基于可編程序邏輯控制器的基礎工業過程控制系統的設計與探究

劉雪花,王 健

（黃岡科技職業學院,湖北黃岡,438000）

工業上用到的電子加速器通常都是束流光學、集核物理、電磁學、計算機技術、自動化控制技術以及制造技術多種技術綜合起來的一種高科技的新產品。基于PLC的電子加速器系統主要用在第一，燃煤電廠中對排出去的煙進行除硫處理；第二，對橡膠輪胎進行硫化處理；第三，電纜、電線以及熱收縮管線的輻照關聯生產；第四，對谷物進行殺菌處理等很多的用途。整個PLC控制系統包含很多的調節測量信號，通過這些信號的輸入輸出就可以進行具體的操作了。

1 確定方案以及相關的技術要求

對可編程序邏輯控制器來說，計算機控制系統方案的確定是一個非常重要的環節，因為它要控制的目標是工業上會用到的電子加速器，對這種設備進行控制的系統必須要擁有非常高的可靠性、安全性以及穩定性。

電子加速器的工作環境通常都是非常惡劣的，如果使用的是計算機控制系統，當計算機在工作的時候那些輸入和輸出的信號就會受到環境的干擾，這樣就會對控制的結果出現一定的偏差，還有就是電子加速器是一個強束流、高電壓的設備，電子加速器本身就是一個對電磁信號有非常大干擾的源泉，此外還會有一些通過空間引入的干擾，并且以上說到的干擾其干擾能量都是非常大的，這時候對信號的輸入和輸出就會造成非常大的影響。

我們選擇的控制系統應具備以下功能：第一，非常可靠的安全保護能力，可防止在出現事故時對設備和人身造成傷害；第二，電子加速器應擁有比較高的穩定性；第三，系統能夠自動穩流、穩壓；第四，盡量提高系統的自動化水平，這樣可以減少不必要的人員操作，在設備工作的時候也可以減小危害；第五，應該設計成為每個功能單元都可以進行擴充，這樣PLC控制系統能夠做到的控制范圍就更加廣泛了；第六，能夠自動去打印電子加速器在運行時候的一些參數以及歷史數據這樣就可以時刻了解加速器的運行狀態了，可在第一時間掌握實時情況，并且能夠尋找到解決這些問題的方法；第七，擁有比較友好的人機界面，并且能夠呈獻給人們動態的或者是直接的流程畫面，進行在線監測；第八，維修的時候應該比較方便，同時應該具有比較多的工作模式；第九，除了系統本身已經設定好的參數能夠進行比較穩定的運行之外，當操作人員對一些參數和狀態進行修改的時候設備能夠按照操作人員的指令去工作。

2 控制系統設計的原則以及對硬件的選擇

2.1 控制系統的抗干擾能力

把計算機技術作為核心內容的電子加速器系統必須要有非常好的抗干擾的能力，只有在抗干擾能力方面有一個非常好的表現才能夠把這個系統投入到工業使用當中去。

2.2 S7-200PLC的優點

這里我們選擇的是西門子生產的S7-200這個系列的PLC，使用這種控制系統作為核心設備是有很多優點的：第一，PLC是按照工業環境中應用到的電磁兼容標準進行設計的，在檢測的時候也能夠符合這種系統，我們會選擇那些在工業上通用的電磁輻射標準，在抗電磁噪聲能力方面的標準也會選擇通用的，PLC系統的可靠性都是非常高的；第二，PLC系統的控制系統是非常好的，它能夠完成對對數字量和模擬量的輸入和輸出工作、數值比較運算、順序邏輯控制、PID運算、定時、中斷處理以及延時等多種功能；第三，PLC系統的外部控制電路對模擬量的輸入和輸出具有較好的隔離和濾波功能，能從供電電源的電壓穩定以及停電保護方面進行對PLC系統進行保護。基于上述理由可保證可編程序邏輯控制器在受到比較嚴重的電磁干擾之后還能夠正常的工作。

3 控制系統的硬件組成

這里我們選用的是西門子公司出產的S7-200系列的可編程序邏輯控制器充當整個系統的核心。因為這是一個非常經典的系統，這個系統能夠完成許多的工業操作，對企業的財產安全、工作人員的人身安全以及其他方面有擁有很好的保護作用。

本機采用西門子CPU226，具有24個輸入點和16個輸出點，可連接7個擴展模塊、13K字節程序和數據存儲空間、6個獨立的30kHz高速計數器、2路獨立的20kHz高速脈沖輸出、具有PID控制器、2個RS485通訊/編程口、具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。西門子CPU226適用于較高要求的控制系統，可完全適應于一些復雜的中小型控制系統。

