x 40, DO x 24, AI (4-20mA) x 4, 编码器高速计数 x 2。

  • 通信: 需要连接2台HMI触摸屏(以太网)、5台变频器(Modbus RTU)、并接入工厂MES系统。

  • 环境: 工业车间,有一定粉尘和振动。

选型思路:

  1. 类型: 选择中小型模块化PLC(如西门子S7-1500系列或施耐德M340系列),因为点数适中且需要灵活扩展通信。

  2. CPU: 选择一款自带以太网口和至少一个RS485串口的中端CPU。

  3. 模块:

    • 一块32点DI模块 + 一块16点DI模块。

    • 一块32点DO模块。

    • 一块4通道AI模拟量输入模块。

    • 一块高速计数器模块(或选择本身集成高速计数功能的CPU)。

  4. 电源: 根据所有模块的耗电量,选择一款额定功率留有30%裕量的电源模块。

  5. 软件: 使用品牌对应的集成开发软件(如TIA Portal)进行编程。

关键词:PLC

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