PLC控制系統(tǒng)的組成及其在工廠中的應(yīng)用

趙志成 韓鵬

【摘要】在我國(guó)現(xiàn)階段的工業(yè)設(shè)備中，由于PIC控制系統(tǒng)具有構(gòu)成簡(jiǎn)單、操作較為便捷迅速、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)與工廠生產(chǎn)中。尤其是在鋼廠的生產(chǎn)中，自動(dòng)化的控制系統(tǒng)不僅有效的縮短了控制時(shí)間，提升了鋼的生產(chǎn)效率，還大大減少了工人的勞動(dòng)時(shí)間與勞動(dòng)量，減少了工人發(fā)生安全事故的幾率，為工廠縮短了人力成本、時(shí)間成本等，因此，PIC控制系統(tǒng)在鋼廠中具有重要的意義。本文對(duì)plc控制系統(tǒng)的硬件與軟件構(gòu)成進(jìn)行分析，并對(duì)其結(jié)構(gòu)構(gòu)成、原理等進(jìn)行論述，重點(diǎn)分析plc控制系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PIC；控制系統(tǒng)；工廠；應(yīng)用

一、PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件、主要構(gòu)成分析

（一）1PLC控制系統(tǒng)的軟硬件分析

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，上下機(jī)位控制點(diǎn)較多，高達(dá)600多個(gè)，但是PLC當(dāng)中v0模塊數(shù)量的數(shù)目卻有限，I/O模塊是有主框架所配置，其數(shù)量較少，所以要適當(dāng)?shù)脑黾右恍┛蚣?。由于整個(gè)PLC系統(tǒng)只有一個(gè)中源模塊，所以全部用電均來(lái)源于UPS，并且整個(gè)體系的框架業(yè)只有一個(gè)進(jìn)出的輸入端結(jié)構(gòu)模塊，除此之外系統(tǒng)還另外設(shè)置了監(jiān)控站，上下位機(jī)可進(jìn)行通訊，至于軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，編程主要采用了TISOFT軟件，其編程是PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中本身就配置有的。邏輯指令集合的設(shè)計(jì)保證了該系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并且對(duì)故障的處理起到一定的作用。

（二）PLC的結(jié)構(gòu)組成

（1）進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)工作的中央處理器。

（2）用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量和一些其他信息的存儲(chǔ)器。

（3）接口電路。它是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及外圍設(shè)備的聯(lián)系通道，如輸入2輸出接口、鍵盤(pán)顯示接口、通信接口和擴(kuò)展接口等。

（4）輸入/輸出電路。輸入電路用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行隔離和電平轉(zhuǎn)換；輸出電路用來(lái)對(duì)PLC的輸出結(jié)果進(jìn)行放大和電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

（5）電源。包括系統(tǒng)電源、備用電源和掉電保護(hù)電源等。

二、PLC的工作原理

（一）輸入采樣階段

在此階段PLC以掃描的方式順序讀人各個(gè)接口的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。并在用戶程序運(yùn)行階段和輸出刷新階段保持不變，只有到了下一個(gè)周期的采樣階段才會(huì)根據(jù)實(shí)際的變化對(duì)v0映像區(qū)作相應(yīng)的改變。因此若輸入的是一個(gè)脈沖信號(hào)，則必須保證脈沖信號(hào)的寬度大于一個(gè)掃描周期，才能保證脈沖的有效輸入。

（二）用戶程序執(zhí)行階段

PLC總是按照由上而下的順序依次掃描用戶程序，在每一條梯形圖中，又總是按照先左后右、先上后下的順序?qū)Ω饔|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算。然后根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，對(duì)輸出點(diǎn)的邏輯線圈在系統(tǒng)RAM中的存儲(chǔ)狀態(tài)或I/O映像區(qū)狀態(tài)進(jìn)行刷新，而且在本掃描周期內(nèi)只對(duì)排在梯形圖下面的線圈或數(shù)據(jù)起作用，排在上面的線圈或數(shù)據(jù)只能在下一個(gè)掃描周期才會(huì)進(jìn)行刷新，這就是掃描技術(shù)的最大特點(diǎn)。

