談PLC 自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

李 軍 張春龍

（1、牡丹江市市政工程設(shè)計研究院有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157000 2、牡丹江市路燈管理處，黑龍江 牡丹江 157000）

1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 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。

PLC 控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計。PLC 供電電源一般為AC85-240V，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件（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。

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)速器的啟動停止應采用晶體管輸出，它適應于高頻動作，并且響應時間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應首選繼電器輸出，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，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。

當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。

對于常見的AC220V 交流開關(guān)類負載，例如交流接觸器、電磁閥等，應該通過DC24V 微小型中間繼電器驅(qū)動，避免PLC 的DO 接點直接驅(qū)動，盡管PLC 手冊標稱具有AC220V 交流開關(guān)類負載驅(qū)動能力。

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。一般采用以下幾種方式：

隔離：由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1 超隔離變壓器，并將中性點經(jīng)電容接地。

屏蔽：一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC 系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場屏蔽作用，防止空間輻射干擾。

布線：強電動力線路、弱電信號線分開走線，并且要有一定的間隔;模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。

1.2 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。

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。

基本程序：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程序分成多個具有明確子任務的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最后組合成一個完成總?cè)蝿盏耐暾绦?。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。特別是用于復雜控制要求的生產(chǎn)過程。

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，應列出I/O 分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標志位分配表。

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

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。下面介紹幾點技巧。

PLC 各種觸點可以多次重復使用，無需用復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使用。如果必須是雙線圈輸出，可以采用置位和復位操作（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。

2 PLC 控制系統(tǒng)程序的調(diào)試

PLC 控制系統(tǒng)程序的調(diào)試一般包括I/O端子測試和系統(tǒng)調(diào)試兩部分內(nèi)容，良好的調(diào)試步驟有利于加速總裝調(diào)試的過程。

2.1 I/O 端子測試

用手動開關(guān)暫時代替現(xiàn)場輸入信號，以手動方式逐一對PLC 輸入端子進行檢查、驗證，PLC 輸入端子的指示燈點亮，表示正常;反之，應檢查接線或者是I/O 點壞。

我們可以編寫一個小程序，在輸出電源良好的情況下，檢查所有PLC 輸出端子指示燈是否全亮。PLC 輸入端子的指示燈點亮，表示正常。反之，應檢查接線或者是I/O 點壞。

2.2 系統(tǒng)調(diào)試

把PLC 控制單元的工作方式設(shè)置為“RUN”開始運行。反復調(diào)試消除可能出現(xiàn)的各種問題。在調(diào)試過程中也可以根據(jù)實際需求對硬件作適當修改以配合軟件的調(diào)試。應保持足夠長的運行時間使問題充分暴露并加以糾正。調(diào)試中多數(shù)是控制程序問題。一般分以下幾步進行：對每一個現(xiàn)場信號和控制量做單獨測試；檢查硬件/修改程序；對現(xiàn)場信號和控制量做綜合測試;帶設(shè)備調(diào)試；調(diào)試結(jié)束。

3 結(jié)束語

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)域得到了廣泛的應用。

[1]王濤.基于PLC 的電渣焊控制系統(tǒng)的研制[J].西南交通大學,2009-04-01.

[2]袁玉蘋.基于PLC 的閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)[J].哈爾濱理工大學，2009-03-01.