PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析

【摘要】PLC控制系統(tǒng)具備抗干擾能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、耗能低、體積小等多方面的優(yōu)點(diǎn)，因此被普遍用于我國的工業(yè)生產(chǎn)中。本文探討分析了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，并闡述了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和選擇類型，從而證明在我國工業(yè)生產(chǎn)中PLC控制系統(tǒng)占有優(yōu)異的地位。

【關(guān)鍵詞】PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方法

1.前言

在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的過程中，我國涌現(xiàn)了許多通過計(jì)算機(jī)控制的裝備設(shè)置，例如對電機(jī)的啟動和停止以及產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的壓力、溫度、濕度等方面都必須在前期進(jìn)行設(shè)置和控制。PLC控制系統(tǒng)不僅擁有強(qiáng)大的抗干擾能力和可靠性，而且還具備體積小、耗能低、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)養(yǎng)護(hù)和維修也非常容易，因此已經(jīng)普遍用于我國的工業(yè)生產(chǎn)，并在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制中占據(jù)重要位置。

2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

為了確保被控制對象在生產(chǎn)過程中所需要的生產(chǎn)工藝，而使它的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求規(guī)定，在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：

（1）使PLC控制系統(tǒng)的功能發(fā)揮到最大，從而滿足被控制對象的需求。在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的過程中，要最大努力地發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)具有的性能，而滿足在生產(chǎn)工藝上被控制對象的需求，這不僅是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提要求，還是PLC控制系統(tǒng)中必須遵守的一個(gè)原則。

（2）確保PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性[1]。在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的過程中，要認(rèn)真考慮到PLC控制系統(tǒng)使用時(shí)長，并且能維持長期安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行工作，這是在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)必須遵循的最主要原則。

（3）PLC控制系統(tǒng)具備經(jīng)濟(jì)性高、操作簡單、維修方便的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)一個(gè)新的控制系統(tǒng)過程中，首先考慮工業(yè)生產(chǎn)投入和支出的經(jīng)濟(jì)效益和在工廠生產(chǎn)時(shí)自身的工作效率，但這些條件沒有使PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)既要遵守上述這些原則，而且還必須考慮PLC控制系統(tǒng)通過實(shí)際運(yùn)用后產(chǎn)生的操作問題和維修問題。

（4）PLC控制系統(tǒng)要滿足后續(xù)發(fā)展的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使我國控制系統(tǒng)得到大力的推廣使用，而且更新速度也在提升。在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須經(jīng)?？紤]PLC控制系統(tǒng)在經(jīng)過實(shí)踐運(yùn)用后，它的可持續(xù)發(fā)展性和完善性等重要問題。這就需要在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員通過PLC控制系統(tǒng)的輸出和輸入等模塊預(yù)留出一定的發(fā)展平臺，從而滿足PLC控制系統(tǒng)對系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展的要求。

3.電氣控制線路

PLC、輸入電路、輸出電路這三個(gè)部分構(gòu)成了PLC控制系統(tǒng)的電氣控制線路。輸入電路包括各類開關(guān)、人機(jī)界面、模擬量等，輸出電路包括指示燈、接觸器、電磁閥等，它們由PLC為控制核心構(gòu)成完整的PLC控制系統(tǒng)[2]。PLC控制系統(tǒng)通過輸入電路端收到信號，開始執(zhí)行PLC程序命令，從而操控輸出電路端的電器元件，電器元件又起到驅(qū)動設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的作用，最終達(dá)到控制對象的目的，完成系統(tǒng)的整體控制。

4.程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)是指用戶根據(jù)編寫程序的設(shè)計(jì)思路，通過發(fā)送指令，配合被控制對象工藝過程的現(xiàn)場信號和操控要求，參照PLC繼電器編號，繪出梯形圖程序。一般利用順序功能圖法和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對PLC應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下利用三菱公司FX系列的PLC作為例子，簡單介紹了這兩種編程方法。