3.1 束流穩定的系統

首先我們應該通過取樣電阻的方式把第二級的電流信號采集好（這個信號表示的只是電子流束的大小而已），當束流信號傳送到PLC模擬輸入端的時候，就會通過PID回路進行預算，然后再通過模擬輸出端把已經得到控制的信號通過運放和光隔離的裝置把控制電子槍當中的電流連通起來，這樣就能夠形成一個閉合的回路了。然后還要把束流信號和最大的電流進行設定比較，假如束流信號比最大的設定電流還大的話，這樣硬件給出的保護信號所起到的作用就不大了。

3.2 能量的穩定系統

我們選用的系統擁有著兩種穩定模式：能量穩定模式和變頻器穩定模式。

能量穩定模式：這種模式是通過分壓電阻去取得能量的各個分壓值，并把這個值通過濾波電路然后再傳送到PLC系統的模擬輸入端去。通過PLC的模擬輸出端傳出控制信號，把這個信號放大之后添加到勵磁線圈之上就可以了。這種方法主要是通過把變頻器的信號輸入改變成為電動機的輸入電壓值，其實就是把初級線圈上的電壓值改掉，這樣就可以把能量穩定了，我們的目的也就達到了。如果單純的只是想改變能量而已，那么把計算機的給定值改變就可以了，但是這些遠遠不是我們需要的。通常來說，我們應該把能夠檢測到的能量電壓和最高的能量設定硬件相比較，這樣就能夠在最短的時間內對電流和電壓進行一種保護了，也就是對設備的保護。

變頻器穩定模式：這種模式只適用于電子加速器的調試工作。我們可以通過傳感器的測量來得到中頻的電動機輸出電壓，這時候把得到的數值和計算機的設定電壓進行對比運算，最后把給出的控制信號加到控制電機兩端去，這樣就能夠讓電機的電壓達到一個相對穩定的值，同時這時候也可以改變電機的電壓值。

3.3 校準和掃描系統

這個系統的主要作用就是要保證束流能夠均勻的轉過鈦箔之后還能夠進入到輻照去進行物品的加工工作，這樣能夠把束流分散到鈦箔之外，存留在鈦箔區域的束流會很少，鈦箔燒毀的可能就很小了，同時鈦箔的壽命也會得到一種保障。這個系統還能夠讓那些進入到空氣中的電子去按照需要的軌跡去進行運動，這樣就可以滿足那些比較特殊的輔照工藝的工藝要求了。

3.4 對系統設備的保護工作

第一，我們應該設置出工作狀態下的信號的連鎖，通過不同的狀態信號去把這些設備的運行情況做一個系統的總結；第二，將發出的信號傳送到計算機中去；第三，當加速器工作的時候應該把模式改為調試模式，這樣加速器就可以為整個系統提供一個旁路了，這時候系統就會相對穩定很多。

4 對軟件部分的設計

我們可以把控制部分的軟件分成是兩個部分，分別是應用控制程序以及上位機的監測管理程序，下面我們對這兩部分進行一個比較詳細的了解。

4.1 應用控制程序

我們這里講到的是由西門子提供的一種控制程序的編程軟件。這種編程軟件只能在windows系統上才能夠運行，這種軟件的編程語言主要有梯形圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊（FBD），SIMATIC STEP7編程軟件能夠很簡單的把程序進行編譯、修改以及調試工作，能把已經編制好的程序下載到PLC系統中去，同時這種編程軟件還有非常好的編輯功能，能夠把程序進行編輯、打印、存盤等工作。

4.2 上位機監測管理程序

我們能夠根據各個分機的不同功能去把控制程序進行分類，控制程序可以分為：第一，設置PLC的地址、連通上位機通訊；第二，加速器運行程序（主要包括連鎖控制、緊急保護控制、關機、加速器自動開機、工作模式的設定、遠程控制以及程序符合等）；第三，能量穩定程序以及束流工具。

5 結語

總而言之，現在已經應用到工業電子加速器中的可編程序邏輯控制器系統已經處于一個比較穩定的狀態，那些對PLC系統的運行有比較大影響的因素基本上已經得到了解決，由于控制系統已經趨于穩定了所以現在的電子加速器在工業中的應用也是越來越廣泛了。

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[3]劉元洋,劉德博主編.自動檢測和過程控制.北京冶金工業出版社,2011.10