關于可編程控制器控制系統總體設計的分析

摘 要:社會進入了信息化時代，可以說周圍大部分事物都是由信息化進行控制，一個小小的可編程控制器就能控制整個系統的工作，那么它是怎么進行控制的，本章中，主要根據可編程邏輯控制器的一些原理，還有它在現實中的應用簡要的分析討論下。

關鍵詞:可編程邏輯控制器 系統設計 設計不足

中圖分類號:TP391.8文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0018-02

隨著社會的不斷發展和進步，可編程控制器得到了廣泛的應用，什么是可編程控制器呢？它是一種專門在工業環境下，能應用數字進行運算的電子系統。它采用的是可以編程的存儲器，因為這樣的存儲器能在它的內部執行邏輯性的運算，還有一些順序控制計時等指令，以此來控制著各式各樣的機器。就目前的情況來看，大部分的計算機集散控制系統中都存在著可編程控制器，下面，我們就可編程控制器控制系統總體的一些設計作簡要的淺析。

1 可編程控制器控制系統設計的原則

可編程控制器所要執行的任務就是要滿足被控對象提出的各項性能指標。被控的對象也就是工業中生產的控制設備、生產工藝過程、還有就是自動化的生產線。想要在生產中，勞動生產率最高，產品的質量還要得到保障，勞動強度和危害程度也要保持在最低的狀態，就要合理的進行設計PLC控制系統，PLC是可編程邏輯控制器，那么就要遵循這幾個原則。

1.1 最大限度最合理的滿足被控對象的各項指標

想要合理的設計PLC控制系統，就要先對被控的對象有所了解，進入工廠，進行實地的考察，對它想要達到的指標進行最合理的分析設計。然后綜合考慮，擬定電氣控制方案，為之后的設計做好鋪墊。

1.2 控制系統要安全可靠

在電氣控制系統中，最重要的就是安全可靠性，如果安全可靠性沒有保障，那么在以后的使用應用中，不僅不能長期的投入生產，還能對人的生命健康帶來危害。所以必須把安全可靠性放在首要的位置上，這樣才能保障產品的數量和質量符合生產的標準。

1.3 系統最簡化

在滿足各項性能指標的前提下，使控制系統的結構最簡化，這樣可以方便操作，而且造價也比較低，在工廠的生產中也具有很強的使用性。簡單的結構在以后的使用和維護中也是比較容易。

1.4 留出適當的余地

工廠中的生產規模不是一成不變的，生產工藝也是在不斷改進的，因此在設計PLC系統的時候，要考慮到這點，要在設計中留有余地，這樣就要選擇有適當余量的PLC。

2 PLC控制系統的主要設計方法

2.1 設計任務的了解

在系統設計之前，要對被控制的對象進行深刻的了解，還要對生產中的工藝流程以及主要設備的性能進行熟悉，知道他們的工作原理，以此來確定想要設計的系統要完成的一些任務和性能。在設計過程中還要擬一份設計任務書，將設計中的一些設計要點和控制的方式寫入進去，便于之后的系統設計。

2.2 選擇合適的PLC

設計中選擇合適的PLC是很重要的，一般要考慮這幾個方面:(1)系統的控制目標。設計系統的時候要先明確系統的控制目標，在工廠中，主要的控制目標就是要保證生產的安全可靠性，使其能穩定的長期進行運作，還要保障產品的質量和數量，在不影響產品的質量的同時提高生產效率，還有就是改善信息管理。要根據需要選擇合適的PLC機型。(2)PLC的硬件性能。在進行PLC設計時要先對其的硬件有一定的了解，主要看的硬件就是CPU，它是PLC主要組成部分，只有CPU的能力強了PLC的能力才會好;指令系統，不同機型的PLC指令系統也是不相同的，這就要根據實際情況的應用來確定是什么指令，從而選擇出適合該指令的PLC;I/O系統，這是PLC系統設計中必須知道的參數;相應速度，在一般的情況下PLC的相應速度都是可以滿足現狀的，因為大部分PLC都是以數字量控制為主的控制系統，而對于少數含有模擬量的PLC控制系統來說，就必須的考慮響應速度了。除了以上的這幾個重要的硬件配置，還有一些其他的考慮的方面，例如說工程總投資、備品配件的統一性、技術支持等等。

2.3 PLC控制系統中硬件的相應設計

對于PLC控制系統中硬件的設計，其實就是指PLC外部設備的設計，主要的外部設備是輸入設備、執行元件、控制臺和柜、操作版面等。這些設計中我們要知道，每個設備都包含什么，都要具有什么樣的特點，然后根據需要進行合理的設計。

設備中I/O的地址分配，要根據用戶輸入和輸出設備的分析和整理進行制定的。對于I/O來說，在它的設備表中，應該具備I/O地址還有設備代號和名稱以及一些其他的信息，這樣才能根據各自的特點進行正確的安排，通常情況下都是相同型號的信號和相同的電壓等級安排在一起，以此確定施工的主要布局，最后繪制出I/0接線圖。

