Antes de seleccionar un PLC, es importante determinar el diseño del sistema. Una vez que haya determinado el diseño del sistema, podrá elegir el fabricante y modelo que mejor se adapte a sus necesidades.
Este artículo proporciona información detallada sobre fabricantes, modelos, recuentos de puntos de entrada/salida (E/S), funciones de control y más para ayudarle a seleccionar el PLC que mejor se adapte a sus necesidades.
1. Fabricantes de PLC
Al seleccionar un fabricante para su PLC, es importante considerar factores como los requisitos del usuario del equipo, la familiaridad del diseñador con los PLC y los hábitos de diseño de los diferentes fabricantes, la coherencia de los productos compatibles y los servicios técnicos.
Desde el punto de vista de la fiabilidad del propio PLC, en principio, no debería haber problemas con la fiabilidad de los productos de grandes empresas extranjeras. En términos generales, para controlar equipos independientes o sistemas de control más simples, los productos PLC japoneses tienen ciertas ventajas de costos.
Para sistemas de control distribuido a gran escala con altos requisitos de comunicación y apertura de red, los PLC europeos y americanos tienen ventajas en la funcionalidad de comunicación de red.
Además, para algunas industrias especiales (como la metalurgia y el tabaco), se deben seleccionar sistemas PLC con un rendimiento operativo maduro y confiable en el campo industrial relevante.
2. Recuento de puntos de entrada/salida (E/S)
El recuento de puntos de E/S de un PLC es uno de sus parámetros básicos. La determinación del recuento de puntos de E/S debe basarse en el número total de puntos de E/S necesarios para el equipo de control.
En general, los PLC deben tener márgenes adecuados para los puntos de E/S. Normalmente, después de agregar entre un 10 % y un 20 % de márgenes ampliables según las estadísticas calculadas de los puntos de entrada/salida, estos datos se pueden utilizar como un recuento estimado de los puntos de entrada/salida.
Al realizar pedidos reales, el recuento de puntos de entrada/salida debe ajustarse en función de las características específicas del producto PLC del fabricante.
3. Capacidad de almacenamiento
La capacidad de almacenamiento se refiere al tamaño de la unidad de almacenamiento de hardware que el controlador lógico programable puede proporcionar, mientras que la capacidad del programa se refiere al tamaño de la unidad de almacenamiento utilizada por el proyecto de aplicación del usuario en la memoria.
Por lo tanto, la capacidad del programa es menor que la capacidad de almacenamiento. Durante la fase de diseño, debido a que el programa de aplicación del usuario aún no se ha compilado, se desconoce la capacidad del programa y solo se puede determinar después de depurarlo.
Para estimar la capacidad del programa durante el proceso de selección de proyectos, la capacidad de almacenamiento estimada generalmente se utiliza como proxy. No existe una fórmula fija para estimar la capacidad de memoria del PLC y muchas fuentes bibliográficas proporcionan fórmulas diferentes.
Generalmente, el número total de palabras en la memoria se estima entre 10 y 15 veces el recuento de puntos de E/S digitales más 100 veces el recuento de puntos de E/S analógicas (cada palabra tiene 16 bits), y también se debe dejar un margen adicional del 25%. ser considerado.
4. Función de control
Esta selección incluye la elección de capacidades operativas, de control, de comunicación, de programación, de diagnóstico y de velocidad de procesamiento.
1. Función operativa
Las funciones operativas de un PLC simple incluyen operaciones lógicas, funciones de temporización y conteo. Las funciones operativas de un PLC normal también incluyen cambio de datos, comparación y otras funciones operativas.
Las funciones operativas más complejas incluyen operaciones algebraicas, transferencia de datos, etc. Los PLC grandes también tienen funciones operativas avanzadas, como la operación PID para señales analógicas.
Con el surgimiento de los sistemas abiertos, la mayoría de los PLC ahora tienen funciones de comunicación, algunos productos tienen comunicación con máquinas de nivel inferior, algunos tienen comunicación con computadoras pares o superiores y algunos incluso tienen funciones de comunicación de datos con fábricas o redes empresariales.
