可编程序控制器PLC的性能指标

2023-9-13 08:53| 编辑:电工电气学习网| 查看: 411| 评论: 0

各厂家的 PLC 产品或同一厂家不同系列的 PLC 产品，在性能指标上都有较大的差异，如欧姆龙公司的 C200Hα系列、

欧姆龙CQM1H 系列、CP1 系列和 CJ1 系列的 CPU 单元之间存在较大的差异，其中，CP1H 的 CPU 单元具有中断功能、快速响应功能、内置模拟量输入/输出功能、串行通信功能、高速计数功能（100kHz）、速度控制功能、定位控制功能，以及占空比可变的脉冲，即脉冲宽度调制（PWM）等功能，使用该CPU 单元并配以适当的外部设备就可以构成定位控制系统。因此，深入了解PLC产品的性能指标是系统设计和系统组态工作中的重要环节。

1.输入/输出（I/O）点数

早期的 PLC 用于顺序控制和逻辑控制，其控制规模用开关量输入/输出（I/O）点数来表示。通常所说的 I/O 点数是指开关量输入点数和开关量输出点数之和，对于整体式 PLC，开关量输入点数通常是总点数的 60%，开关量输出点数是总点数的 40%，例如 40 点的 PLC，输入点数是 24 点，输出点数 16 点。

为了将 PLC 用于运动控制和过程控制，各厂家陆续推出了各种特殊 I/O 单元，如模拟量输入/输出单元、温度传感器用模拟量输入单元、温度调节单元、高速脉冲计数单元、高速脉冲输出单元、凸轮控制单元、定位控制单元、运动控制单元，以及通信链接单元等。

这些特殊 I/O 单元大多具有自己的 CPU、存储器和专用集成电路，它们能够与主机（即CPU 单元）并行工作。各厂家的特殊 I/O 单元的硬件和软件不尽相同，占用 CPU 资源的情况也有所差异，因此，表述特殊 I/O 单元所占用的 I/O 点数（或将其“折合”成 I/O 点数）时，各厂家提供的数据相差较大，即便是同一厂家的同一类产品，因其系列型号的不同，其数据也有所不同，下面给出部分厂家提供的数据。

（1）模-数转换（A-D）单元

三菱公司的 AOJ2-68AD（8 通道）占用 64 点 I/O，A1S68AD（8 通道）占用 32 点 I/O，A1S64AD（4 通道）占用 32 点 I/O，FX2N-4AD（4 通道）占用 8 点 I/O，FX2N-2AD（2 通道）占用 8 点 I/O；松下公司的 FP3 型 A-D 单元（4 通道）占用 16 点 I/O；西门子公司的 SR21（4通道）单元占用 16 点 I/O。

（2）数-模转换（D-A）单元

三菱公司的 A1S62DA（2 通道）占用 32 点 I/O，A1S68DAV/A1S68DAI（8 通道）占用32 点 I/O；松下公司的 FX2N-2DA（2 通道）占用 8 点 I/O。

（3）温度控制单元

三菱公司的 A1S62TCRT-S2（2 通道，PTl00 传感器）占用 32 点 I/O，A1S62TCTT（2 通道，R、K、J、S、B、E、N、U、L、PL 等型传感器）占用 32 点 I/O；松下公司的 FX2N-2LC（2 通道，热电偶或热电阻传感器）占用 8 点 I/O。

（4）高速计数单元

三菱公司的 A1SD61（1 通道）占用 32 点 I/O，A1SD62（2 通道）也占用 32 点 I/O，而FX2N-1HC（1 通道）仅占用 8 点 I/O。

（5）定位控制单元

松下公司的 FX2N-10GM（单轴）占用 8 点 I/O，FX2N-20GM（双轴）占用 8 点 I/O；三菱公司的 A1SD75P1-S3（1 轴）/A1SD75P2-S3（2 轴）/A1SD75P3-S3（3 轴）均占用 32 点 I/O。在表述 PLC 的控制规模时，有些厂家在 CPU 单元的指标中分别列出开关量点数或模拟量点数，如西门子公司的 S7-300 系列 PLC 的 314 型 CPU 单元，其 DI/DO（开关量输入/输出）最大为 1024 点或 AI/AO（模拟量输入/输出）最大为 256 点。

2.存储器容量

PLC 的存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。系统程序存储器存放管理程序、标准子程序、调用程序、监控程序、检查程序，以及用户指令解释程序，一般存储在ROM 或EPROM 之中。系统程序由PLC 生产厂家编写并写入ROM 之中，用户不能读取。

厂家在资料中给出的是用户存储器容量和数据存储器容量。用户程序是用户使用编程器输入的编程指令或用户使用编程软件由计算机下载的梯形图程序，用户存储器是存放用户程序的 RAM、EPROM 及 E 2 PROM 存储器，这三种存储器也用于存放数据，称为数据存储器。

