自动化设备（电气）关键元器件选型-PLC篇

引言

可编程逻辑控制器（PLC）作为工业自动化的大脑，其选型的正确与否直接关系到整个设备或生产线的稳定性、可靠性、成本效益及未来发展。一个成功的选型不仅仅是满足当前的功能需求，更是为未来的升级、维护和扩展预留空间。本指南将系统性地剖析PLC选型的各个维度，并结合实际应用场景，为您提供一套完整的决策框架。

第一章：PLC分类体系详解

1. 按物理结构划分

这是最直观、最基础的分类方式，直接决定了系统的扩展性和规模。

• 一体式/紧凑型PLC

  • 结构特征：将CPU、电源、输入/输出（I/O）接口、通信端口集成在一个不可分割的壳体内。所有组件固定，无法单独更换或扩展。

  • 优点：

    • 结构紧凑：体积小，节省安装空间。

    • 成本低廉：集成化高，整体价格最具竞争力。

    • 安装简便：无需配置背板或模块，接线相对简单。

    • 可靠性高：内部连接固定，抗振动性能好。

  • 缺点：

    • 扩展性差：I/O点数固定，无法增加特殊功能模块。

    • 功能有限：处理能力、内存和通信端口通常较弱。

    • 无冗余能力：一旦某个部分损坏，通常需要整体更换。

  • 典型应用：小型机械设备、简单的自动化单机、替代传统继电器回路。

  • 代表产品：西门子S7-200 SMART、三菱FX3系列、欧姆龙CP系列。

• 模块式/组合式PLC

  • 结构特征：采用背板（或导轨）结构，CPU、电源、I/O模块、通信模块、特殊功能模块等都是独立的单元，可根据需要像“搭积木”一样自由组合。

  • 优点：

    • 灵活性与扩展性极强：I/O点数和类型可任意配置，可随时增加功能模块。

    • 功能强大：CPU处理能力强大，支持多种通信协议和复杂控制。

    • 维护方便：任一模块故障，可单独更换，降低维护成本和停机时间。

    • 支持冗余：中大型模块化PLC通常支持电源、CPU甚至网络的冗余配置。

  • 缺点：

    • 初始成本高：需要单独购买各个组件。

    • 体积庞大：需要更大的控制柜空间。

    • 系统设计复杂：需要对硬件配置有深入了解。

  • 典型应用：中大型生产线、复杂过程控制、分布式控制系统。

  • 代表产品：西门子S7-1500/300/400、罗克韦尔ControlLogix/CompactLogix、施耐德Modicon M系列。

• 分布式PLC

  • 结构特征：这是模块化PLC的延伸和升华。其核心思想是“让I/O更靠近设备”。通过强大的工业网络（如PROFINET, EtherNet/IP），将远程I/O站、驱动器和功能安全模块分散安装在设备附近，中央控制器负责逻辑运算和协调。

  • 优点：

    • 大幅节省布线成本：减少了从主控柜到现场传感器/执行器的大量长距离电缆。

    • 系统模块化程度高：便于设备的模块化设计和安装调试。

    • 诊断和维护便捷：网络化的架构使得故障定位更精确。

  • 典型应用：大型、布局分散的设备（如汽车生产线、包装线、污水处理厂）。

  • 代表产品：西门子ET 200SP系列（基于PROFINET）、罗克韦尔Point I/O系列（基于EtherNet/IP）。

2. 按I/O点数划分

这个分类与结构分类强相关，是选型时衡量PLC规模的直接指标。

• 超小型/微型PLC

  • I/O点数：通常 < 64点。

  • 特点：一体式结构，功能单一，通常只具备基本的逻辑控制功能。

  • 应用：极小型设备、电梯内外呼控制、替代数个继电器。

• 小型PLC

  • I/O点数：通常在64点 ~ 256点之间。可以是一体式，也可以是入门级模块式。

  • 特点：具备基本的通信能力（如RS485），可能支持简单的高速计数和脉冲输出。