PLC设备如何选型

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

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。