基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置與組態(tài)研究

黃榮坤（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司，安徽合肥231202）

基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置與組態(tài)研究

黃榮坤（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司，安徽合肥231202）

隨著科技的快速發(fā)展，我國(guó)的自動(dòng)化控制水平也在逐步提高，多種控制技術(shù)也層出不窮。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅提高了機(jī)械維修和養(yǎng)護(hù)的效率，同時(shí)也減少了人員、資源和資金的浪費(fèi)?？删幊痰目刂葡到y(tǒng)應(yīng)用了PLC技術(shù)之后，具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高和功能完善的特性。為此，本文就PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置及組態(tài)進(jìn)行了研究。

PLC；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；配置

引言

自動(dòng)化是人類(lèi)在科學(xué)發(fā)展領(lǐng)域中著重追求的一項(xiàng)技術(shù)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究越來(lái)越深入，并且要求也越來(lái)越高。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以劃分為執(zhí)行端和控制端，兩者都由系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，控制端和外界端口共同來(lái)控制系統(tǒng)，執(zhí)行端通過(guò)光通信的互動(dòng)連接得以實(shí)現(xiàn)。

1 PLC的原理

1.1 PLC的組成部分

PLC是可編程控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，控制技術(shù)和繼電器技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了PLC，其屬于一種微型的處理器，用來(lái)對(duì)編程進(jìn)行控制的儀器，是工廠控制的終端系統(tǒng)。PLC在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用相當(dāng)于大腦對(duì)人產(chǎn)生的作用一樣，負(fù)責(zé)引領(lǐng)其他部分嚴(yán)格按照編程好的程序開(kāi)展工作，圖1為可編程的組成示意圖。PLC和計(jì)算機(jī)的組成部分極其相似，主要由處理器、存儲(chǔ)設(shè)備、電源和接口組成。但PLC的程序比計(jì)算機(jī)的要簡(jiǎn)單很多，然而其同樣也可以在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)行工作。PLC系統(tǒng)中的編程軟件不僅可以用來(lái)調(diào)試設(shè)備還能編寫(xiě)程序，隨時(shí)了解PLC的參數(shù)，對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估［1］。近幾年來(lái)，編程軟件成為社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，PLC為人們提供了平臺(tái)，只需要將計(jì)算機(jī)和PLC連接起來(lái)，就能共享編程成果和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真。

圖1 可編程的組成示意圖

1.2 PLC的工作流程

PLC的整個(gè)工作流程 （見(jiàn)圖2）是在CPU的監(jiān)控下完成的，一旦出現(xiàn)任何問(wèn)題，PLC就會(huì)發(fā)現(xiàn)并且發(fā)出相應(yīng)的警示，只有保證供電的情況下，才能可循環(huán)的完成系統(tǒng)內(nèi)部的業(yè)務(wù)。PLC的工作流程如下：

（1）在PLC初始化階段，需要對(duì)所有內(nèi)部繼電器和定時(shí)器進(jìn)行清零操作和復(fù)位處理，PLC本身就具備自我診斷功能，會(huì)利用自我診斷程序定期的對(duì)電源和電路等查看是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤問(wèn)題；

（2）在PLC掃面階段，主要通過(guò)檢查PLC和其他設(shè)備的設(shè)備信息和連接狀態(tài)來(lái)保證設(shè)備間順利的進(jìn)行每個(gè)設(shè)備間信息傳遞，在所有設(shè)備間的連接狀態(tài)和信息都檢查完畢以后，PLC會(huì)自動(dòng)以掃描的方式開(kāi)始執(zhí)行程序中的語(yǔ)句命令，并且保存執(zhí)行結(jié)果；

（3）在信息的輸出、輸入方面，PLC會(huì)將程序執(zhí)行的最終結(jié)果傳送到相應(yīng)的映像區(qū)和外部的被控設(shè)備。在上述過(guò)程中，PLC需要不間斷的掃描，直到機(jī)器進(jìn)入停止休眠狀態(tài)［2］。

圖2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水處理廠污水處理工藝流程圖

2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組態(tài)研究

2.1 基本內(nèi)容

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的模擬過(guò)程是組態(tài)，主要用來(lái)修改PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案，在技術(shù)人員對(duì)PLC進(jìn)行安裝后，需要根據(jù)用戶發(fā)出的信息需求對(duì)配置完整的系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，修改其模塊參數(shù)。在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，機(jī)架主要分為擴(kuò)展機(jī)架和主機(jī)架的組態(tài)。在組態(tài)過(guò)程中，主機(jī)架的配置要嚴(yán)格按照它的分布進(jìn)行處理，不能隨意的更改信息；擴(kuò)展機(jī)架需按網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)配置進(jìn)行，接口模塊、電源、中央處理器的安裝位置都要符合標(biāo)準(zhǔn)，確定擴(kuò)展機(jī)架位置以后，需要增加模塊進(jìn)行安裝［3］。PLC控制系統(tǒng)如圖3。

圖3 PLC控制系統(tǒng)

