淺析工業(yè)生產(chǎn)中PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

杜任翔 周楊 吳素芳

摘要：科學(xué)技術(shù)的推陳出新和在工業(yè)生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用使得可編程序控制器（PLC）在工業(yè)生產(chǎn)中得意充分應(yīng)用。得益于PLC自身具有諸多優(yōu)勢(shì)，小巧的體積使得在應(yīng)用中得心應(yīng)手、較強(qiáng)的抗感能力以及低損耗率等特質(zhì)使得其在推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和進(jìn)步中發(fā)揮著巨大的推動(dòng)作用。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)新常態(tài)的穩(wěn)健發(fā)展，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中要更加重視PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究和應(yīng)用。因此，筆者將根據(jù)工作實(shí)踐，對(duì)當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。

關(guān)鍵詞：PLC;控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)方法

經(jīng)濟(jì)新常態(tài)背景下，中國(guó)新興工業(yè)化道路深入發(fā)展，新技術(shù)被廣泛運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，尤其是以可編程序控制器（PLC）為代表的技術(shù)逐步取代單一的儀表或者繼電器來滿足工業(yè)向前發(fā)展。PLC憑借自身具有的諸多優(yōu)勢(shì)，小巧的體積使得在應(yīng)用中得心應(yīng)手、較強(qiáng)的抗感能力以及低損耗率等特質(zhì)，成為目前中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中生產(chǎn)自動(dòng)化的重要工具，尤其是被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)中，對(duì)于滿足現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需要提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

（一）PLC控制系統(tǒng)流程圖

在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始就要明確控制任務(wù)，并根據(jù)相應(yīng)的控制對(duì)象的工藝特點(diǎn)、流程以及控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、控制規(guī)律等因素進(jìn)行綜合分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)流程圖以及相應(yīng)的工作循環(huán)圖進(jìn)行梳理和歸納，并對(duì)流程圖的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的精細(xì)化，使得每一個(gè)每階段和每一個(gè)流程都是必不可少的。在制定PLC控制流程的過程中避免出現(xiàn)流程漏洞等問題，并對(duì)整個(gè)流程圖進(jìn)行評(píng)估和審核，以期在生產(chǎn)運(yùn)行中其應(yīng)有的效能可達(dá)到最大化。

（二）精確PLC的型號(hào)以及I/O相應(yīng)點(diǎn)數(shù)

作為控制系統(tǒng)的核心要素，PLC在選型號(hào)時(shí)一定要嚴(yán)格遵循所選公司以及外部設(shè)備型號(hào)以及PLC的容量進(jìn)行相應(yīng)的考衡，確保選取的PLC型號(hào)符合整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，切記避免出現(xiàn)匹配不當(dāng)而引起的不必要損失。在確定PLCI/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，要明確用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象等方面的內(nèi)容。

（三）繪制電氣原理圖

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，繪制電氣原理圖以及對(duì)PLC變量進(jìn)行合理規(guī)劃是整個(gè)PLC控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。在繪制電氣原理圖過程中要做好變量規(guī)劃工作，即：將PLC的輸入/輸出端口（I/O）分配給參與控制環(huán)節(jié)的各個(gè)電子元器件，并將一定PLC地址賦予給相應(yīng)的電子元器件上，從而實(shí)現(xiàn)元器件電子信息的輸入、輸出路數(shù)與實(shí)際的電路的相匹配，與此同時(shí)需要在繪制的電氣原理圖的時(shí)候，將PLC的輸入/輸出端口連接圖考慮在內(nèi)，一并在電氣原理圖中呈現(xiàn)。

（四）控制程序設(shè)計(jì)

基于設(shè)計(jì)任務(wù)要求進(jìn)行相應(yīng)的軟件的規(guī)格說明書的編寫，并在接下來的工作中對(duì)說明書中所涉及的編程語(yǔ)言進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，從而為PLC控制系統(tǒng)賦予相應(yīng)的程序指令，確保后續(xù)系統(tǒng)工作順利開展。

二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟

（一）立足生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求

確保PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，在起初必須要對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的流程進(jìn)行綜合的考察與分析，并對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行進(jìn)明確。第一，根據(jù)控制對(duì)象的工作性質(zhì)以及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行明確，尤其是要對(duì)時(shí)間控制、速度控制、行程控制等等進(jìn)行重點(diǎn)的考察，要確保各個(gè)硬件之間的合理分工，并通過軟件與硬件的有效結(jié)合來提升控制質(zhì)量和效果，需要注意的是在軟硬件搭配師要充分考察好技術(shù)方案與經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)聯(lián)的因素。

（二）明確輸入與輸出設(shè)備

根據(jù)PLC控制系統(tǒng)工作需要對(duì)用戶的輸入設(shè)備（傳感器、限位開關(guān)、操作開關(guān)等按鈕）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等元件）進(jìn)行明確，同時(shí)要根據(jù)輸出設(shè)備對(duì)象來確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。需要特別注意的是，在確定PLC時(shí)，要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，提取10%作為預(yù)留。

（三）軟件程序編制

PLC控制系統(tǒng)軟件程序編程主要由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。具體講：

1.硬件設(shè)計(jì)

