如何选择工业自动化控制器

在为机器和过程自动化选择控制器时，有许多重要的事项需要考虑。分解设备的操作需求是一个起点，将有助于评估oem或机器制造商指定的控制器范围。根据设备如何适应更大的制造环境，自动化系统可以提供一个完整的解决方案或仅仅控制单个部件。

指定的控制器，如可编程逻辑控制器(PLC)或可编程自动化控制器(PAC)，可以控制单个工位、机器、过程单元、整条装配线或整个工厂。如果一个集成制造系统正在实现自动化，使用多个扩展和通过以太网通信的远程输入/输出(I/O)基的单个大控制器可以提供端到端控制。然而，另一个应用程序可能需要通过将系统分成多个逻辑部分来划分自动化。在这种情况下，根据需求和功能，自动化可能会在较小的plc甚至微型plc中被分割开来(参见图1)。

大多数自动化工程师会认为这是一个不可逆转的决定，因为这两种选择意味着完全不同的平台，但事实并非如此。一些控制器家族提供几种不同尺寸的选择，每个选择都使用相同的编程软件(见图2)。单一的编程环境提供了应用程序的灵活性，同时节省了时间和金钱，因为程序可以很容易地转换或从一个PLC移动到另一个PLC，以实现项目之间的兼容性。

难点在于决定是在大型PLC上运行单个程序，还是将同一项目部署在多个较小的PLC上，每个PLC只执行运行特定子系统所需的程序部分。

这比选择PLC、PAC或基于pc的控制器要复杂得多——讨论的内容包括大小、功能和功能。为了帮助决定在应用程序中使用哪个控制器最好，请考虑以下因素:

• 自动化新的或现有的系统
• 环境问题
• 离散设备
• 模拟设备
• 循环控制
• 特殊模块或功能
• I/O位置(本地和远程)
• 沟通
• 编程。

这个系统是新的还是现有的，往往决定了许多选择的关键因素。如果已经安装了产品，那么最好让新系统与它们兼容。一些控制器产品，即使来自同一制造商，也不兼容其他产品。

如果存在极端的环境条件，环境温度限制可能是一个大问题。一个典型的控制器的工作温度范围为30°F到130°F，但工厂地面的实际条件或工厂的具体规定可能要求产品设计为更严格的标准。

I/O的数量、类型和位置

使用一些系统级项目，定义I / O计数和现场设备类型在列表中。良好的做法是在电子表格上列出所有离散输入和输出 - 并定义每种类型，例如模拟传感器，数字传感器，电磁阀，执行器，控制阀等。包括信号类型，电源要求，通信协议和其他注意事项。

I/O点的数量和定义的类型对选择的控制平台有很大的影响。一个常见的错误是选择能够处理当前需求但没有未来扩展空间的控制器。包括容纳额外20% I/O的空间可以避免未来的重大困难。同时要注意，有些控制器限制某些类型的I/O，特别是模拟和特殊I/O，如高速输入或输出。这些限制可能也是有问题的。

I/O电子表格还应该列出所需的所有模拟设备的功能和信号电平。这包括电压回路、电流回路、热电偶和电阻温度检测器(RTD)输入的单个合计，以及电压和电流输出的合计。必须检查控制器规格，以确保支持模拟输入和输出的总数，以及信号电平。

专业I / O或智能模块，也必须在I / O电子表格中分解并列出。专业项目包括实时时钟，高速计数器，高速输出，定位，伺服/步进电机等。

控制器可能不支持应用程序所需的特殊功能。不要假设每个控制器都可以告诉时间或具有高级甚至简单的运动控制功能。了解应用程序要求和控制器功能是必须确保现在和可预见的未来所需的所有功能可用。

I/O终端相对于现场设备的物理位置也应该仔细定义并添加到电子表格中。这种模块分解将帮助布局本地和远程I/O需求，并帮助确定可能需要的实时通信协议。有些安装将内容保存在本地，而另一些则严重依赖远程I/O，或两者的结合。