（三）輸出刷新階段

在一個(gè)掃描周期結(jié)束后，CPU根據(jù)用戶程序執(zhí)行完后I/O映像區(qū)內(nèi)的各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)對(duì)所有的輸出鎖存電路進(jìn)行刷新，然后驅(qū)動(dòng)輸出電路輸出到相應(yīng)的外設(shè)，此時(shí)才是PLC一個(gè)控制周期的結(jié)束。

三、PLC在化工生產(chǎn)中的控制應(yīng)用

（一）PLC控制模塊的設(shè)計(jì)

PLC在控制系統(tǒng)中的核心部分為控制器，分析控制器I/O部分的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)控制系統(tǒng)的工作方式。I/O代表控制器的輸入和輸出，連接PLC與系統(tǒng)中的被控對(duì)象，輸入部分采集系統(tǒng)信息，實(shí)行分析與處理，轉(zhuǎn)化為PLC可識(shí)別的信號(hào)，輸出與輸入的工作狀態(tài)恰好相反，將PLC內(nèi)部的信號(hào)，轉(zhuǎn)化為普通信息，傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)內(nèi)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備，作用于化工生產(chǎn)。PLC控制模塊的設(shè)計(jì)，著重考慮系統(tǒng)的傳輸距離、控制方式和干擾因素，還要考慮PLC接入點(diǎn)的選取，提高控制系統(tǒng)的效率。

（二）基于PLC的環(huán)境要求

PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本由電路和芯片組成，決定PLC的使用壽命，影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如：化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)空氣濕度明顯，影響電路的工作效率，干擾芯片應(yīng)用能力，導(dǎo)致PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕或腐蝕，降低控制系統(tǒng)的能力。因此，對(duì)PLC的應(yīng)用環(huán)境提出要求：（1）濕度基本控制在35%-80%，溫度維持在零上狀態(tài)，≤55℃；（2）保持環(huán)境的清潔度，避免揚(yáng)塵、強(qiáng)酸堿性氣體和導(dǎo)電物質(zhì)的干擾，防止PLC接觸不良，影響化工生產(chǎn)處理的精確度；（3）定期排查控制系統(tǒng)，清理現(xiàn)場(chǎng)，穩(wěn)定狀態(tài)，保持基于PLC處理控制系統(tǒng)良好的工作狀態(tài)。

（三）PLC的防干擾方式

化工處理控制系統(tǒng)對(duì)PLC運(yùn)行要求比較高，為防止PLC受過(guò)多因素的影響，為其構(gòu)建防干擾環(huán)境。首先以PLC為中心，圍繞控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)密閉的工作方式，例如：在密閉環(huán)境中，添加清潔氣體，避免外界刺激或不良?xì)怏w進(jìn)入，影響控制系統(tǒng)的運(yùn)行；其次PLC在控制系統(tǒng)中，較容易受振動(dòng)影響，盡量保持生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，降低系統(tǒng)的振動(dòng)頻率、幅度，滿足PLC的防振動(dòng)要求，防止PLC元件受損；最后加強(qiáng)對(duì)控制系統(tǒng)的管理，根據(jù)PLC的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和工作要求，合理管理控制系統(tǒng)。

（四）PLC的工作方式

處理控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)際化工生產(chǎn)，提出嚴(yán)格的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，特別是在因素控制方面，如：壓力、流量、體積等，發(fā)揮極大作用，結(jié)合PLC，提高控制嚴(yán)格性，保障控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PLC可以有效約束系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的控制情況，提出控制方式，優(yōu)化自動(dòng)化的控制狀態(tài)。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，PLC控制系統(tǒng)在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了非常重要的作用，其主要是由中央處理器、存儲(chǔ)器、接口電路、輸入輸出電路、電源等構(gòu)成，在工廠中主要由針對(duì)其設(shè)計(jì)、防干擾、工作方式等進(jìn)行研究。

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