采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)人員必須具備大量的典型電路知識，在這個(gè)基礎(chǔ)上，認(rèn)真了解實(shí)際中的操控要求，并且把實(shí)際控制規(guī)范分解成典型的控制電路，再拼湊修改的典型電路或典型電路呈梯形圖。順序功能圖設(shè)計(jì)法是比較先進(jìn)的一種設(shè)計(jì)方式，很容易掌握程序的修改、調(diào)試和閱讀，而且有效減少了設(shè)計(jì)周期，從而提升了設(shè)計(jì)效率。順序功能圖設(shè)計(jì)法包含控制程序和輸出程序兩個(gè)主要部分。通過操控要求規(guī)范，把系統(tǒng)的工作步驟劃分為若干階段，這些階段簡稱“步”[3]。而象征“步”的狀態(tài)繼電器或輔助繼電器的操控系統(tǒng)，無論多復(fù)雜，其設(shè)計(jì)理念都是一樣的，且容易簡單，易于掌握。

4.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

通過系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)人員一般都會把典型電路設(shè)計(jì)成正反轉(zhuǎn)控制電路。以正反轉(zhuǎn)控制電路作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，集合控制要求，通過拼湊、修正，最終設(shè)計(jì)出屬于自己的電路。在使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的過程中，因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路不同，設(shè)計(jì)出的電路和程序也會產(chǎn)生顯著差異，所以能夠獲得的信息量低，而且使后續(xù)的修護(hù)工作不便于解決。

4.2順序功能圖（SFC）設(shè)計(jì)法

要提升編程效率，優(yōu)化程序的閱讀性，以便于后續(xù)的修護(hù)工作得以順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員可以使用順序功能圖設(shè)計(jì)法。在使用順序功能圖設(shè)計(jì)法的過程中，要先通過系統(tǒng)的工藝流程，繪制出順序功能圖。針對三菱轎車運(yùn)動控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，繪出順序功能圖，再通過順序功能圖，使用某種編程方式設(shè)計(jì)出梯形圖程序。而且這些編程方式是有規(guī)律性和原則性的，是可以運(yùn)用其他控制系統(tǒng)的通用型設(shè)計(jì)方式。

5.現(xiàn)場調(diào)試

控制現(xiàn)場使用的PLC由模擬調(diào)試好的程序進(jìn)行傳送，一般試調(diào)時(shí)沒有負(fù)載，只有信號燈、接觸器線圈等電器元件。根據(jù)編程器的監(jiān)控功能，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行梯形圖監(jiān)視，并使用分級、分段的調(diào)試方式進(jìn)行。整個(gè)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)就是現(xiàn)場調(diào)試，只有根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制程序和控制回路無法滿足系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求的狀況；只有實(shí)行現(xiàn)場調(diào)制才能進(jìn)行最終的實(shí)地測試與變化調(diào)整控制線路，從而達(dá)到適應(yīng)控制系統(tǒng)的目的。

6.編寫技術(shù)文件

交付使用PLC控制系統(tǒng)后，要通過調(diào)試的最后結(jié)果整理出完好的技術(shù)文件，最后向用戶提供，這是一部分系統(tǒng)隨機(jī)文件，主要使用在系統(tǒng)的維護(hù)、修理方面。隨機(jī)文件包含：PLC編程元件表、控制系統(tǒng)使用說明、梯形圖程序、外部接線圖和其他電器圖紙等。

7.結(jié)語

綜上所述，PLC控制系統(tǒng)是一個(gè)具備有效步驟的控制系統(tǒng)，如果要做到運(yùn)用自如，就必須進(jìn)行循環(huán)反復(fù)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐。本文通過分析總結(jié)了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，證明了PLC控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中充分具備有效作用。

參考文獻(xiàn)

[1]朱凌云，林琳.基于WINCC的PLC控制系統(tǒng)仿真平臺設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，12（05）：255-256.

[2]李聯(lián)軍.在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[J].大觀周刊，2012，08（12）：156-157.

[3]劉福祿.PLC程序設(shè)計(jì)的選擇技巧[J].重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，11（01）：98-99.