選擇正確的PLC型號(hào)是確?？刂葡到y(tǒng)符合穩(wěn)定性、可靠性等評(píng)估指標(biāo)的關(guān)鍵。因此在硬件設(shè)計(jì)上需要做好相應(yīng)的工作。第一，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的需求和要求設(shè)置與之相匹配的容量、開關(guān)量數(shù)、輸出的點(diǎn)數(shù)、輸出功率以及相應(yīng)的輸出方式等;第二，確定并繪制PLC的輸入/輸出端口（I/O）地址分配表，并設(shè)計(jì)科學(xué)合理的I/O設(shè)備和PLC的連接線路圖，該步驟是設(shè)計(jì)硬件環(huán)節(jié)中的重要工作和步驟。在繪制連接線路圖時(shí)要將安全因素考慮在內(nèi)，設(shè)置相應(yīng)的安全應(yīng)急措施，例如短路保護(hù)、過電保護(hù)等必備的安全保障舉措;除此之外，要繪制好相應(yīng)的電氣原理圖，其中包括電器布置圖、操作面板圖、電氣安裝圖等等圖。

2.軟件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)軟件部分時(shí)，必須對(duì)生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)實(shí)際控制需求進(jìn)行充分了解和掌握，繪制流程圖要確保被控對(duì)象的動(dòng)作順序清晰、明確。通過控制軟件的設(shè)置，工作人員可以根據(jù)實(shí)際工作需求，把PLC的I/O地址分配表轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的的梯形圖，并將相應(yīng)的指令存儲(chǔ)在相應(yīng)的存儲(chǔ)器上。在實(shí)際運(yùn)用中可以在Windows運(yùn)行環(huán)境中實(shí)現(xiàn)梯形圖進(jìn)行輸入和編輯，并可轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)梯形圖監(jiān)控與修正。

（四）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試與離線模擬調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試工作中，連接輸入設(shè)備對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，從模擬有關(guān)調(diào)試程序進(jìn)行深層調(diào)試。在現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試過程中，可以通過跟蹤、監(jiān)控及單步等方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備匹配紕漏，并及時(shí)采取有效措施進(jìn)行糾正，避免不必要損失的發(fā)生。離線模擬調(diào)試是在編程軟件的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試，并可利用相應(yīng)的開關(guān)或者按鈕，通過輸入模擬開關(guān)量的輸入實(shí)現(xiàn)反復(fù)調(diào)試。

三、PLC 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

（一）圖解法編程

1.梯形圖設(shè)計(jì)法

由于設(shè)計(jì)圖形跟繼電器的控制電路相似度密切，因此可以采用梯形圖語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC程序的編制，并參照繼電器的控制電路進(jìn)行線路圖繪制，該法在實(shí)踐中是一種比較簡(jiǎn)易的編程方法。

2.時(shí)序流程圖設(shè)計(jì)法

采用時(shí)序流程圖設(shè)計(jì)法時(shí)需要在開始時(shí)就要對(duì)具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的控制時(shí)序圖進(jìn)行繪制，并根據(jù)相應(yīng)的時(shí)序關(guān)系繪制與之相匹配的程序圖，并把程序圖轉(zhuǎn)化為PLC程序。在實(shí)際運(yùn)用中時(shí)序流程圖主要應(yīng)用在以時(shí)間為基準(zhǔn)的的編程控制系統(tǒng)上面來。

3.邏輯流程圖設(shè)計(jì)法

利用邏輯框圖來表示PLC程序的過程來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入和輸出間的邏輯關(guān)系反映。該法具有較強(qiáng)的邏輯關(guān)聯(lián)系，所涉及的流程圖條理清晰，并能夠?qū)⑤斎肱c輸出的關(guān)系界定明確，對(duì)于分析控制程序非常有利，與此同時(shí)還可以更為簡(jiǎn)便地查詢出控制系統(tǒng)的故障點(diǎn)所在，方便進(jìn)行及時(shí)地維護(hù)和修正。

（二）計(jì)算機(jī)的輔助編程

利用PLC 編程軟件進(jìn)行相應(yīng)的在線編程或離線編程、在線調(diào)試或離線模擬、程序設(shè)計(jì)等工作，利用計(jì)算機(jī)可以快捷地完成程序存取、加密與形成 EXE 運(yùn)行文件等系列工作，提升工作效率。此外，利用計(jì)算機(jī)的輔助編程可以開展在線編程或離線編程、在線調(diào)試和離線模擬等工作。

（三）經(jīng)驗(yàn)法編程

編程是一項(xiàng)考察經(jīng)驗(yàn)性的特殊工作，在編程設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)驗(yàn)法編程也是非常有效的一種。工作人員根據(jù)程序設(shè)計(jì)要求和目的，并結(jié)合自身的編程工作經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)編程進(jìn)行個(gè)性地創(chuàng)作，且所設(shè)計(jì)出的程序體現(xiàn)個(gè)人能力，并能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)地修改。

PLC是融合自動(dòng)化控制、通信及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域最新技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的組成部分，未來的發(fā)展?jié)摿Υ?、空間廣闊，隨著技術(shù)的更新速度加快，未來PLC將有更好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：浙江巨化熱電有限公司）