Al seleccionar un PLC en función de los requisitos reales, es importante seleccionar razonablemente las funciones operativas requeridas.
En la mayoría de los escenarios de aplicaciones, solo se requieren operaciones lógicas y funciones de temporización/conteo.
Algunas aplicaciones requieren transferencia y comparación de datos, y las operaciones algebraicas, la conversión numérica y las operaciones PID solo se utilizan para la detección y el control de señales analógicas. Algunas aplicaciones también requieren operaciones de decodificación y codificación para mostrar datos.
2. Función de control
Las funciones de control incluyen operaciones de control PID, operaciones de control de compensación anticipada, operaciones de control de relación, etc., que deben determinarse en función de los requisitos de control. Dado que el PLC se utiliza principalmente para el control lógico secuencial, los controladores de bucle único o de bucle múltiple se utilizan a menudo para resolver el control analógico en la mayoría de los escenarios.
A veces se utilizan unidades de entrada/salida inteligentes dedicadas para completar las funciones de control necesarias, mejorando la velocidad de procesamiento del PLC y ahorrando capacidad de almacenamiento. Por ejemplo, utilizando unidades de control PID, contadores de alta velocidad, unidades analógicas con compensación de velocidad, unidades de conversión ASCII, etc.
3. Función de comunicación
Los sistemas PLC de tamaño mediano a grande deben admitir múltiples buses de campo y protocolos de comunicación estándar (como TCP/IP) y deben poder conectarse a redes de administración de fábrica (TCP/IP) cuando sea necesario.
El protocolo de comunicación debe cumplir con los estándares de comunicación ISO/IEEE y debe ser una red de comunicación abierta.
La interfaz de comunicación del sistema PLC debe incluir interfaces de comunicación serie y paralela (RS2232C/422A/423/485), puertos de comunicación RIO, Ethernet industrial, interfaces DCS de uso común, etc.
El bus de comunicación de los PLC medianos y grandes (incluidos los dispositivos de interfaz y los cables) debe considerar una configuración redundante y el bus de comunicación debe cumplir con los estándares internacionales. La distancia de comunicación debe cumplir con los requisitos reales del dispositivo.
En la red de comunicación del sistema PLC, la velocidad de comunicación de la red de nivel superior debe ser superior a 1 Mbps y la carga de comunicación no debe exceder el 60%.
La red de comunicación del sistema PLC tiene varias formas:
- El PC es la estación principal y varios PLC del mismo modelo son las subestaciones, formando una simple red de PLC;
- Un PLC es la estación principal y los demás PLC del mismo modelo son subestaciones, formando una red de PLC maestro-esclavo;
- La red PLC está conectada a un DCS de gran escala a través de una interfaz de red específica como una subred del DCS;
- Una red PLC dedicada (red de comunicación PLC dedicada de varios fabricantes).
Para reducir la tarea de comunicación de la CPU, se deben seleccionar diferentes procesadores de comunicación con diferentes funciones de comunicación (como punto a punto, bus de campo, Ethernet industrial) en función de las necesidades reales de la composición de la red.
4. Función de programación
Programación sin conexión:
El PLC y el programador comparten una CPU. En modo de programación, la CPU solo sirve al programador y no controla el dispositivo de campo. Una vez completada la programación, el programador cambia al modo de ejecución y la CPU controla el dispositivo de campo pero no puede realizar la programación.
La programación fuera de línea reduce los costos del sistema, pero es inconveniente de usar y depurar.
Programación en línea:
La CPU y el programador tienen sus propias CPU. La CPU principal es responsable del control de campo e intercambia datos con el programador en un ciclo de escaneo. El programador envía el programa o los datos programados en línea al host, y el host se ejecuta de acuerdo con el nuevo programa recibido en el siguiente ciclo de escaneo.
Este método tiene un costo mayor, pero la depuración y operación del sistema es conveniente y se usa comúnmente en PLC medianos y grandes.
