工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法探究

夏朝陽(yáng)

摘 要：本文從硬件設(shè)計(jì)與軟件編制兩方面入手，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法展開了探討，以期能夠?yàn)镻LC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn);PLC控制系統(tǒng);電源

引言：相比于其他自動(dòng)化控制系統(tǒng)，PLC（可編程控制器）雖然具有著編程簡(jiǎn)單、組態(tài)靈活、可靠性高的特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用難度相對(duì)較低，但面對(duì)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域的多樣化控制需求，要想根據(jù)用戶實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)出合適的PLC控制系統(tǒng)，卻仍然具有著較高的難度，而對(duì)于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的相關(guān)研究，則顯然是十分必要的。

1工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1PLC機(jī)型選擇

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，不同PLC控制系統(tǒng)雖然在設(shè)計(jì)思路、功能、控制精度等方面存在一定差異，但卻都會(huì)以PLC為核心，而在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于PLC機(jī)型的合理選擇自然也是十分重要的。一般來(lái)說(shuō)，PLC機(jī)型的選擇首先應(yīng)考慮到系統(tǒng)規(guī)模問(wèn)題，根據(jù)需控制的工業(yè)機(jī)械設(shè)備來(lái)對(duì)PLC單機(jī)控制或PLC形成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理選擇，之后再綜合程序難易程度、控制功能要求、運(yùn)行環(huán)境以及工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的工藝流程等因素，對(duì)具體的PLC機(jī)型進(jìn)行合理篩選。其次，則是要根據(jù)具體控制需求來(lái)確定PLC應(yīng)具備的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)，以保證PLC輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)數(shù)量多于輸入設(shè)備、輸出設(shè)備及A/D、D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)量。需要注意的是，由于PLC控制系統(tǒng)的功能通常都需要在投入應(yīng)用后再不斷加以完善，因此輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)在實(shí)際控制需求的110%左右，以保證PLC控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，而PLC的內(nèi)存容量雖然與輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)數(shù)量直接相關(guān)，只要輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)數(shù)量符合要求，基本不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存容量不足的情況，但為便于后期擴(kuò)展，同樣需要控制在實(shí)際運(yùn)行程序所需容量的125%以上[1]。最后，PLC的選型還要考慮到輸出端負(fù)載類型問(wèn)題，根據(jù)輸出端所帶負(fù)載的具體類型（直流型或交流型）及輸出點(diǎn)動(dòng)作頻率來(lái)選擇不同的PLC輸出方式（如繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出等），以保證PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，從企業(yè)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的角度來(lái)看，無(wú)論P(yáng)LC控制系統(tǒng)最終選擇何種PLC機(jī)型，都必須要盡量保持企業(yè)內(nèi)部所選PLC型號(hào)的一致性，這樣既可以為PLC模塊更換、備用PLC采購(gòu)提供方便，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，并為多級(jí)分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)建提供支持。

1.2輸入回路設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)輸入回路的設(shè)計(jì)通常應(yīng)考慮電源回路、電源應(yīng)用以及輸入靈敏度幾方面問(wèn)題，其中電源回路設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)PLC所用供電電源而定，目前比較常見的有85-240VAC及24VDC等幾種，電源回路只需與供電電源相適應(yīng)即可。當(dāng)然，由于PLC很容易受到電源干擾，因此從抗干擾設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，電源回路還需加裝如電源濾波器、隔離變壓器等電源凈化元件。而在電源應(yīng)用方面，則應(yīng)注意PLC上自帶24V直流電源的容量，并對(duì)電源進(jìn)行防短路處理，以免因電源過(guò)載或短路而使PLC突然停止運(yùn)行[2]。如輸入回路上存在直流供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)，PLC自帶直流電源容量有所不足，還需在外部增設(shè)24V直流電源，同時(shí)在連接外部直流電源時(shí)避開PLC自帶直流電源的“-”端及“COM”端。對(duì)于輸入靈敏度問(wèn)題，通常應(yīng)根據(jù)PLC廠家的輸入端電壓、電流規(guī)定來(lái)控制輸入設(shè)備的輸入電流、電壓進(jìn)行控制，以免因?qū)嶋H輸入電流、電壓過(guò)大而導(dǎo)致PLC出現(xiàn)誤動(dòng)問(wèn)題，影響其控制靈敏度。

1.3輸出回路設(shè)計(jì)

由于PLC輸出方法會(huì)受到輸出端所帶負(fù)載類型、輸出點(diǎn)動(dòng)作頻率、輸出電流大小等因素的直接影響，因此在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)輸出回路設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對(duì)各種主要輸出方式的特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確把握，之后再根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定具體PLC輸出方式。例如繼電器輸出對(duì)不同公共點(diǎn)的負(fù)載類型、電壓要求都比較寬松，允許的帶負(fù)載電流也比較高，但使用壽命會(huì)受到負(fù)載電流的直接影響，響應(yīng)速度相對(duì)較快，比較適合帶負(fù)載能力強(qiáng)、輸出點(diǎn)動(dòng)作頻率在6次/min以下的PLC控制系統(tǒng)。而晶閘管輸出與晶體管輸出的響應(yīng)速度較快（響應(yīng)時(shí)間分別為1ms、0.2ms左右），能夠適應(yīng)高頻動(dòng)作控制需求，但帶負(fù)載能力較差，比較適合輸出點(diǎn)動(dòng)作頻率較高的PLC控制系統(tǒng)[3]。

1.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

在不同PLC控制系統(tǒng)輸出回路設(shè)計(jì)差異較大的情況下，如選擇了晶閘管輸出、晶體管輸出等輸出方式，PLC無(wú)法直接帶動(dòng)負(fù)載，則還需利用三極管、固態(tài)繼電器等在PLC外部加裝驅(qū)動(dòng)電路，并安裝保護(hù)電路與浪涌吸收電路，以免電磁干擾等問(wèn)題對(duì)PLC運(yùn)行造成影響。此外，為滿足控制系統(tǒng)的后期維修需求，還要將PLC的印制板改為插拔式板，并嚴(yán)格按照說(shuō)明書進(jìn)行輸入/輸出布線。

2工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中PLC控制系統(tǒng)的軟件編制

2.1軟件編制準(zhǔn)備

PLC的編程難度雖然相對(duì)較低，通常僅需要使用數(shù)量較少的電器控制梯形圖與命令語(yǔ)句，即可根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際自動(dòng)化控制需求來(lái)完成軟件編制，但為保證編程準(zhǔn)確性與高效性，仍需在編制PLC控制系統(tǒng)軟件前，熟悉PLC軟件說(shuō)明書，并將準(zhǔn)確的梯形圖畫出（如具有圖形編輯器或軟件包，可省略此環(huán)節(jié)）。

2.2程序設(shè)計(jì)

在PLC軟件編程過(guò)程中，首先應(yīng)明確操作方法、需完成動(dòng)作等方面的系統(tǒng)控制要求，并將轉(zhuǎn)步時(shí)間、模擬精度等控制參數(shù)確定下來(lái)，為編程提供明確方向與標(biāo)準(zhǔn)。之后則需要對(duì)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備應(yīng)用情況加以了解，并將各種機(jī)械設(shè)備區(qū)分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備兩大類，依次完成輸入輸出地址的分配工作，保證每一個(gè)輸入信號(hào)、外部負(fù)載均能夠與輸入地址、輸出地址相對(duì)應(yīng)、輸入、輸出地址分配完畢后還要列出清晰的分配表，并利用梯形圖或助記符語(yǔ)言來(lái)繪制相關(guān)控制流程圖，為具體的控制程序設(shè)計(jì)提供依據(jù)。最后，則是要按照設(shè)計(jì)出的完整程序來(lái)對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試，查看系統(tǒng)是否能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)際控制需求，如存在控制精度不足、動(dòng)作異常等問(wèn)題，則應(yīng)分段進(jìn)行調(diào)試[4]。待調(diào)試完畢并確定PLC控制系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際控制后，則需要交付用戶進(jìn)行試運(yùn)行測(cè)試，如試運(yùn)行測(cè)試時(shí)PLC控制系統(tǒng)同樣能夠保持正常運(yùn)行，即可將軟件程序固化到EPROM，以免因程序丟失而影響PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，要想設(shè)計(jì)出符合實(shí)際控制需求的PLC控制系統(tǒng)，必須要在硬件設(shè)計(jì)階段把握好PLC選型、輸入回路設(shè)計(jì)、輸出回路設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)按步驟完成各項(xiàng)軟件編制準(zhǔn)備與程序設(shè)計(jì)工作，

參考文獻(xiàn)：

[1]秦常貴.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟及安全可靠性分析研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2020，33（06）：138-140.

[2]陳盛開.裝卸料小車運(yùn)行的總體框架結(jié)構(gòu)及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新區(qū)，2018，（02）：23.

[3]王華.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與應(yīng)用探討[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（09）：85-86.

[4]蘇曉峰，史啟程，劉金頌等.基于PLC的工業(yè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016，（03）：119-121.

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