2.4 系統軟件的設計

控制系統軟件的設計就是利用梯形圖，來編寫主要的控制程序，我們通常采用的方法是經驗設計法和邏輯設計法。方法的使用要根據實際的情況來定。如果要設計控制系統規模比較大的系統時，可以將流程分成很多小步驟進行設計，設計中要注意，要確定每個步驟中的轉換條件和跳轉等功能，以便最后轉換成梯形圖時比較好操作。然而對于傳統的控制線路改造就方便的多，可以直接根據原系統中的控制線路圖，根據梯形圖的編程規則進行改造。用梯形圖編寫程序操作起來比較簡單，而且出錯率比較低，設計的周期也很短暫，因此在設計中總會應用到。

2.5 系統的運行

上面就是系統設計的基本步驟，步驟完成后，PLC控制系統有了一個大概的形體，我們這時可以進行模擬調試，在運行中，要保證硬件的正常運行，然后在這基礎上對軟件進行調試，來達到最好的效果。

3 可編程控制器控制系統的可靠性設計

3.1 從外圍電路提高系統的可靠性

3.1.1 關于接地

實現PLC接地良好，是保證正常運行的基礎。在設計時，應分開PLC接地和動力接地，采取專門接地;若不能分開，則采取同設備共同進行接地;如果禁止串聯接地，也不可將接地端子與大金屬框架連接，因為設備間會存在電位差，不利于PLC的運行。接地點應選擇在PLC臨近點，往地下打入角鐵，深度約為1m，用不小于4mm2扁鐵或導線焊接接地樁，接地電阻小于10Ω。尤其對于PLC三菱，如輸入端存在接地的符號，若沒有更好的接地方法，盡量不要接地。一般在現場的調試過程中，如無法消除干擾，撤除接地后，即可可靠運行PLC。

3.1.2 關于接線

PLC接線主要包含輸出和輸入接線。輸入接線的長度一般保持小于30m，根據實際100m也能可靠低工作。不能將輸入與輸出接線的COM端連接在一起，根據PLC的型號不同，輸出接線的方式也會不同。如PLC三菱信號的輸出端，COM1、2、3等都可根據執行元件分組設立電壓的等級，可連接長220VAC、36VAC、380VAC電源電路。如輸出電源的負載相似，則必須連接所有的COM。如輸出端電源的負載不同，則需連接相同的電源。分開設置輸入和輸出接線，特別是實際現場，必須進行分開設置。但盡量信號的輸出線和輸入線不存在同一電纜。輸入線可選擇接線鼻子連接牢固。

3.1.3 關于電路

PLC通過接受輸入電路的模擬量、開關量等信號，輸入電路元器的連接方式和質量的好壞，對系統的可靠性造成影響。例如，行程、按鈕開關輸入開關量是否具有良好的觸點接觸，接線牢固與否，設備機械限位的開關合格與否。如果條件允許，在設計時，最好選擇可靠性較高無觸點的開關，以代替機械行程開關。另外，按鈕常閉、常開觸點選擇也會對系統可靠性造成影響。以簡單的停止、起動控制線路為依托。

PLC構建了兩個典型的起、停控制線路圖，以及它們對應的梯形圖。兩條線路完全一樣的功能，起動按鈕指定輸出動作。停止按鈕指定輸出斷開，但它們可靠性不同。預設安全狀態為輸出斷開，那圖1可靠性比圖2要地，這是由于SB1、2發生故障的可能性較大，而常見現象為輸入電路開路。當選用圖2的線路，則無論開關是接線開路或本身開路，輸出都為安全狀態，保障了系統的可靠及安全。

3.2 從程序編制提高可靠性

3.2.1 關于分設功能塊

PLC其工作原理主要包含輸入采樣、公共處理、執行用戶程序、輸出刷新等掃描階段。即從第0步向最后一步逐一掃描，執行符合標準的指令。如果程序過長，運行過程中發生輸入故障，則可能導致事故的發生。可劃分控制要求功能，編制成包含許多功能的程序塊。例如:專門為實現一種功能、工作開始復位、緊急處理、自動或手動等程序塊，可通過調用、跳轉指令來實現。

3.2.2 關于處理功能塊

如果根據功能塊進行程序編制，采取跳轉、調用指令。當PLC處于工作狀態時，不會從第0步向最后一步逐一掃描，只逐一掃描符合要求的功能塊。選擇跳轉指令，要確保跳轉到所需執行的功能塊。對其余不需執行功能塊，采用入口條件進行鎖死，否則難以確定跳轉的方向。采用調用指令，需確完成功能程序塊的執行后，能回到所需執行程序。執行程序塊結束后，在進入下一程序塊之前，應清零不需要元件。否則就導致計數器、定時器完成執行后，處于無輸入條件下是，數據不為零。寄存數據器由于數據未清零，而導致結果錯誤。