Cinco lenguajes de programación estandarizados:
Gráfico de funciones secuenciales (SFC), diagrama de escalera (LD), diagrama de bloques de funciones (FBD), tres lenguajes gráficos y lista de instrucciones (IL) y texto estructurado (ST), dos lenguajes de texto.
El lenguaje de programación seleccionado debe cumplir con su estándar (IEC6113123) y admitir múltiples formas de programación en lenguajes, como C, Basic, Pascal, etc., para cumplir con los requisitos de control de escenarios de control especiales.
5. Función de diagnóstico
La función de diagnóstico del PLC incluye diagnósticos de hardware y software. Los diagnósticos de hardware determinan la ubicación de las fallas de hardware mediante juicios lógicos de hardware, mientras que los diagnósticos de software incluyen diagnósticos internos y externos.
El diagnóstico interno del rendimiento y las funciones del PLC a través del software es un diagnóstico interno, mientras que el diagnóstico de la CPU y la función de intercambio de información de los componentes externos de entrada/salida a través del software es un diagnóstico externo.
La solidez de la función de diagnóstico del PLC afecta directamente las capacidades técnicas requeridas de los operadores y el personal de mantenimiento y afecta el tiempo medio de reparación.
6. Velocidad de procesamiento
El PLC trabaja en modo escaneo. Desde la perspectiva de los requisitos en tiempo real, la velocidad de procesamiento debe ser lo más rápida posible. Si la duración de la señal es más corta que el tiempo de exploración, el PLC no podrá escanear la señal, lo que provocará la pérdida de datos de la señal.
La velocidad de procesamiento está relacionada con la duración del programa de usuario, la velocidad de procesamiento de la CPU, la calidad del software, etc.
En la actualidad, el tiempo de respuesta y la velocidad de los contactos del PLC son rápidos y el tiempo de ejecución de cada instrucción binaria es de aproximadamente 0,2 ~ 0,4 μs, lo que puede satisfacer rápidamente los requisitos de aplicaciones de alto control y respuesta.
El ciclo de exploración (ciclo de exploración del procesador) debe cumplir los siguientes criterios: el tiempo de exploración del PLC pequeño no debe exceder los 0,5 ms/K y el tiempo de exploración del PLC de mediana a gran escala no debe exceder los 0,2 ms/K.
7. Modelos de PLC
Los PLC se pueden clasificar en dos tipos: integrales y modulares, en función de su estructura.
Los PLC integrales tienen una cantidad relativamente fija y pequeña de puntos de E/S, lo que limita las opciones del usuario y generalmente se usa en sistemas de control pequeños. Ejemplos de este tipo incluyen la serie Siemens S7-200, la serie Mitsubishi FX y la serie Omron CPM1A.
Los PLC modulares proporcionan múltiples módulos de E/S que se pueden conectar a la placa base del PLC, lo que permite a los usuarios seleccionar y configurar la cantidad de puntos de E/S según sus necesidades.
Esto hace que las configuraciones de PLC modulares sean más flexibles y se usa comúnmente en sistemas de control medianos y grandes. Ejemplos de este tipo incluyen las series Siemens S7-300 y S7-400, la serie Mitsubishi Q y la serie Omron CVM1.
8. Seleccionar varios módulos
1. Módulo de E/S digitales
La selección de módulos de entradas/salidas digitales debe considerar los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, para los módulos de entrada, las consideraciones deben incluir niveles de señal de entrada, distancias de transmisión, etc.
También hay muchos tipos de módulos de salida, como salida de contacto de relé, salida de tiristor bidireccional AC120V/23V, tipo de accionamiento de transistor DC24V, tipo de accionamiento de transistor DC48V, etc.
Normalmente, los módulos de salida de relé tienen las ventajas de un bajo costo y un amplio rango de voltaje. Sin embargo, tienen una vida útil más corta, tiempos de respuesta más largos y requieren circuitos de absorción de sobretensiones cuando se usan con cargas inductivas.
Los módulos de salida de tiristores bidireccionales tienen un tiempo de respuesta más rápido y son adecuados para conmutaciones frecuentes y ocasiones de carga de bajo factor de potencia, pero son más caros y tienen una menor capacidad de sobrecarga.
