基于PLC技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

李寧

山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司 山東濟(jì)南 250101

PLC具有很強(qiáng)的邏輯控制能力，由于其體積小、功耗低、配置容易，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的分布式控制。由于PLC的硬件結(jié)構(gòu)大多是由模塊化組件構(gòu)成，軟件程序是可編程，運(yùn)用于工業(yè)控制時(shí)有非常強(qiáng)大的靈活性，必要時(shí)還可編寫多套或多組程序，依需要調(diào)用，很適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多工況、多狀態(tài)變換的需要。目前用PLC應(yīng)用不僅僅滿足于完成控制，更需要完成控制的優(yōu)化，通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)、控制方式、控制邏輯的軟硬件優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)最優(yōu)的控制效果。

1 PLC自動(dòng)化基本工作原理

PLC自動(dòng)化技術(shù)其實(shí)就是充分利用計(jì)算機(jī)當(dāng)中所編制的相應(yīng)程序?qū)C(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程進(jìn)行有效的控制，其實(shí)也就是數(shù)字化操控設(shè)備當(dāng)中的一種，和以往傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)相比較而言，這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中所需要的接線數(shù)量更少，而且各條線路可以利用不同的軟件進(jìn)行連接，同時(shí)還具有很好的抗干擾性能，日后的維護(hù)保養(yǎng)過程也更加方便，除此之外，在開始應(yīng)用之前就對(duì)各項(xiàng)操作流程設(shè)置好命令，在后期運(yùn)行過程中不需要調(diào)節(jié)。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包含了性能分區(qū)、通訊分區(qū)、處理設(shè)備、輸入輸出接口、儲(chǔ)存設(shè)備以及電源幾個(gè)部分，在這些內(nèi)容當(dāng)中，存儲(chǔ)設(shè)備的主要責(zé)任是對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行編輯，這樣就可以對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，同時(shí)還可以執(zhí)行一些簡單的操作命令；處理設(shè)備的主要作用是對(duì)系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行有效的采集，從而更好地保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；電源掌控著整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；輸入和輸出接口主要負(fù)責(zé)各個(gè)部分的運(yùn)行提供便捷的傳送服務(wù)。

2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

為了提高生產(chǎn)效率，在進(jìn)行PLC系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循一定的原則：（1）PLC系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)足夠安全可靠。保證其長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，且應(yīng)當(dāng)具有一定的容錯(cuò)性。（2）應(yīng)當(dāng)最大限度地滿足被控系統(tǒng)的控制需求。（3）在滿足安全性和控制性的需求前提下，力求系統(tǒng)的簡單性和經(jīng)濟(jì)性。（4）保證PLC系統(tǒng)具有良好的可拓展性，考慮到工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展留下一定的設(shè)計(jì)裕度。（5）保證PLC良好的實(shí)用性和可維護(hù)性。

3 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)的硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）在輸入電路方面。在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中它的輸入電源的電壓一般在指定的范圍內(nèi)，但是在整個(gè)輸入過程中也會(huì)存在大量的外界環(huán)境的干擾和設(shè)備的干擾影響電氣元件的應(yīng)用，在這個(gè)過程中為了實(shí)現(xiàn)輸入電路的正常狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)，就要進(jìn)行抗干擾裝置，避免干擾影響輸入的正常值。其次，在進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入電路過程中，要明確輸入電源的功率，及其載荷量，把系統(tǒng)和電源的綜合性進(jìn)行考慮，最后，在輸入上設(shè)置防護(hù)方面的加密工作，有助于提升PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性與安全性，避免在操作過程中出現(xiàn)短路或者是熔絲安裝錯(cuò)誤導(dǎo)致的危險(xiǎn)性。

（2）在輸出電路方面。在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)輸出電路時(shí)，需要先對(duì)輸入工作進(jìn)行完善，再把電路的整個(gè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行準(zhǔn)備，只有這樣才能保證正常運(yùn)行；在輸出電路過程中，需要結(jié)合電氣設(shè)備的變頻效果和控制效果來進(jìn)行管理，這樣不僅可以有效的完善PLC控制系統(tǒng)的頻率，還可以保證電氣設(shè)備中晶體管的工作狀態(tài)，防止在輸出電路過程中，出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致破損。

（3）在抗干擾優(yōu)化方面。在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的干擾因素充分考慮，采取針對(duì)性的優(yōu)化措施，促使干擾作用得到降低，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到保證。在具體實(shí)踐中，可以從這些方面著手：第一，采取針對(duì)性的隔離措施。研究發(fā)現(xiàn)，PLC自動(dòng)化控制效果會(huì)直接受到外界高頻干擾的影響，那么就可以將隔離變壓器科學(xué)運(yùn)用過來，以便有效消除掉高頻干擾，促使PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行得到保證。第二，采取針對(duì)性的屏蔽措施。研究發(fā)現(xiàn)，靜電、磁場(chǎng)等干擾因素可以被金屬柜有效屏蔽掉，那么就可以在金屬柜中放置PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)。第三，科學(xué)布線。布線的合理性也會(huì)影響到PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此就需要對(duì)其產(chǎn)生足夠的重視。如通過分開布置強(qiáng)電線路、弱電線路，可以促使干擾出現(xiàn)幾率得到大大的降低。

3.2 控制系統(tǒng)的軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過PLC軟件優(yōu)化可以使程序代碼簡潔明了，增強(qiáng)代碼的可讀性，降低芯片存儲(chǔ)器負(fù)擔(dān)，提高程序運(yùn)行效率。首先，要根據(jù)工程需要，合理劃分程序結(jié)構(gòu)，編寫功能性子程序，同時(shí)在子程序的編寫過程中要注意高內(nèi)聚、低耦合的編程原則，根據(jù)數(shù)據(jù)和控制字段的長度合理進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)封裝。其次，合理運(yùn)用中斷。中斷可以運(yùn)用在多種場(chǎng)合之下，例如在系統(tǒng)發(fā)生故障或工作狀態(tài)異常時(shí)，通過中斷可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)閉或緊急復(fù)位并可以在中斷中編寫報(bào)警程序。在多路控制或多通道采集時(shí)，也可以使用中斷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，而一些精確的延時(shí)操作也可以通過變現(xiàn)定時(shí)器中斷程序完成。通過合理配置中斷可以極大地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，適應(yīng)控制任務(wù)的復(fù)雜性需求，但濫用中斷有時(shí)也會(huì)使程序運(yùn)行不穩(wěn)定。再次，合理運(yùn)用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。目前，比較經(jīng)典的嵌入式操作系統(tǒng)有μC/OS-Ⅱ和μC/OS－Ⅲ，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)允許系統(tǒng)采用特殊的硬件指令實(shí)現(xiàn)高效的任務(wù)調(diào)度，為設(shè)計(jì)師提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和軟件框架，復(fù)雜的線程可以線程的方式運(yùn)行在操作系統(tǒng)之中，很好地適應(yīng)了工業(yè)控制中的實(shí)時(shí)性和復(fù)雜性需求。

4 結(jié)語

綜上所述，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在較大程度上促進(jìn)我國工業(yè)的發(fā)展，其具有一系列的優(yōu)勢(shì)，可以有效優(yōu)化生產(chǎn)過程，提升控制效果。但是，在未來的發(fā)展中，需要結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)工藝要求，積極優(yōu)化研究PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，從硬件優(yōu)化和軟件優(yōu)化兩個(gè)方面著手，完善PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能，提升其整體運(yùn)行效率，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮更大的價(jià)值。