3.2.3 關于監控程序的編制

當程序中，所需重點監控部分，可編制監控程序，監控程序力求簡單、實用。

3.2.4 關于處理緊急狀態

在可編程控制器控制系統處于工作狀態時，若出現緊急情況，執行機構必須例暫停動作。禁止向PLC輸出，根據執行結構和現場狀況，執行結構處于保持當前狀態，程序需返回為原始的狀態，且清零。值得注意的是，不能選擇切斷輸出端結構線路，以停止執行機構運行。因為程序并未停止執行，當故障排除后，PLC再次運行時，執行機構會錯誤動作，產生現場事故。

4 可編程控制器控制系統的自檢設計

4.1 鍵盤的故障自檢

許多按鍵組成了鍵盤，主要憑借兩個接點的開關閉合，以進行工作。按鍵的故障主要是有三種故障:開路、短路、接觸不良，反映特征也不同。其一，短路。當未按鍵時，觸點會自行的閉合。如果初始化程序，可查檢程序是否短路。如按鍵自行短路，可通過顯示鍵故障燈，提醒操作者鍵盤接口存在故障。操作者按照短路指示燈的亮起，可輕易扎到發生故障的器件;其二，開路。按鍵出現開路故障，操作者直接觀察即可得知。當PLC初始化程序后，顯示執行程序，設計時LED顯示全亮，則鍵盤處于正常的工作狀態。剛通電開機時，為按鍵且系統未工作，LPC對顯示程序反復執行，操作者可通過觀察看到LED的全部各段點亮。若按下按鍵，顯示器處于分時顯示工作方式，PLC查到存在鍵輸入，則要關顯示，再通過處理程序執行鍵功能。若按鍵出現開路故障，即使按下按鍵，PLC也查不到存在鍵輸入，此時的LED各段仍全亮，則表示按鍵發生開路故障;其三，接觸不良。機械出現接觸不良，主要有兩種影響:一方面沒按鍵與按下鍵狀態相同，類似于按鍵開路，則可將其作為開路故障對待。另一方面按下鍵后觸點隨即閉合，這屬于正常情況，按照震顫情況進行處理。

4.2 顯示器故障的自檢

自檢顯示器故障非常簡單，當剛開機時未按下鍵時，無短路故障，即可進行全部LED點亮。若一按下鍵，微機查到按鍵輸入即立刻關閉顯示，且在釋放按鍵后，分析執行鍵和通過處理程序執行功能鍵。按鍵抑制處于保持狀態，顯示器一直熄滅，鍵盤若無故障，一般可按照按鍵時顯示器的全熄狀態，開機后顯示器的全亮狀態，來判斷顯示器的接口是否正常。

4.3 指示燈的故障自檢設計

在可編程控制器控制系統中，指示燈很容易發生故障，也經常發生故障。導致操作者對指示狀態易產生錯覺。所以，需對指示燈的故障自檢進行設計。可在系統中添加一個輸入點，連接改輸入點與操作臺的按鈕。當按下按鈕時，輸入點為“1”指示，點亮全部指示燈，若某燈仍處于熄滅狀態，則表示該燈本身存在故障。我們可將這個按鈕稱為指示燈故障自檢按鈕。其編程方法:在每個燈的繼電器輸出支路中，聯接一個敞開的觸點，該敞開觸點即為故障自檢的輸入信號。圖3即為電機處于工作狀態時的指示梯形圖。圖中，Y1為與電機接觸器線圈進行連接的輸出點，當Y1=0時，電機停止，當Y1=1時，電機運轉。操作臺存在兩個綠、紅指示燈，分貝代表電機運轉和停止的狀態，對應兩個燈的輸出點為Y2、Y3，故障自檢輸入點為X0。

5 結語

文中我們就可編程控制器控制系統的總設計進行了討論研究，從中我們了解了可編程控制器的一些基本原理和作用，在實際的工業生產中，可編程控制器可以說是全面得到應用，它的出現使得工業越來越向信息化發展，在以后的生活中，可編程控制器的應用肯定會更為廣泛，而且隨著科技的發展，可編程控制器還會得到更好的改造和完善，以求更好的應用在工業中。

參考文獻

[1]楊定安.可編程序控制器在變頻器通信和控制中的應用[J].佛山科學技術學院學報(自然科學版)，2009(6).

[2]劉濤，徐梅梅.可編程控制器控制系統設計中應注意的幾個問題[J].赤峰學院學報(自然科學版)，2009(12).

[3]張建，何振俊.提高可編程控制器系統可靠性的探討[J].科技信息，2009(31).

[4]黃偉，胡青龍.淺議可編程控制器控制系統的可靠性[J].裝備制造技術，2008(9).

[5]周德平，鄒登海，王學武，等.基于可編程控制器的水電站監控系統的研究[J].武漢電力職業技術學院學報，2006(2).