關(guān)于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

李桐

摘 要：本文主要就PLC自動(dòng)化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上屬于步驟有順序的系統(tǒng)項(xiàng)目工程，并且在工業(yè)化的自動(dòng)控制方面有了十分廣泛的運(yùn)用，本文主要從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了歸納。

關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

PLC是把計(jì)算機(jī)的技術(shù)結(jié)合到了自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程中的系統(tǒng)，并且發(fā)展得非常快，因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)的促進(jìn)功能，它的功能也在逐漸地增加，產(chǎn)品的更新速度也不斷地加快，已經(jīng)成了現(xiàn)在自動(dòng)化生產(chǎn)中不可或缺的系統(tǒng)之一。它應(yīng)用在很多的工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)與自動(dòng)化的成產(chǎn)中，是現(xiàn)代最前沿的計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。

一、PLC系統(tǒng)的概念

PLC即可編程邏輯控制器，是一種集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)為一體的工業(yè)運(yùn)用控制裝置，它是一種數(shù)字式的電子系統(tǒng)，運(yùn)行以及操作都是以數(shù)字方式進(jìn)行的，并且在該裝置上還具有了編程功能，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械或者是生產(chǎn)的控制，此外，PLC還具有實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用簡(jiǎn)單、良好的抗干擾能、易于維護(hù)和擴(kuò)展等特點(diǎn)，因此在自動(dòng)化生產(chǎn)的過(guò)程中，起到了十分重要的作用。

作為一種新型的工業(yè)控制裝置，PLC有許多特點(diǎn)是其他控制器所不能比擬的，比如：PLC的運(yùn)行速率快，因?yàn)槠銫PU的工作能力強(qiáng)；指令系統(tǒng)豐富以及可靠的操作系統(tǒng)；I/O接口和通信接口各式各樣，極大限度的滿足了工業(yè)當(dāng)中的各種需求；除此之外，還具有信號(hào)采集功能、中斷處理能力、輸出控制功能、存儲(chǔ)能力、邏輯處理能力、網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)運(yùn)算能力、定時(shí)能力以及計(jì)數(shù)能力等，這些特點(diǎn)為PLC的廣泛應(yīng)用提供了重要前提，也為工業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展提供了諸多便利。

二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)硬件方面的設(shè)計(jì)

硬件的設(shè)計(jì)是PLC中最關(guān)鍵的一個(gè)部分，它會(huì)影響到系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性，其中包含了輸出與輸入電路。

1.1 PLC控制系統(tǒng)中輸入電路的設(shè)計(jì)。PLC通常都是采用二百四十伏的供電電源，所以使用的電源范疇也很廣，但是為了抵抗干擾，需要添加電源的凈化元件，隔離變壓設(shè)備也能夠應(yīng)用雙隔離的技術(shù)，就是變壓設(shè)備的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的屏蔽層，和初級(jí)電氣中性點(diǎn)來(lái)接地，次級(jí)線圈的屏蔽層來(lái)接入系統(tǒng)輸入電路的地，來(lái)降低高頻與低頻脈沖產(chǎn)生的干擾。

PLC的輸入電路電源通常都使用DC24V，并且它帶負(fù)載的時(shí)候需要重視容量，防止發(fā)生短路的現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)的供電安全與PLC的安全是非常關(guān)鍵的，由于這個(gè)電源發(fā)生過(guò)載或者是斷裂都會(huì)對(duì)PLC的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的影響，通常會(huì)選擇電源容量是輸入電路功率的二倍，輸入電路的電源線路安裝比較適合的熔絲，來(lái)預(yù)防短路的現(xiàn)象。

1.2 PLC的控制系統(tǒng)中輸出電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)要求，各類指示燈和變頻設(shè)備的啟動(dòng)與停止都要通過(guò)晶體管進(jìn)行輸出，它比較適用在高頻的動(dòng)作上，響應(yīng)的時(shí)間短，要是PLC系統(tǒng)的輸出頻率是一分鐘六次一下，就應(yīng)該先在繼電器進(jìn)行輸出，使用這樣的方式，輸出的電力設(shè)計(jì)就會(huì)變得容易，其抗干擾與帶負(fù)載的能力也非常強(qiáng)。

要是系統(tǒng)所輸出的帶電磁線圈類的感性負(fù)載，那么負(fù)載斷電的似乎就會(huì)給系統(tǒng)的輸出帶來(lái)電流的沖擊，所以，對(duì)直流的感性負(fù)載需要在它的邊上接上二極管，能夠吸收沖擊的電流，能夠保護(hù)好系統(tǒng)。

如果PLC的掃描頻率是十次每分鐘以下的時(shí)候，不但能夠使用繼電器的輸出，還能夠使用系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)的中間幾點(diǎn)起或是固態(tài)的繼電器，再進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。

對(duì)兩個(gè)比較重要的輸出量來(lái)說(shuō)，不但在PLC的內(nèi)部進(jìn)行互鎖，應(yīng)該在其外部也互鎖，來(lái)強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全與可靠性。對(duì)一些比較普遍的交流開(kāi)關(guān)類型的負(fù)載，如，交流接觸設(shè)備、電磁閥等，需要使用微笑類型的中間繼電器來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，房子系統(tǒng)的接點(diǎn)進(jìn)行直接的驅(qū)動(dòng)。