如果控制器和子系统之间有很长的距离，那么远程I/O是一个很好的选择，而不是到单个字段设备的长途线路运行。支持的通信方法和速度必须满足应用程序的要求。串行和基于以太网的I/O只是其中的一些选项。工业以太网协议(如Ethernet /IP)以及各种Modbus和其他协议都很流行。

是时候交流了

除了分布式I/O之外，可能还需要多个plc、外围设备和企业级系统之间的通信。这些通信需求的程度必须在过程的早期就确定，无论它们现在是什么，它们只会变得更加复杂。一些控制器可能只有一个或两个通信端口，其中一个可能只用于编程。控制器也可能不支持最流行的协议，或关键应用程序所需的特定协议。

需要定义通过工业以太网或串行通信与其他系统、人机接口(HMIs)和现场设备的通信。随着物联网应用的快速发展，更多的通信端口和通信选择总是更好的。确保有一个或两个额外的以太网端口、一个串行端口、一个USB端口和其他可配置的选项(参见图3)。

指定需要哪些以太网协议 - 例如以太网/ IP，Modbus TCP等以及串行和ASCII协议 - 是串行和ASCII协议。这将有助于选择能够支持当前和未来要求的控制器。

硬件需求

需要考虑的一些硬件要求包括内存数量、扫描速度和电池备份。控制器将需要足够的系统内存来支持数据和程序需求。

确定系统需要支持多少设备有助于估算所需的数据内存。数据存储器用于变量存储和动态数据操作。预设设置、累计时间/计数和计时器和计数器中的其他内部标志都是数据内存用户的例子。

在控制器中存储历史数据的需要可以呼叫更大的数据表大小。仔细的数据记录要求细节，要指定要访问数据的访问方法，以及对HMI /监控和数据采集（SCADA）和历史记录数据库的接口。网络，协议和内存需求都是与工业物联网（IIOT）连接的所有导入要求。

程序大小和使用的指令类型也会影响程序内存需求。具有许多序列，复杂控制功能和故障逻辑的较大节目可能会增加内存需求。基于程序梯级的数量和数据文件估计控制器内存需求，但有些控制器具有基于标签名称的编程，而其他控制器则具有固定的但可扩展的不同类型的数据表。某些控制器还在控制器程序存储器中存储文档。

不同的程序指令有不同的内存需求，通常在编程手册中说明。程序和数据表使用的内存大小在不同的控制器之间差别很大。一个有用的经验法则建议每个离散I/O设备的内存为5到100个单词，模拟I/O的内存为25到500个单词，但复杂的应用程序很难估计。更好的方法是为应用程序的一部分开发一些初步代码，并检查实际的内存使用情况。

机器上的快速循环时间需要他们可以从控制器获得的所有帮助。通常，快速控制器扫描时间是要求。控制器CPU速度和指令执行速度都是控制器的因素，因为控制器可能具有更快的布尔逻辑，但在执行数据处理指令时较慢。

软件需求

虽然软件平台和编程方法往往是个人选择的问题，但功能要求不是。在选择过程中，必须考虑比例 - 积分衍生物（PID）循环（PID）环，浮点数学，鼓测序，程序中断和子程序。

有些控制器不支持特定应用程序所需的所有程序指令。一个例子是PID循环函数。如果可用的话，使用内置的PID指令要比编写自定义代码来支持闭环过程控制需求容易得多。所需的PID循环数量经常被低估，因此应用程序和控制器支持都应该被检查。仔细查看所需的所有编程函数。

鼓，序列仪和实时时钟是其他编程需求，也可能需要成功的控制系统和应用。许多其他因素可以进入讨论，但对此处呈现的积分进行彻底分析将是为应用程序选择右控制器的良好开端。

杰夫·佩恩自动化控制组产品经理在吗AutomationDirect．在19年前在技术电话支持​​团队开始，他在从自动化程度开始之前管理，设计，编程，安装，维护和修复了各种高度自动化的设备。他在工业自动化世界各地和世界各地工作近30年。

本文出现在应用自动化补充控制工程和工厂工程．

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