基于PLC技術(shù)的自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計綜述

肖東澤

摘 要 科技的進(jìn)步，使PLC自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。對于我國來說工業(yè)領(lǐng)域在我國經(jīng)濟(jì)的整體水平比較高，因此信息技術(shù)及其計算機(jī)技術(shù)在不斷的取代傳統(tǒng)的發(fā)展，因此我們要不斷拓展該技術(shù)的創(chuàng)新，從數(shù)據(jù)到控制及其設(shè)計上需要不斷強(qiáng)化和完善。為PLC技術(shù)和自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展引領(lǐng)時代前端。本文就基于PLC技術(shù)的自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計展開探討。

關(guān)鍵詞 PLC技術(shù);自動化控制;優(yōu)化設(shè)計

1PLC技術(shù)

什么是PLC技術(shù)，主要是一種控制器，也可以說是工業(yè)發(fā)展中可以完善技術(shù)的一種計算機(jī)，對于在電氣自動化控制系統(tǒng)中，取代了傳統(tǒng)的電氣自動化設(shè)備，通過計算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)統(tǒng)計及其輸送結(jié)合起來的一種比較專業(yè)的自動化控制器，從性能和使用效率上得到了妥善的應(yīng)用，在電子自動化生產(chǎn)中也得到了合理的發(fā)展。其次，PLC技術(shù)的基本原理和變化，是隨著科技進(jìn)步在不停地更新，即使發(fā)生相應(yīng)的變化，在整個運(yùn)行的程序上和軟件上，主要目的就是滿足客戶的需求，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求[1]。

2PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計原則

隨著工業(yè)控制需求的不斷提高，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計也在不斷優(yōu)化。目前PLC系統(tǒng)可以分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個部分，硬件系統(tǒng)主要包括嵌入式CPU、電源電路、通用輸入輸出接口、通信模塊、驅(qū)動模塊。軟件系統(tǒng)主要包括嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用線程。為了提高生產(chǎn)效率，在進(jìn)行PLC系統(tǒng)優(yōu)化時應(yīng)當(dāng)遵循一定的原則：①PLC系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)足夠安全可靠。保證其長時間穩(wěn)定運(yùn)行，且應(yīng)當(dāng)具有一定的容錯性。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)計裕度。⑤保證PLC良好的實(shí)用性和可維護(hù)性。

3PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)的硬件優(yōu)化設(shè)計

硬件設(shè)計主要包括輸出電路設(shè)計和輸入電路設(shè)計兩種。①輸出電路設(shè)計。輸出電路在系統(tǒng)運(yùn)行過程中主要是通過變頻器或指示燈等設(shè)備向外部發(fā)出信號。對于輸出電路的設(shè)計，應(yīng)該要從整個電路的安全性出發(fā)。在輸出電路的設(shè)計過程中，一定要按照PLC自動化控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計，應(yīng)該利用晶體管提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。在運(yùn)行效率比較低的工作環(huán)境中，可以選擇使用續(xù)電設(shè)備，將其作為輸出電路設(shè)備。這個工作流程就比較簡單，而且相應(yīng)的工作效率也很高，可以在很大程度上增強(qiáng)PLC自動化控制系統(tǒng)輸出電路的負(fù)載能力。如果PLC輸出帶一些感性負(fù)載的話，負(fù)載在斷電的情況下會對PLC的輸出造成浪涌電流沖擊，可以采用在直流感性負(fù)載旁邊并接續(xù)流二極管，交流感性負(fù)載并接浪涌的措施來將電路吸收，起到保護(hù)PLC的作用。②輸入電路設(shè)計。PLC的供電電源一般情況下為AC85-240V，應(yīng)用范圍比較廣，正常穩(wěn)定的輸入電路是PLC自動化控制設(shè)備進(jìn)行工作的基礎(chǔ)，同時還能控制系統(tǒng)的供電電源，具備良好的工作適應(yīng)范圍。針對我國現(xiàn)階段工業(yè)的需求，PLC自動化控制系統(tǒng)一定要有一個很強(qiáng)的抗干擾能力，同時還要考慮周圍環(huán)境對電路的影響，這時候就需要安裝電源凈化元件，濾波電源、隔離變壓器等。在隔離變壓器中，系統(tǒng)實(shí)施雙層隔離的方案，同時建立屏蔽層，降低外部環(huán)境對系統(tǒng)電路的影響。在輸入電路的設(shè)計中，為了防止電路短路、電路電源穩(wěn)定性不足的現(xiàn)象發(fā)生，一定要注意電源容量，一般情況下，選用的電源容量為輸入電路功率的兩倍。電路還需要很好的安全性，所以要安裝相關(guān)型號的熔絲。

3.2 PLC軟件優(yōu)化設(shè)計

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)用在多種場合之下，例如在系統(tǒng)發(fā)生故障或工作狀態(tài)異常時，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警程序。在多路控制或多通道采集時，也可以使用中斷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，而一些精確的延時操作也可以通過變現(xiàn)定時器中斷程序完成。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，但濫用中斷有時也會使程序運(yùn)行不穩(wěn)定。再次，合理運(yùn)用嵌入式實(shí)時操作系統(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)計師提供設(shè)計基礎(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)時性和復(fù)雜性需求。

3.3 控制系統(tǒng)的抗干擾能力優(yōu)化設(shè)計

首先，PLC自動化控制系統(tǒng)可以在電源添加隔離變壓器，以此降低電路承受的壓力，減少電路故障的發(fā)生。隔離變壓器一定要接地，接地性好的PLC自動化控制系統(tǒng)可以很好地抵抗磁場的干擾，同時當(dāng)電路的電壓有波動的時候，也能很好的避免電壓沖擊對電路產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象?，F(xiàn)階段，常用的PLC抗干擾電路優(yōu)化設(shè)計主要使用的是隔離、屏蔽和布線三種方案。其中，隔離是最常用的方案，主要是對系統(tǒng)運(yùn)行周邊出現(xiàn)的電容耦合進(jìn)行隔離;而屏蔽也是比較常見的一種方式，其主要是將干擾源屏蔽到金屬柜當(dāng)中，確保系統(tǒng)在運(yùn)行中處于一個正常的狀態(tài)，這個抗干擾的方式用起來比較簡單，而且產(chǎn)生的抗干擾性比較強(qiáng)，效果很好;布線就是將不同的信號線分散開來，將干擾源分散，在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)中，也是一種比較常用的抗干擾方式。

4結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前PLC已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)與個人計算機(jī)之間的高效通信，可用計算機(jī)參與編程及對PLC進(jìn)行在線管理，而各類智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），在PLC的控制下也可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信，交換數(shù)據(jù)，相互操作，這適應(yīng)了當(dāng)今計算機(jī)集成制造系統(tǒng)及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點(diǎn)到線再到面，使設(shè)備級的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益。面對不斷提高的控制需求，相關(guān)設(shè)計人員要做好PLC設(shè)計優(yōu)化工作，加強(qiáng)自主創(chuàng)新和技術(shù)融合，不斷拓寬PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱明偉.PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計探究[J]信息通信，2016， （09）：280-281.