1.3 PLC系統(tǒng)中抗干擾設(shè)計(jì)。工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化技術(shù)不斷地在發(fā)展，晶閘管可控整流與變頻調(diào)速設(shè)備的應(yīng)用也十分地廣泛，這樣就造成了交流電網(wǎng)方面的污染，也產(chǎn)生了很多的干擾性問(wèn)題，所以，抗干擾就成了控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要重視的問(wèn)題。通常都會(huì)應(yīng)用這樣的方法：

1.3.1隔離的方式：因?yàn)殡娋W(wǎng)里產(chǎn)生的高頻干擾是分布的電容之間耦合形成的，因此，應(yīng)該使用一比一的超隔離變壓設(shè)備，把中性點(diǎn)通過(guò)電容來(lái)接地。

1.3.2屏蔽的方式：通常會(huì)使用金屬的外殼來(lái)進(jìn)行屏蔽，把PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置在金屬柜里。金屬的外殼能夠接地，來(lái)屏蔽經(jīng)典與磁場(chǎng)，預(yù)防空間發(fā)生的輻射干擾。

1.3.3布線的方式：強(qiáng)電的動(dòng)力線路與弱電的信號(hào)線在走線的時(shí)候要分開(kāi)，還需要有一些間隔。

2、PLC控制系統(tǒng)中軟件的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)硬件的時(shí)候還可以進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。對(duì)軟件的設(shè)計(jì)主要是按照控制的標(biāo)準(zhǔn)把工藝的程序圖變成了梯形圖，在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是最重要的問(wèn)題，過(guò)程的編寫(xiě)則是設(shè)計(jì)軟件的具體方式。在應(yīng)用的過(guò)程中，好的軟件設(shè)計(jì)方案是非常重要的。

2.1程序的設(shè)計(jì)理念

基本的程序：不但能夠在獨(dú)立的程序來(lái)控制比較簡(jiǎn)單的工藝生產(chǎn)，還能夠成為組合中模塊結(jié)構(gòu)的單元程序，基本程序機(jī)構(gòu)的方式有這幾種：順序結(jié)構(gòu)、條件的分支以及循環(huán)結(jié)構(gòu)。

模塊化的程序：將一個(gè)總控制的目標(biāo)程序分為很多的具備清晰子任務(wù)程序的模塊，再分來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)與調(diào)試，最終組成一個(gè)完整的整體程序。這樣的方式就被稱為模塊化的程序設(shè)計(jì)。

2.2 PLC控制系統(tǒng)中程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

控制系統(tǒng)的I/O分配，按照生產(chǎn)線由前到后，點(diǎn)數(shù)會(huì)逐漸地增多，盡量將一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備或者是元件的信號(hào)都集中再編址，這樣便于維護(hù)。定時(shí)設(shè)備與計(jì)數(shù)設(shè)備需要進(jìn)行統(tǒng)一化的編號(hào)，不能夠重復(fù)地使用一個(gè)編號(hào)，避免控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。程序里面經(jīng)常用的內(nèi)部中繼電器或是中間的標(biāo)志位，也需要進(jìn)行統(tǒng)一的編號(hào)，再分配。在分配完地址之后，要將分配表與繼電器或是標(biāo)志位列出表格。

三、PLC系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展

隨著自動(dòng)化以及微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)當(dāng)中，如汽車(chē)制造、控制設(shè)備、立體倉(cāng)庫(kù)、環(huán)保以及娛樂(lè)設(shè)施等等。未來(lái)的PLC發(fā)展可以分為以下幾個(gè)方面：

1、人機(jī)界面更加友好，PLC生產(chǎn)商可以聯(lián)合一些有實(shí)力的軟件公司，提高自己的程序編寫(xiě)能力，方便人們的操作，同時(shí)也降低了維護(hù)PLC的成本，比如現(xiàn)在的PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT模式就已經(jīng)被人們普遍使用；

2、網(wǎng)絡(luò)通信能力得到大幅提升，PLC生產(chǎn)商在原有的基礎(chǔ)上，增加了各種通訊接口，提供了完整的通信網(wǎng)絡(luò)。

3、開(kāi)放性與互操作性，如今的PLC雖然在開(kāi)發(fā)工具上，各個(gè)公司使用的不同，但是在客戶端，卻基本上實(shí)現(xiàn)了兼容，同時(shí)還提出了一些標(biāo)準(zhǔn)，如：OPC（OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳輸。

總結(jié)：

本文主要論述了PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上屬于步驟有順序的系統(tǒng)項(xiàng)目工程，并且在工業(yè)化的自動(dòng)控制方面有了十分廣泛的運(yùn)用，本文主要從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了歸納。PLC是把計(jì)算機(jī)的技術(shù)結(jié)合到了自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程中的系統(tǒng)，并且發(fā)展得非?？欤?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)的促進(jìn)功能，它的功能也在逐漸地增加，產(chǎn)品的更新速度也不斷地加快，已經(jīng)成了現(xiàn)在自動(dòng)化生產(chǎn)中不可或缺的系統(tǒng)之一。它應(yīng)用在很多的工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)與自動(dòng)化的成產(chǎn)中，是現(xiàn)代最前沿的計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。

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