2.2 參數(shù)分析

組態(tài)的匹配、機(jī)架的安排號(hào)和模塊名稱(chēng)都和模塊組態(tài)的參數(shù)息息相關(guān)，在組態(tài)分析中最重要的就是對(duì)模塊組態(tài)的分析，需要不斷地對(duì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。其中的每項(xiàng)參數(shù)都要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，反復(fù)的測(cè)定確保其準(zhǔn)確性?？梢酝ㄟ^(guò)以前測(cè)量得出的數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)標(biāo)定最終的參數(shù)，最后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析修改。偏移數(shù)值、信號(hào)類(lèi)型和過(guò)濾時(shí)間都是通過(guò)輸出端口傳輸、模擬信號(hào)的輸入和標(biāo)定的。為了能通過(guò)一定的比例使模塊實(shí)現(xiàn)其器件上、下的銜接轉(zhuǎn)換，需要設(shè)定相應(yīng)的過(guò)度時(shí)間來(lái)保證處理器以掃描的方式獲取相應(yīng)的輸出、輸入值，并且求得平均數(shù)。

3 PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置

3.1 PLC系統(tǒng)的配置原則

從粗到細(xì)、從整體到局部是PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)所遵循的基本原則，在完成某一配置操作之后，需要不斷重復(fù)操作并及時(shí)更新配置信息，不斷完善系統(tǒng)的配置。在進(jìn)行產(chǎn)品的選擇時(shí)，不僅要選擇合適的機(jī)型，還要具備可繼承、有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品。

（1）運(yùn)作方面還要保證系統(tǒng)的可靠性，對(duì)相關(guān)的設(shè)置信息進(jìn)行備份，PLC是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中最核心的部分，在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，不要僅局限于本身，應(yīng)從整體出發(fā)，遵循完整性原則。

（2）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在我們的生活應(yīng)用的范圍很廣泛，市場(chǎng)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求很大，有良好的發(fā)展空間，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也可觀。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷的對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，保證不存在疏忽的地方和錯(cuò)誤，最大限度的減少運(yùn)行成本和研發(fā)成本，提高生產(chǎn)的效率，減少技術(shù)人員的數(shù)量，使其更全面的投入到實(shí)際生活［4］中。

（3）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)有很多年的時(shí)間，不斷的創(chuàng)新和改善，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)以前使用情況的反饋來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，吸取更好的設(shè)計(jì)想法，使自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置在同一屬性產(chǎn)品的應(yīng)用更為全面，也節(jié)省了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，人力、物力和財(cái)力的投入。遵循和繼承可持續(xù)發(fā)展原則對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)也有更好的完善，進(jìn)一步優(yōu)化了它的技術(shù)水平，在發(fā)展空間上也有了很大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 PLC系統(tǒng)的配置方法

根據(jù)PLC已經(jīng)有的公式，當(dāng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出點(diǎn)和輸入點(diǎn)配置完成后，先對(duì)PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出點(diǎn)和輸入點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，然后設(shè)計(jì)并且分析模塊，確保電壓信號(hào)的穩(wěn)定性，分清交流電和直流電，因?yàn)殡妷簩?duì)輸入工作的影響很大，在配置開(kāi)始之前就得了解是否具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈g隔條件，還要根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用相關(guān)的手段對(duì)電壓采取隔離措施。進(jìn)行輸出點(diǎn)計(jì)算時(shí)，首先要確定好繼電器和半導(dǎo)體的輸出模式才能確定其輸出模式和輸出點(diǎn)的輸出模式相關(guān)聯(lián)的是半導(dǎo)體式、繼電器式還是回路式等模塊。

3.3 公用PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置

（1）公用PLC的應(yīng)用也占自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一部分，但公用PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)控制設(shè)備的需求量較大，安裝范圍也比較廣泛，所需的成本相對(duì)來(lái)說(shuō)也會(huì)有所上升。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和資金的節(jié)省，公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖4）可以配置兩個(gè)操作平臺(tái)和兩個(gè)遠(yuǎn)程終端柜，遠(yuǎn)程終端柜一個(gè)可以安裝在切割站，進(jìn)行設(shè)備的控制處理；另一個(gè)可以直接安裝在液壓站，進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)問(wèn)題處理。

圖4 公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)示意圖

（2）在公用PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，輸出輸入柜可以采用ControlNet模式和變頻設(shè)備進(jìn)行通訊，減少了對(duì)設(shè)備的使用、優(yōu)化了線路設(shè)計(jì)，節(jié)省了資金，對(duì)維修人員進(jìn)行檢查也提供了很大的方便。通過(guò)PLC技術(shù)的有效控制，優(yōu)化了變頻設(shè)備的連接線路，降低了變頻設(shè)備發(fā)生故障的可能性。

4 結(jié)語(yǔ)

PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以替代部分繼電系統(tǒng)，確保提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的靈活性，并且具備聯(lián)網(wǎng)、調(diào)節(jié)的功能。隨著PLC技自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，其使用領(lǐng)域更為寬廣，功能也越發(fā)全面，并且發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

［1］賈坤鵬，鄭 鵬.OPTO控制系統(tǒng)RS232通信的實(shí)現(xiàn)［J］.黑龍江科技信息，2016（25）.

［2］劉 芬.化工生產(chǎn)中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.化工管理，2014（06）.

［3］王德森.DCS控制系統(tǒng)的介紹與應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（14）.

［4］孟志強(qiáng).控制系統(tǒng)的區(qū)別與共通［J］.科技與企業(yè)，2013（04）.

TP273

A

2095-2066（2016）29-0243-02

2016-10-3