淺談PLC的自動化控制系統(tǒng)設計

摘要：可編程控制器，即PLC，它是集合了計算機、網絡通信、自動控制等技術于一體而發(fā)展起來的一種新型自動控制裝置，一直以來，PLC在工業(yè)生產當中起到十分重要的作用，它應用在很多的工業(yè)設備生產與自動化的成產中，是現代最前沿的計算機的控制系統(tǒng)。本文從介紹PLC系統(tǒng)的概念開始，闡述了在控制系統(tǒng)當中PLC應該如何進行設計，進而對PLC的未來進行一個展望。

文獻標識碼：A

文章編號：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備。在國際上是這樣定義的：一種采用數字進行運算和操作的電子化系統(tǒng)，是針對工業(yè)方面的應用進行設計的。它的儲存設備中具備了可編寫程序的作用，用來處理系統(tǒng)中的邏輯計算、定時以及順序的控制之類的操作指令，還采用數字和模擬的各類輸入與輸出，進行各種設備或者生產程序的控制。

作為一種新型的工業(yè)控制裝置，PLC有許多特點是其他控制器所不能比擬的，比如：PLC的運行速率快，因為其CPU的工作能力強；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)當中的各種需求；除此之外，還具有信號采集功能、中斷處理能力、輸出控制功能、存儲能力、邏輯處理能力、網絡通信能力、數據運算能力、定時能力以及計數能力等，這些特點為PLC的廣泛應用提供了重要前提，也為工業(yè)的自動化發(fā)展提供了諸多便利。

二、PLC控制系統(tǒng)的設計

（一）設計思路。

由于PLC控制系統(tǒng)當中涉及到不僅僅是計算機、網絡通信技術，還有自動控制技術當中的數據管理、圖形技術以及控制等其他技術，這樣就要求在進行系統(tǒng)設計時，要充分考慮這些技術之間的相互融合性和協(xié)調性，實現數據共享、信息同步。比如在配電網當中，為了提高網絡質量、降低網絡損耗、減少斷電次數，就必須在配電網的設計中以系統(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，并且還要以實用性、經濟性、穩(wěn)定性、可擴展性等設計要求為前提。

（二）設計要求。

1.硬件方面。

在PLC控制器當中，硬件設計是十分重要的，硬件設計的好壞會直接影響到設備的運轉的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性。此外，PLC很容易適應周圍環(huán)境，安裝比較方便，更換時也比較快捷。

比如在輸入輸出電路的設計中，設計輸入電路時，考慮到電源要具有普遍性、抗干擾等問題，因此，一般采用的是240V作為供電電源，并且在電源當中還加入了凈化原件以此來達到隔離要求。除此之外，考慮到電路中可能出現短路現象，因此，在選擇電源容量時采用輸入電路功率的二倍，并且在輸入段安裝熔絲以此來起到保護電路的作用；設計輸出電路時，假如生產中有高頻的動作，那么在設計PLC時，就需要通過繼電器進行輸出，這樣不但保證了生產的要求，而且抗干擾能力、負載能力都得到了很大提升，而如果在輸出端的負載是具有電磁感應一類的，那么在突然斷電時就會出現電磁干擾，這樣就會產生電流的沖擊，因此為了防止這種沖擊燒壞PLC，就需要在此設備的旁邊安裝二極管，以此來起到保護的作用。

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

2.軟件方面。

PLC系統(tǒng)進行設計時，除了要對硬件進行設計，還要進行軟件的設計。在進行軟件設計時，要根據生產的需求來進行劃分，不同程序實現不同的功能，軟件設計中最為重要的就是過程的編寫，PLC控制系統(tǒng)應用的效果如何關鍵是要看軟件設計方案是否合理、高效。因此，在進行程序編寫時，一個子程序不但可以獨立的實現一些簡單的功能，而且還要在組合模塊中也要發(fā)揮相同的功效。一般程序結構分為三種：循環(huán)、條件以及順序，表達方式也為三種：STL（語句表）、CSF（功能圖）、LAD（接點梯形圖），在PLC程序當中，最小的語句單元稱為控制語句，比如LDI0.2就為一個完整的控制語句。除此之外，在編程的過程中，一定要盡可能的保證各種指令的正確性，假如出現錯誤，也必須有相應的程序來保護設備、控制設備。比如在一個生產線當中，有某一個設備是關鍵設備，必須要保證它的可靠性，因此，在編程時，就需要充分考慮到這一點，可以利用程序連鎖措施來最大限度的保護生產線的正常運行，就算出現意外，也會立馬停止，同時發(fā)出警報。對于干擾問題，可以通過設計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)的未來發(fā)展

隨著自動化以及微處理器技術的不斷發(fā)展，PLC已經廣泛的應用在各行各業(yè)當中，如汽車制造、控制設備、立體倉庫、環(huán)保以及娛樂設施等等。未來的PLC發(fā)展可以分為以下幾個方面：①人機界面更加友好，PLC生產商可以聯(lián)合一些有實力的軟件公司，提高自己的程序編寫能力，方便人們的操作，同時也降低了維護PLC的成本，比如現在的PLC+網絡+IPC+CRT模式就已經被人們普遍使用；②網絡通信能力得到大幅提升，PLC生產商在原有的基礎上，增加了各種通訊接口，提供了完整的通信網絡。③開放性與互操作性，如今的PLC雖然在開發(fā)工具上，各個公司使用的不同，但是在客戶端，卻基本上實現了兼容，同時還提出了一些標準，如：OPC（OLE for Process Control）標準，增強了軟硬件的互操作性，實現了數據的無縫傳輸。