为了防止 RAM 中的信息在掉电时丢失，通常用后备锂电池做保护，保存用户程序和数据。有些 PLC 采用了高性能闪存，作为内置存储器和外置扩展存储器。

用户存储器容量决定了 PLC 可以容纳用户程序的长短和控制系统的水平。用户程序存储器容量通常以字为单位，每个字由 16 位二进制数组成。有些 PLC 产品的用户存储器容量以步为单位，在 PLC 中程序是按“步”存放的，每条指令长度一般为 1～7 步。一“步”占用一个地址单元，一个地址单元占两个字节。

存储器容量和 I/O 点数是相适应的，厂家在资料中都会给出，如欧姆龙公司的C200HE-CPU11 型 CPU 单元，用户程序存储器容量为 3.2KB，数据存储器容量为 4KB，支持的 I/O 最大点数为 640 点；C200HE-CPU42 型 CPU 单元，用户程序存储器容量为 7.2KB，数据存储器容量为 6KB，支持的 I/O 最大点数为 880 点；CJ1G-CPU45 型 CPU 单元，用户程序存储器容量为 60K 步，数据存储器容量为 128KB，支持的 I/O 最大点数为 1280 点。

3.扫描周期

扫描周期短（或者说扫描速度快）表示PLC 系统运行速度快，允许扩大控制规模和提高控制系统的水平。通常用执行1KB 程序或1K 步程序所用的时间来表示扫描速度，例如，C200Hα系列的扫描速度是 1.1ms/K 步（条件：基本指令占 50%，MOV 指令占30%，算术指令占20%），而CJ1 系列仅为0.04ms/K 步，扫描速度提高了30 倍。

4.编程指令的种类和条数

编程指令的种类和条数是衡量 PLC 软件功能的主要指标，指令种类和条数越多，软件功能也就越强，能适应更复杂的控制系统。如 CP1H PLC 有 400 多条指令，开发出一般 PLC 所没有的新指令，如任务控制指令、文本字符串处理指令、块程序指令、数据控制指令、文件存储指令、表数据处理指令等，从而提升了 PLC 的控制水平。

一般 PLC 的几种典型指令如下。

（1）顺序输入指令、顺序输出指令、逻辑指令及程序控制指令

这类指令用于顺序控制和逻辑控制。如 LD — 取，LD NOT — 取非，AND —与，AND NOT — 与非，OR — 或，OR NOT — 或非，OUT — 输出，OUT NOT — 输出非，ANDW — 逻辑与，ORW — 逻辑或，XORW — 逻辑异或，COM — 取补，IL — 连锁，lLC — 连锁清除，JMP — 跳转，JME — 跳转结束，END — 结束。

（2）数据处理指令

这类指令用于数据比较、数据移位及数据转换等处理。如 CMP — 单字比较，MCMP — 多字比较，SFT — 移位寄存器，ROL — 循环左移，ROR — 循环右移，MOV — 数据传送，MOVB — 位传送，BIN — BCD 码转换为二进制码，BCD — 二进制码转换为 BCD 码，SDEC — 七段译码。

（3）数据运算指令

这类指令用于数据的加、减、乘、除、增量、浮点数运算及特殊运算。如 ADD — BCD码加法，SUB — BCD 码减法，MUL — BCD 码乘法，DIV — BCD 码除法，FDIV — 浮点数除法，ROOT — 平方根，AVG — 求平均值，APR — 数学处理。

（4）特殊指令

这类指令用于特殊功能，包括报警、循环时间、跟踪存储器采样、信息显示、长信息、终端方式、数据搜索、特殊 I/O 单元读、特殊 I/O 单元写、特殊运算、I/O 刷新、中断控制、串行通信，以及网络等。

5.特殊 I/O 单元（高功能模块或智能模块）

为了拓宽PLC 的应用领域，各厂家纷纷推出面向对象的特殊I/O 单元，如模拟量输入（A-D）、模拟量输出（D-A）、温度传感器输入、温度控制、PID 控制、模糊控制、闭环控制、ID 传感器、称重传感器、脉冲捕捉、高速脉冲计数、高速脉冲输出、定位控制（电压输出/脉冲输出）、高速中断、电子凸轮控制、位置解码器、运动控制、通信，以及网络等单元。特殊 I/O 单元大部分拥有自己的CPU、存储器和专用集成电路（ASIC），在主机（CPU 单元）的协调管理下，能够与主机并行工作而不受主机扫描周期的影响，从而使PLC 能够完成复杂的、高精度的控制任务。由此可见，特殊I/O 单元种类的多少及功能的强弱是衡量PLC 产品水平高低的重要指标。