Además, los módulos de entrada/salida se pueden dividir en especificaciones como 8 puntos, 16 puntos, 32 puntos, etc. según el número de entradas/salidas, y deben equiparse razonablemente según las necesidades reales.
2. Módulo de E/S analógicas
Los módulos de entrada analógica se pueden dividir en tipo de entrada de corriente, tipo de entrada de voltaje, tipo de entrada de termopar, etc. según el tipo de señal de entrada analógica.
El nivel de señal de un módulo de entrada de corriente es generalmente de 4~20 mA o 0~20 mA, mientras que el de un módulo de entrada de voltaje es generalmente de 0~10V, -5V~+5V, etc. señales de entrada actuales.
Los módulos de salida analógica también tienen un tipo de salida de voltaje y un tipo de salida de corriente. El rango de señal de salida de corriente es generalmente de 0~20 mA, 4~20 mA, mientras que el de las señales de salida de voltaje es generalmente de 0~0 V, -10 V~+10 V, etc.
Los módulos de entrada/salida analógica se pueden dividir en especificaciones como 2 canales, 4 canales, 8 canales, etc. según sus números de canal de entrada/salida.
3. Módulos de funciones
Los módulos de función incluyen módulos de comunicación, módulos de posicionamiento, módulos de salida de pulsos, módulos de conteo de alta velocidad, módulos de control PID, módulos de control de temperatura, etc.
Al elegir un PLC, se debe considerar la posibilidad de combinar módulos funcionales, lo que involucra aspectos de hardware y software.
8. Reglas generales
Una vez determinados aproximadamente el modelo y las especificaciones del PLC, las especificaciones y parámetros básicos de cada componente del PLC se pueden determinar uno por uno de acuerdo con los requisitos de control, y se pueden seleccionar los modelos de cada módulo de componente.
Al seleccionar modelos de módulos, se deben seguir los siguientes principios:
1. Economía
A la hora de seleccionar un PLC se debe tener en cuenta la relación rendimiento-precio. Al considerar la economía, factores como la escalabilidad de la aplicación, la operatividad, la relación entrada-salida, etc. deben compararse y equilibrarse para elegir un producto satisfactorio.
El número de puntos de entrada/salida tiene un impacto directo en el precio. Aumentar el número de tarjetas de entrada/salida requiere costes adicionales. Cuando el número de puntos aumenta hasta un cierto valor, aumenta la capacidad de la memoria, rack, placa base, etc. correspondiente también debe incrementarse.
Por lo tanto, aumentar la cantidad de puntos afecta la selección de la CPU, la capacidad de la memoria y el alcance de la función de control. Debe considerarse completamente en la estimación y selección para que todo el sistema de control tenga una relación rendimiento-precio más razonable.
2. Comodidad
Generalmente, existen muchos tipos de módulos que pueden cumplir con los requisitos de control de un PLC. Al seleccionar, se debe seguir el principio de simplificar el diseño del circuito, la conveniencia de uso y minimizar los componentes de control externos.
Por ejemplo, para los módulos de entrada, se debe priorizar la forma de entrada que se puede conectar directamente a elementos sensores externos para evitar el uso de circuitos de interfaz.
Para los módulos de salida, se deben priorizar los módulos de salida que pueden controlar cargas directamente y se deben minimizar los relés intermedios y otros componentes.
3. Generalidad
Al seleccionar, se debe considerar la uniformidad y generalidad de cada módulo componente del PLC para evitar demasiados tipos de módulos.
Esto no solo favorece la adquisición al reducir las piezas de repuesto, sino que también puede aumentar la intercambiabilidad de varios componentes del sistema, brindando comodidad para el diseño, la puesta en servicio y el mantenimiento.
4. Compatibilidad
Al seleccionar cada módulo componente del sistema PLC, se debe considerar completamente la compatibilidad para evitar problemas de compatibilidad deficiente.
Los fabricantes de producción de los componentes principales del sistema PLC no deberían ser muchos. Si es posible, se deben seleccionar productos del mismo fabricante.
