電氣設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉洋洋 姜元鎮(zhèn)

【摘 要】隨著人類的發(fā)展需要，人們對(duì)于電氣設(shè)備工作的精度、可靠性以及穩(wěn)定性等要求越來(lái)越高，將PLC用于電氣設(shè)備的控制，可以顯著簡(jiǎn)化系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能大大增加系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和精確性，并且PLC控制系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單，故障率低。毫無(wú)疑問(wèn)，電氣設(shè)備控制系統(tǒng)采用PLC是未來(lái)電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。本文就電氣設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的的特點(diǎn)進(jìn)行概括，并就其在電氣設(shè)備中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況進(jìn)行分析和討論，從而更好的提高電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，推動(dòng)PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

【關(guān)鍵詞】電氣設(shè)備；PLC控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；

在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的今天，我們要加快追求“四化”的步伐，面對(duì)世界經(jīng)濟(jì)一體化的格局，PLC自動(dòng)化電氣控制的應(yīng)用已經(jīng)成為新時(shí)代背景下快速發(fā)展生產(chǎn)力，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的秘密武器，但是，在此過(guò)程中，仍會(huì)出現(xiàn)很多的難題需要我們解決，還需要我們廣大的電氣自動(dòng)化控制人員不懈地努力和創(chuàng)新。

一、電氣設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的的特點(diǎn)

1.PLC具有應(yīng)用簡(jiǎn)單、普遍、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。PLC具有自身獨(dú)特的接口簡(jiǎn)單直觀，可編程性以及編譯的圖形符號(hào)與梯形圖語(yǔ)言、表達(dá)方式等和繼電器的電路圖基本相似的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中易于工程技術(shù)人員的接受和理解，工作人員只需了解少量的開(kāi)關(guān)量邏輯控制的PLC操作指令，就可以掌握其在自動(dòng)化電氣控制中的具體編寫和使用方式?，F(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于各種規(guī)模的電氣控制場(chǎng)合中，并且不斷地向各種不同的領(lǐng)域延伸。2.PLC的抵抗干擾能力較強(qiáng)。由于PLC的設(shè)計(jì)使用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，并且在內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)方面均采取先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，同時(shí)還配備具有自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警功能的硬件裝置。如果某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障就會(huì)觸發(fā)警報(bào)?；谶@些設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，PLC的抗干擾能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)繼電器技術(shù)，更適合于較為復(fù)雜的電氣控制及工業(yè)制造環(huán)境。在可編寫軟件的應(yīng)用中，使用者還可根據(jù)實(shí)際需要情況，編寫外圍設(shè)備的自動(dòng)診斷程序，使除了PLC之外系統(tǒng)中的其他設(shè)備與電路也能具有自我保護(hù)的功能。

二、電氣設(shè)備PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)大部分，分別是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一般是指對(duì)PLC控制系統(tǒng)程序的編寫，PLC程序可分為主程序、子程序和中斷程序，被用于對(duì)電氣設(shè)備的軟硬件進(jìn)行控制；而對(duì)于硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一般有抗干擾措施的設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備控制元件的選用以及電氣設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

1.PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)工作應(yīng)該與硬件設(shè)計(jì)同時(shí)著手。將PLC控制系統(tǒng)的工藝流程圖轉(zhuǎn)化為梯形圖是PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題，也是該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的最重要任務(wù)，軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)為編寫程序。軟件設(shè)計(jì)的主要方面有以下幾點(diǎn)：

（1）PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)思想。良好的軟件設(shè)計(jì)思想是控制工程應(yīng)用中的關(guān)鍵。優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該容易讓工程技術(shù)人員理解、掌握、調(diào)試和日常維護(hù)。按照生產(chǎn)過(guò)程中的復(fù)雜程度不同、結(jié)構(gòu)形式不同可以將程序分為基本程序與模塊化程序。第一，基本程序不僅可以作為一種獨(dú)立的程序控制簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝及其過(guò)程，還可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的一個(gè)單元程序，基本程序的結(jié)構(gòu)方式分為順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件分支結(jié)構(gòu)；第二，模塊化程序是把總體控制目標(biāo)程序劃分為多個(gè)程序模塊，且它們具有明確的子任務(wù)，這些程序模塊分別編寫、調(diào)試，最終形成一個(gè)完成總?cè)蝿?wù)的總體程序。通常情況下我們采用這種設(shè)計(jì)思想，主要是因?yàn)楦髂K之間具有相對(duì)的獨(dú)立性，且相互之間的關(guān)系簡(jiǎn)單，程序較易修改，尤其適用于控制較為復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程。

（2）PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)。PLC控制系統(tǒng)I/O分配，根據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后，I/O點(diǎn)數(shù)從小到大；為了便于維護(hù)，應(yīng)盡可能將同一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備或者部件的I/O信號(hào)集中起來(lái)進(jìn)行編址，計(jì)數(shù)器、定時(shí)器要統(tǒng)一編號(hào)，為了確保PLC系統(tǒng)正常運(yùn)行且保證其可靠性，不能重復(fù)使用同一編號(hào)。程序中大量使用的中間標(biāo)志位或者內(nèi)部繼電器也要分配統(tǒng)一編號(hào)，待分配完成后，需列出中間標(biāo)志位或者內(nèi)部繼電器分配表和I/O分配表。對(duì)于彼此有關(guān)的輸出器件，輸出地址應(yīng)連續(xù)安排，例如電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)等。

