淺談PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：可編程控制器，即PLC，它是集合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制等技術(shù)于一體而發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)控制裝置，一直以來(lái)，PLC在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中起到十分重要的作用，它應(yīng)用在很多的工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)與自動(dòng)化的成產(chǎn)中，是現(xiàn)代最前沿的計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。本文從介紹PLC系統(tǒng)的概念開始，闡述了在控制系統(tǒng)當(dāng)中PLC應(yīng)該如何進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)PLC的未來(lái)進(jìn)行一個(gè)展望。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-864X（2015）03-0044-01

一、PLC系統(tǒng)的含義

PLC也可以稱作可編程邏輯的控制設(shè)備。在國(guó)際上是這樣定義的：一種采用數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算和操作的電子化系統(tǒng)，是針對(duì)工業(yè)方面的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)的。它的儲(chǔ)存設(shè)備中具備了可編寫程序的作用，用來(lái)處理系統(tǒng)中的邏輯計(jì)算、定時(shí)以及順序的控制之類的操作指令，還采用數(shù)字和模擬的各類輸入與輸出，進(jìn)行各種設(shè)備或者生產(chǎn)程序的控制。

作為一種新型的工業(yè)控制裝置，PLC有許多特點(diǎn)是其他控制器所不能比擬的，比如：PLC的運(yùn)行速率快，因?yàn)槠銫PU的工作能力強(qiáng)；指令系統(tǒng)豐富以及可靠的操作系統(tǒng)；I/O接口和通信接口各式各樣，極大限度的滿足了工業(yè)當(dāng)中的各種需求；除此之外，還具有信號(hào)采集功能、中斷處理能力、輸出控制功能、存儲(chǔ)能力、邏輯處理能力、網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)運(yùn)算能力、定時(shí)能力以及計(jì)數(shù)能力等，這些特點(diǎn)為PLC的廣泛應(yīng)用提供了重要前提，也為工業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展提供了諸多便利。

二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思路。

由于PLC控制系統(tǒng)當(dāng)中涉及到不僅僅是計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，還有自動(dòng)控制技術(shù)當(dāng)中的數(shù)據(jù)管理、圖形技術(shù)以及控制等其他技術(shù)，這樣就要求在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮這些技術(shù)之間的相互融合性和協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息同步。比如在配電網(wǎng)當(dāng)中，為了提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、減少斷電次數(shù)，就必須在配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)中以系統(tǒng)工程為理念，利用系統(tǒng)集成的方式，統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)的兼容性、統(tǒng)一性，并且還要以實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性等設(shè)計(jì)要求為前提。

（二）設(shè)計(jì)要求。

1.硬件方面。

在PLC控制器當(dāng)中，硬件設(shè)計(jì)是十分重要的，硬件設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響到設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性。此外，PLC很容易適應(yīng)周圍環(huán)境，安裝比較方便，更換時(shí)也比較快捷。

比如在輸入輸出電路的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，考慮到電源要具有普遍性、抗干擾等問(wèn)題，因此，一般采用的是240V作為供電電源，并且在電源當(dāng)中還加入了凈化原件以此來(lái)達(dá)到隔離要求。除此之外，考慮到電路中可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，因此，在選擇電源容量時(shí)采用輸入電路功率的二倍，并且在輸入段安裝熔絲以此來(lái)起到保護(hù)電路的作用；設(shè)計(jì)輸出電路時(shí)，假如生產(chǎn)中有高頻的動(dòng)作，那么在設(shè)計(jì)PLC時(shí)，就需要通過(guò)繼電器進(jìn)行輸出，這樣不但保證了生產(chǎn)的要求，而且抗干擾能力、負(fù)載能力都得到了很大提升，而如果在輸出端的負(fù)載是具有電磁感應(yīng)一類的，那么在突然斷電時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電磁干擾，這樣就會(huì)產(chǎn)生電流的沖擊，因此為了防止這種沖擊燒壞PLC，就需要在此設(shè)備的旁邊安裝二極管，以此來(lái)起到保護(hù)的作用。

