PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用分析

摘 要：PLC控制系統(tǒng)也叫做可編程控制器，是一種綜合性跨學(xué)科的工業(yè)控制裝置。隨著現(xiàn)代電氣化自動(dòng)化的發(fā)展，PLC控制技術(shù)被廣泛的應(yīng)用與電氣行業(yè)，并且取得了很大的成果。PLC技術(shù)的可靠性高、靈活性強(qiáng)、實(shí)用性等特點(diǎn)，使其在自動(dòng)化領(lǐng)域不斷拓展。本文將對(duì)PLC技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：PLC 電氣設(shè)備 自動(dòng)化控制 設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0094-02

1 PLC控制系統(tǒng)概述

PLC的全稱為可編程控制器，其運(yùn)行原理是基于微處理器的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，其主要被應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，尤其是電力系統(tǒng)中。20世紀(jì)下半葉，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，使可編程控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。PLC控制技術(shù)最初被應(yīng)用于汽車工業(yè)，并取得很大成功。網(wǎng)絡(luò)取得很大發(fā)展之后，PLC技術(shù)開始不斷向電氣-儀表-計(jì)算機(jī)控制一體化方向發(fā)展。到目前為止，其設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試的簡(jiǎn)便性、編程方法的簡(jiǎn)單性、超強(qiáng)的適應(yīng)性等特點(diǎn)，使其成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)和前沿技術(shù)。

2 PLC系統(tǒng)中抗干擾設(shè)計(jì)

2.1 電源部分

作為電源部分的最主要元器件，電源變壓器的抗干擾設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了達(dá)到抑制電網(wǎng)中出現(xiàn)煩擾，在選擇變壓器時(shí)，應(yīng)盡量采用隔離變壓器，并且變壓器的容量應(yīng)該比實(shí)際額度大出1.2～1.5倍左右。在選擇好變壓器并投入使用之后，變壓器的屏蔽層需要具備良好的接地，次級(jí)線圈的連接線要用雙絞線，此目的是為了實(shí)現(xiàn)電源線之間的干擾最小化。在合適的條件下，PLC的控制器電源與隔離變壓器之間加入濾波器，其此時(shí)變壓器的初級(jí)和次級(jí)連接線均要實(shí)用雙絞線，這樣干擾信號(hào)經(jīng)濾波器隔離后可大大減弱，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 輸入輸出信號(hào)的抗干擾設(shè)計(jì)

輸入輸出部分的設(shè)計(jì)可采用絕緣I/O模塊，這樣可實(shí)現(xiàn)輸入、輸出信號(hào)避免受到干擾。對(duì)于輸入信號(hào)的抗干擾設(shè)計(jì)，其輸入線之間的差模干擾可以利用輸入模塊濾波來減小干擾，利用控制器的接地來抑制輸入線與大地間的共模干擾。在輸入端有感性負(fù)荷時(shí)，為了防止電路信號(hào)突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的影響，可采用硬件的可靠性容錯(cuò)和容差設(shè)計(jì)技術(shù)，即在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對(duì)于直流輸入信號(hào)，可并接續(xù)流二極管D。輸出電路的抗干擾設(shè)計(jì)需要根據(jù)PLC的輸出能力來確定具體形式，若負(fù)載超出了PLC的輸出能力，則需要在外接繼電器或接觸器。同樣在PLC輸出端出現(xiàn)感性負(fù)載時(shí)，輸出信號(hào)在ON和OFF之間轉(zhuǎn)換時(shí)都會(huì)有干擾的出現(xiàn)。因此在PLC的輸出端設(shè)計(jì)時(shí)，需要采取一些措施來保護(hù)觸點(diǎn)。直流負(fù)載時(shí)需在線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管D，且二極管盡量靠近負(fù)載，交流負(fù)載時(shí)，應(yīng)在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路。

2.3 外部配置

在信號(hào)傳輸?shù)耐獠烤€路，由于線路之間存在互感，因此在交流和直流信號(hào)的輸入、輸出時(shí)，應(yīng)分別使用獨(dú)自的電纜，不可混用。輸入輸出信號(hào)線的集成電路和晶體管部分，為了避免信號(hào)之間的干擾，需要使用具備屏蔽功能的電纜，并且屏蔽電纜的輸入、輸出端要懸空，另外一側(cè)即控制器側(cè)，需要進(jìn)行接地設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)的配線在30 m以內(nèi)的短距離時(shí)，直流和交流的信號(hào)線建議不要使用同一電纜，避免產(chǎn)生竄擾，或者輸入線使用具備屏蔽功能的電纜，可嘗試交、直流信號(hào)使用同一電纜。當(dāng)距離在30～300 m時(shí)，輸入線必須使用屏蔽線，其不可使用同一電纜。當(dāng)大于300 m時(shí)，需要使用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，或者使用遠(yuǎn)程I/O通道。

3 PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 PLC在機(jī)床電氣控制中的應(yīng)用

機(jī)床是一種典型的機(jī)械、液壓、電氣一體化協(xié)同控制的通用加工機(jī)床。在傳統(tǒng)的機(jī)床電氣控制部分故障較多且不易排出，PLC控制系統(tǒng)的靈活性完全適用于機(jī)床電氣自動(dòng)控制，且具備良好的可靠性，因此其完全取代了傳統(tǒng)的繼電器、接觸器為主體的控制裝備。PLC在機(jī)床裝備中的運(yùn)用主要是看重其可靠性和時(shí)間控制的精確性，并且其能夠?qū)崟r(shí)的顯示各主體設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化，并且一旦設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，PLC系統(tǒng)的顯示屏能夠及時(shí)的產(chǎn)生故障位置和報(bào)警畫面。這種監(jiān)控、監(jiān)管相結(jié)合的一體化系統(tǒng)，在具體的運(yùn)行中可取得理想的效果。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在PLC內(nèi)部程序上采取抗干擾措施。

儀表與PLC分柜安裝，增加了抗干擾能力。

仔細(xì)設(shè)計(jì)輸入、輸出路徑，在保證系統(tǒng)完善的基礎(chǔ)上，盡量壓縮輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。

3.3 硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)該工藝的要求以及其控制的設(shè)備數(shù)量，來確定配置離散的點(diǎn)數(shù)和模擬量的點(diǎn)數(shù)。另外需考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的外界環(huán)境以及干擾因素，選取合適的模塊以及合適規(guī)模的主控單元。上下位機(jī)分別采用不同工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)或單動(dòng)控制。此外還需一個(gè)終端進(jìn)行通信，通過打印機(jī)打印所需各種記錄。具體的分工應(yīng)為：下位機(jī)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的測(cè)控，完成對(duì)設(shè)備生產(chǎn)線端的信息采集以及過程控制，之后通過信號(hào)傳輸線路，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)控、記錄等。

3.4 軟件設(shè)計(jì)

PLC系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)分為上位機(jī)的設(shè)計(jì)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)。在選取確定的監(jiān)控軟件后，就可以快速構(gòu)建用戶所需的控制方案。用戶界面可采用Windows NT環(huán)境下的界面，操作方式采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊下拉菜單的方式。監(jiān)控軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)方式編制。其具體程序框圖如圖1。

下位機(jī)的編程軟件可采用美國AB公司的RSLOGIX500，它是一個(gè)32位窗口梯形邏輯編程包。此編程軟件非常適用于Windows NT環(huán)境，具有直觀、親切的Windows界面，靈活的梯形圖編輯器，有助于用戶提高性能，節(jié)約時(shí)間和改時(shí)生產(chǎn)率。

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