2.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：在電氣設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，最核心的就是電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其用于控制整個(gè)電氣設(shè)備的硬件運(yùn)行。電氣設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞與否對(duì)于電氣設(shè)備能否正常使用具有重要的影響；電氣設(shè)備中的抗干擾措施設(shè)計(jì)主要是用于提高控制系統(tǒng)軟硬件工作的穩(wěn)定性以及對(duì)外界環(huán)境影響的適應(yīng)能力。一般的PLC抗干擾設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分，一個(gè)部分是電源的抗干擾設(shè)計(jì)，主要是為了控制電網(wǎng)的干擾。另一個(gè)部分是輸入輸出的抗干擾設(shè)計(jì)，主要是為了控制輸入輸出的電流干擾。最后一部分是外部配線的抗干擾設(shè)計(jì)，主要是為了防止外部配線之間的干擾。元件的選用在硬件設(shè)計(jì)中也占據(jù)非常重要的位置，如果選用的元件不合適，對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)有很大的影響（如圖）。

三、PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

1.PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試。PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試有兩個(gè)部分的調(diào)試，首先進(jìn)行模擬調(diào)試，在模擬調(diào)試無(wú)問(wèn)題的前提下進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。

（1）模擬調(diào)試：硬件進(jìn)行模擬調(diào)試的前提是控制系統(tǒng)與主電源斷開(kāi)，以此將硬件獨(dú)立出來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試。在模擬調(diào)試過(guò)程中，軟件部分的調(diào)試主要是利用各種輸入控制和觀察信號(hào)指示燈的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即使用開(kāi)關(guān)、電位表以及萬(wàn)用表等模擬輸入信號(hào)，在觀察PLC的輸出邏輯關(guān)系來(lái)驗(yàn)證軟件部分能否正常運(yùn)作。如果模擬測(cè)試軟件部分出現(xiàn)了邏輯錯(cuò)誤，要反復(fù)修改測(cè)試，直至輸出邏輯正確的位置。

（2）聯(lián)機(jī)調(diào)試：在模擬調(diào)試合格的前提下，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試了。聯(lián)機(jī)調(diào)試的目的主要是測(cè)試PLC控制系統(tǒng)軟件和硬件之間的兼容性，即將模擬測(cè)試合格的軟件程序載入到PLC控制電路之中進(jìn)行實(shí)際情況下的運(yùn)行。如果聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)果不符合預(yù)期的要求，則要重新對(duì)控制系統(tǒng)修改和調(diào)試直至達(dá)到相關(guān)要求為止.

2.開(kāi)關(guān)量控制方式基于PLC的應(yīng)用。這種控制方式在可編程控制器自動(dòng)化控制技術(shù)中應(yīng)用最廣泛，同時(shí)也是最基本的形式。由于PLC的自動(dòng)化應(yīng)用不但實(shí)現(xiàn)了邏輯控制，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了順序控制。所以逐漸替代了傳統(tǒng)的繼電器電路應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)既適用于單臺(tái)設(shè)備的單獨(dú)控制，也可以應(yīng)用到自動(dòng)化流水線中一組或者整套設(shè)備的控制當(dāng)中。

3.控制模擬量基于PLC的應(yīng)用。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)諸如：溫度、流速、壓強(qiáng)、液位、濕度等許多連續(xù)變化的模擬量。應(yīng)用PLC自動(dòng)化控制技術(shù)通常可以使這一類的模擬量應(yīng)用數(shù)字量之間A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)可以被記錄和跟蹤的量，從而解決了可編程器對(duì)模擬量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析的難題。

4.集中式控制設(shè)計(jì)基于PLC的應(yīng)用。集中式控制是指通過(guò)一臺(tái)功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制多個(gè)設(shè)備的“中央集中式”計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制模式。在該系統(tǒng)中，各個(gè)設(shè)備之間的運(yùn)行狀態(tài)以及聯(lián)系、監(jiān)控關(guān)系等都統(tǒng)一由中央PLC來(lái)配置執(zhí)行。所以這種集中式控制設(shè)計(jì)要比其他控制系統(tǒng)更方便易用，成本更低。但是這種控制方式的缺點(diǎn)是：其中任何一個(gè)控制對(duì)象的程序出現(xiàn)問(wèn)題或故障，都要通過(guò)停止中央PLC的控制，從而使其他所有依賴中央PLC控制的設(shè)備都不能正常工作。

5.分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的應(yīng)用。在分散控制系統(tǒng)基于可編程控制器的應(yīng)用中，每個(gè)受控對(duì)象都對(duì)應(yīng)著一臺(tái)PLC，在實(shí)際應(yīng)用中，分散控制系統(tǒng)多用于工業(yè)中多臺(tái)設(shè)備控制的生產(chǎn)線。由于每個(gè)受控對(duì)象都只接受自身的PLC控制，從而避免了其中任意設(shè)備發(fā)生故障導(dǎo)致其他設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。

6.運(yùn)動(dòng)控制中PLC自動(dòng)化的應(yīng)用。針對(duì)PLC能夠?qū)A周運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的特點(diǎn)。目前，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電梯、機(jī)器人、機(jī)械、機(jī)床等多種場(chǎng)合?？刂频幕驹硎牵涸诳刂圃O(shè)備的配置中，需要現(xiàn)在的采取專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊控制，而將過(guò)去進(jìn)行的直接應(yīng)用于傳感器及執(zhí)行指令中，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)及其單軸、多軸位置的控制模塊等。

在電氣設(shè)備中應(yīng)用了PLC控制系統(tǒng)后，能夠大大簡(jiǎn)化過(guò)去傳統(tǒng)的復(fù)雜繼電器邏輯，提高電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時(shí)，PLC系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單、故障率低，運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便等特點(diǎn)，也使得PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，提高了電氣設(shè)備的現(xiàn)代化、自動(dòng)化水平，因此，應(yīng)該在電氣設(shè)備中大力推廣PLC控制系統(tǒng)。

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