抗干擾的設(shè)計(jì)中，如今的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)普遍的使用自動(dòng)化設(shè)備，而在這些設(shè)備之間由于電流或者電壓突然的變化而產(chǎn)生電磁輻射，產(chǎn)生電磁波，進(jìn)而影響PLC系統(tǒng)的性能，此外，除了設(shè)備之間的電磁干擾，還有來(lái)自空間的電磁場(chǎng)的干擾，比如有雷電、廣播、高頻設(shè)備等，這些分布比較復(fù)雜，當(dāng)PLC處于射頻場(chǎng)中時(shí)就極易收到這些電磁波的干擾，所以，在設(shè)計(jì)抗干擾方面時(shí)，要正確選擇合適的電纜，并且在鋪設(shè)線路時(shí)，要盡量原理高壓線或者是動(dòng)力線，避免線路并行的現(xiàn)象；在硬件上要加入濾波器，濾除一些干擾；做好信號(hào)與屏蔽接地，防止出現(xiàn)“地環(huán)路”；變頻器中加入隔離變壓器、濾波器等措施來(lái)抑制變頻器的干擾。

2.軟件方面。

PLC系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了要對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)生產(chǎn)的需求來(lái)進(jìn)行劃分，不同程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，軟件設(shè)計(jì)中最為重要的就是過(guò)程的編寫，PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的效果如何關(guān)鍵是要看軟件設(shè)計(jì)方案是否合理、高效。因此，在進(jìn)行程序編寫時(shí)，一個(gè)子程序不但可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的功能，而且還要在組合模塊中也要發(fā)揮相同的功效。一般程序結(jié)構(gòu)分為三種：循環(huán)、條件以及順序，表達(dá)方式也為三種：STL（語(yǔ)句表）、CSF（功能圖）、LAD（接點(diǎn)梯形圖），在PLC程序當(dāng)中，最小的語(yǔ)句單元稱為控制語(yǔ)句，比如LDI0.2就為一個(gè)完整的控制語(yǔ)句。除此之外，在編程的過(guò)程中，一定要盡可能的保證各種指令的正確性，假如出現(xiàn)錯(cuò)誤，也必須有相應(yīng)的程序來(lái)保護(hù)設(shè)備、控制設(shè)備。比如在一個(gè)生產(chǎn)線當(dāng)中，有某一個(gè)設(shè)備是關(guān)鍵設(shè)備，必須要保證它的可靠性，因此，在編程時(shí)，就需要充分考慮到這一點(diǎn)，可以利用程序連鎖措施來(lái)最大限度的保護(hù)生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，就算出現(xiàn)意外，也會(huì)立馬停止，同時(shí)發(fā)出警報(bào)。對(duì)于干擾問(wèn)題，可以通過(guò)設(shè)計(jì)濾波器以及工頻整形采樣的方式消除周期性的干擾。

三、PLC系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展

隨著自動(dòng)化以及微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)當(dāng)中，如汽車制造、控制設(shè)備、立體倉(cāng)庫(kù)、環(huán)保以及娛樂(lè)設(shè)施等等。未來(lái)的PLC發(fā)展可以分為以下幾個(gè)方面：①人機(jī)界面更加友好，PLC生產(chǎn)商可以聯(lián)合一些有實(shí)力的軟件公司，提高自己的程序編寫能力，方便人們的操作，同時(shí)也降低了維護(hù)PLC的成本，比如現(xiàn)在的PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT模式就已經(jīng)被人們普遍使用；②網(wǎng)絡(luò)通信能力得到大幅提升，PLC生產(chǎn)商在原有的基礎(chǔ)上，增加了各種通訊接口，提供了完整的通信網(wǎng)絡(luò)。③開放性與互操作性，如今的PLC雖然在開發(fā)工具上，各個(gè)公司使用的不同，但是在客戶端，卻基本上實(shí)現(xiàn)了兼容，同時(shí)還提出了一些標(biāo)準(zhǔn)，如：OPC（OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳輸。