工業(yè)生產(chǎn)中PLC控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與研究

劉杰 河鋼唐鋼信息自動化部

當(dāng)前以PLC為核心的工業(yè)控制系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)時代逐漸朝大規(guī)模方向發(fā)展，不斷拓開啟網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，并且PLC相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)逐步將發(fā)展的重點(diǎn)放在自我網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開發(fā)上，增強(qiáng)其網(wǎng)絡(luò)的連接能力。工業(yè)控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，帶來了PLC技術(shù)的廣泛投入使用，并且取得了比較顯著的成果。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使得工業(yè)控制自動化和現(xiàn)代化發(fā)展方向更為明顯。為了能夠深入了解這項(xiàng)技術(shù)以及其對現(xiàn)代社會的意義，本文將結(jié)合理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，展開以下幾點(diǎn)論述。

1 PLC相關(guān)概述

PLC是一種可編程控制器，在這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)中，能夠?qū)τ诰幊坛绦蜻M(jìn)行記憶，采用存儲令的方式，執(zhí)行相關(guān)功能，包括邏輯、順序、記述、演算等方面，采用數(shù)字或者模擬的方式輸入或輸出，帶來整個機(jī)械或生產(chǎn)過程的控制與發(fā)展。PLC技術(shù)自誕生以來就受到了廣泛關(guān)注，并且近幾年來其功能不斷完善，性價比不斷提高，所應(yīng)用的領(lǐng)域也呈現(xiàn)出來不斷拓展的趨勢。在組成形式上，PLC一般分為整體式和模塊兩種，無論是前者和后者還是后者在邏輯結(jié)構(gòu)上，所表現(xiàn)出來的特征是基本相同的。在硬件結(jié)構(gòu)上，P L C主要涉及到的是C P U存儲器、I/O接口單元和擴(kuò)展接口部件等方面構(gòu)成，這一構(gòu)成結(jié)構(gòu)同樣適用于整體是和模塊是兩種組成方式上。

2 PLC硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基本原則

任何一種電氣控制系統(tǒng)存在的一個重要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)被控制對象的工藝要求，所謂被控制對象，包括生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程當(dāng)中的一些環(huán)節(jié)，這樣一來才能夠提高整體生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。所以在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，會涉及到諸多方面。

首先是設(shè)計(jì)原則，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)最大程度上滿足整體流程過程的要求，保證整個計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和可靠性，并且能夠滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。其次，從評估控制任務(wù)上來看，需要對于被控制對象進(jìn)行仔細(xì)的分析，包括控制規(guī)模工藝的復(fù)雜程度、可靠性要求和數(shù)據(jù)處理速度等方面。以控制規(guī)模為例，控制系統(tǒng)當(dāng)中的規(guī)模需要材料、I/O設(shè)備總數(shù)來進(jìn)行衡量。如果控制的規(guī)模非常龐大，那么控制的I/O設(shè)備就會比較多，這個時候適合采用PLC控制系統(tǒng)。

2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟

在PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，首先要熟悉被控制對象，在這一環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要深入現(xiàn)場進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查和研究，并且收集相關(guān)資料，組織操作人員一起對于資料當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和討論，提出其中存在的問題或者是潛在問題，預(yù)設(shè)好的解決方案。所以在這一階段當(dāng)中，必須對于被控對象有一個全方面的了解，對于其中所涉及到的一些動作和動作條件進(jìn)行有效分析，還需要考慮到P L C與其他設(shè)備之間的關(guān)系是否存在通信聯(lián)網(wǎng)的狀況。其次，應(yīng)當(dāng)對硬件設(shè)施進(jìn)行選擇。具體來講，對于I/O設(shè)備的選擇，需要涉及到輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩大方面。就前者而言，包括按鈕位置開關(guān)和傳感器。就后者而言，包括接觸網(wǎng)、信息號指示燈和其他執(zhí)行器等，然后對于P L C進(jìn)行選擇，包括P L C的機(jī)型容量和電源等方面。在完成上述兩個步驟之后，需要對于P L C的I/O端口進(jìn)行分配，并且繪制PLC的外圍硬件線路圖。其中不僅有主線路圖紙，還有沒有進(jìn)入PLC的控制電路。

在編寫應(yīng)用程序環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出來PLC程序，程序當(dāng)中需要滿足的條件是相應(yīng)的系統(tǒng)控制要求，并且逐漸注意編寫實(shí)現(xiàn)控制功能的任務(wù)程序。在這里程序當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)涉及到初始化程序、故障診斷程序、保護(hù)連鎖程序等。

在初始化程序環(huán)節(jié)，要做一些關(guān)于初始化的操作，為動作的啟動提供必要條件，從而避免系統(tǒng)發(fā)生錯誤動作。與此同時，對于某些數(shù)據(jù)區(qū)和計(jì)數(shù)器要進(jìn)行清零處理，在故障診斷程序當(dāng)中，一定要保持其獨(dú)立性，在程序設(shè)計(jì)基本完成之后，添加這一環(huán)節(jié)。

2.3 PLC控制器的設(shè)計(jì)

這是控制設(shè)計(jì)過程當(dāng)中非常重要的一步，需要結(jié)合對象的數(shù)據(jù)模型和特征，確定控制器的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定出來控制器的參數(shù)值。在控制系統(tǒng)當(dāng)中，壓力液位傳感器需要將檢測到的信號，從壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕玫狡?，將偏差送入到PLC控制器當(dāng)中進(jìn)行修正。所以這一控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)的過程，所涉及到的算法是P I D控制算法，根據(jù)現(xiàn)行經(jīng)驗(yàn)運(yùn)作確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)。然后將系統(tǒng)投入到閉環(huán)過程當(dāng)中，如果控制質(zhì)量差強(qiáng)人意，可以根據(jù)各個規(guī)定各個整定參數(shù)，對于控制過程的影響來改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)。

3 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

在整個P L C運(yùn)行階段，計(jì)算出來P I D參數(shù)值，將其儲存到數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，然后啟動開始按鈕系統(tǒng)開始，所用到的周期大約是十秒鐘。傳感器當(dāng)中所感受到的壓力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲絇LC當(dāng)中，然后借助于程序計(jì)算的方式測量出來壓力，將這里得到的壓力和初始值進(jìn)行比較，從而發(fā)出準(zhǔn)確的條件命令。

3.2 PID指令向?qū)ё饔?/h3>

在上述過程當(dāng)中需要涉及到PID算法，在這里算法的支撐作用之下，能夠方便用戶形成一個閉環(huán)的控制過程。注意向?qū)Э梢酝瓿纱蠖鄶?shù)PID運(yùn)算的自動編程，用戶在使用過程當(dāng)中需要對于PID向?qū)傻淖映绦蜻M(jìn)行調(diào)節(jié)，從而完成相應(yīng)的控制任務(wù)。向?qū)М?dāng)中不僅能夠生成控制算法，還能夠?qū)τ陂_關(guān)量的輸出進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，這樣一來，整個程序就會簡單易懂，達(dá)到控制要求。

4 結(jié)語

總的來說，在我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境之下，工業(yè)控制領(lǐng)域得到了多方面關(guān)注，基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)也在這一背景之下受到了廣泛重視。長時間效果上來看，其能夠極大地提高生產(chǎn)效率，因此深入研究這一系統(tǒng)也是當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域所關(guān)注的焦點(diǎn)。在本文研究當(dāng)中，從軟件和硬件兩大方面著手，分析了P L C工業(yè)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，在未來發(fā)展過程當(dāng)中，這一系統(tǒng)將會朝著高效可持續(xù)方向，實(shí)現(xiàn)更為實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。