淺析ＰＬＣ控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其設(shè)計

趙　亮

摘要：在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，而PLC技術(shù)是解決上述問題的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下面就PLC工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計中的問題進行探討。

關(guān)鍵詞：PLC 系統(tǒng) 特點 要求 設(shè)計

1 PLC系統(tǒng)特點

第一，可靠性高、抗干擾能力強，平均故障時間為幾十萬小時。而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。第二，編程簡單、使用方便目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些PLC還根據(jù)具體問題設(shè)計了如步進梯形指令等，進一步簡化了編程。第三，設(shè)計安裝容易，維護工作量少。第四，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合。第五，與外部設(shè)備連接方便，采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電氣規(guī)格。第六，功能完善、通用性強、體積小、能耗低、性能價格比高。

在應(yīng)用PLC系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。①最大限度地滿足被控對象的控制要求；②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力求簡單；③系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠；④控制系統(tǒng)能方便的進行功能擴展、升級；⑤人機界面友好。

這里，為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調(diào)速和制動的特性，采用ABB公司的ABB ACS800變頻器，系統(tǒng)中由S7-200系列PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設(shè)備的控制任務(wù)。基于S7-200 PLC的編程軟件,采用模塊化的程序設(shè)計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護。系統(tǒng)利用對PLC軟件的設(shè)計,實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機的啟動和停止。

2 PLC系統(tǒng)控制要求

2.1 系統(tǒng)要求用戶能夠的直觀了解現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)及水位的變化；

2.2 要求用戶能夠遠程控制變頻器的啟動和停止；

2.3 用戶可自行設(shè)置水位的高低，以控制變頻器的起停；

2.4 變頻器及其他設(shè)備的故障信息能夠及時反映在遠程PLC上；

2.5 具有水位過高、過低報警和提示用戶功能；

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。

3.1.1 PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離變壓器等）；隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V,同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。

3.1.2 PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動作，并且響應(yīng)時間短；如果PLC系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下，應(yīng)首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計簡單，抗干擾和帶負載能力強。如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。當(dāng)PLC掃描頻率為10次／min 以下時，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅(qū)動負載。對于兩個重要輸出量，不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLC系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。

3.1.3 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計。隨著工業(yè)自動化技術(shù)的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來了許多干擾問題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮的問題。

3.2 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在進行硬件設(shè)計的同時可以著手軟件的設(shè)計工作。軟件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應(yīng)用的最關(guān)鍵的問題，程序的編寫是軟件設(shè)計的具體表現(xiàn)。在控制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計思想是關(guān)鍵，優(yōu)秀的軟件設(shè)計便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護。

3.2.1 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計思想。由于生產(chǎn)過程控制要求的復(fù)雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序?；境绦?既可以作為獨立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序；依據(jù)計算機程序的設(shè)計思想，基本程序的結(jié)構(gòu)方式只有三種:順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。模塊化程序:把一個總的控制目標(biāo)程序分成多個具有明確子任務(wù)的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最后組合成一個完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設(shè)計。我們建議經(jīng)常采用這種程序設(shè)計思想，因為各模塊具有相對獨立性，相互連接關(guān)系簡單，程序易于調(diào)試修改。特別是用于復(fù)雜控制要求的生產(chǎn)過程。

3.2.2 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計要點。PLC控制系統(tǒng)I/O分配，依據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后，I/O點數(shù)由小到大；盡可能把一個系統(tǒng)、設(shè)備或部件的I/O信號集中編址，以利于維護。定時器、計數(shù)器要統(tǒng)一編號，不可重復(fù)使用同一編號，以確保PLC工作運行的可靠性。

程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位（不是I/O位），也要統(tǒng)一編號，進行分配。

在地址分配完成后，應(yīng)列出I/O分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位分配表。

彼此有關(guān)的輸出器件，如電機的正/反轉(zhuǎn)等，其輸出地址應(yīng)連續(xù)安排，如Q2.0/Q2.1等。

3.2.3 PLC控制系統(tǒng)編程技巧。PLC程序設(shè)計的原則是邏輯關(guān)系簡單明了，易于編程輸入，少占內(nèi)存，減少掃描時間，這是PLC 編程必須遵循的原則。

4 PLC設(shè)計的幾點技巧

PLC各種觸點可以多次重復(fù)使用，無需用復(fù)雜的程序來減少觸點使用次數(shù)。同一個繼電器線圈在同一個程序中使用兩次稱為雙線圈輸出，雙線圈輸出容易引起誤動作，在程序中盡量要避免線圈重復(fù)使用。如果必須是雙線圈輸出，可以采用置位和復(fù)位操作（以S7-300為例如SQ4.0或者RQ4.0）。如果要使PLC多個輸出為固定值1（常閉），可以采用字傳送指令完成，例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同時都為1，可以使用一條指令將十六進制的數(shù)據(jù)0A9H直接傳送QW2即可。對于非重要設(shè)備，可以通過硬件上多個觸點串聯(lián)后再接入PLC輸入端，或者通過PLC編程來減少I/O點數(shù)，節(jié)約資源。例如:我們使用一個按鈕來控制設(shè)備的啟動/停止，就可以采用二分頻來實現(xiàn)。模塊化編程思想的應(yīng)用:我們可以把正反自鎖互鎖轉(zhuǎn)程序封裝成為一個模塊，正反轉(zhuǎn)點動封裝成為一個模塊，在PLC程序中我們可以重復(fù)調(diào)用該模塊，不但減少編程量，而且減少內(nèi)存占用量,有利于大型PLC程序的編制。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個步驟有序的系統(tǒng)工程，要想做到熟練自如，需要反復(fù)設(shè)計和實踐。本文是PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，在實際應(yīng)用中具有良好的效果。