工業生產中PLC控制網絡設計與研究

劉杰 河鋼唐鋼信息自動化部

當前以PLC為核心的工業控制系統，在計算機信息網絡時代逐漸朝大規模方向發展，不斷拓開啟網絡覆蓋范圍，并且PLC相關的生產企業逐步將發展的重點放在自我網絡產品的開發上，增強其網絡的連接能力。工業控制技術的不斷創新和發展，帶來了PLC技術的廣泛投入使用，并且取得了比較顯著的成果。這項技術的應用，使得工業控制自動化和現代化發展方向更為明顯。為了能夠深入了解這項技術以及其對現代社會的意義，本文將結合理論和實踐經驗，展開以下幾點論述。

1 PLC相關概述

PLC是一種可編程控制器，在這項技術當中，能夠對于編程程序進行記憶，采用存儲令的方式，執行相關功能，包括邏輯、順序、記述、演算等方面，采用數字或者模擬的方式輸入或輸出，帶來整個機械或生產過程的控制與發展。PLC技術自誕生以來就受到了廣泛關注，并且近幾年來其功能不斷完善，性價比不斷提高，所應用的領域也呈現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構上，所表現出來的特征是基本相同的。在硬件結構上，P L C主要涉及到的是C P U存儲器、I/O接口單元和擴展接口部件等方面構成，這一構成結構同樣適用于整體是和模塊是兩種組成方式上。

2 PLC硬件控制系統設計

2.1 基本原則

任何一種電氣控制系統存在的一個重要目標就是實現被控制對象的工藝要求，所謂被控制對象，包括生產設備和生產過程當中的一些環節，這樣一來才能夠提高整體生產效率和產品質量。所以在PLC控制系統的設計過程當中，會涉及到諸多方面。

首先是設計原則，在設計過程當中應當最大程度上滿足整體流程過程的要求，保證整個計算機控制系統具有穩定性和可靠性，并且能夠滿足生產發展的需要。其次，從評估控制任務上來看，需要對于被控制對象進行仔細的分析，包括控制規模工藝的復雜程度、可靠性要求和數據處理速度等方面。以控制規模為例，控制系統當中的規模需要材料、I/O設備總數來進行衡量。如果控制的規模非常龐大，那么控制的I/O設備就會比較多，這個時候適合采用PLC控制系統。

2.2 PLC控制系統設計的一般步驟

在PLC系統的設計過程當中，首先要熟悉被控制對象，在這一環節，設計人員需要深入現場進行認真的調查和研究，并且收集相關資料，組織操作人員一起對于資料當中的數據進行分析和討論，提出其中存在的問題或者是潛在問題，預設好的解決方案。所以在這一階段當中，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行有效分析，還需要考慮到P L C與其他設備之間的關系是否存在通信聯網的狀況。其次，應當對硬件設施進行選擇。具體來講，對于I/O設備的選擇，需要涉及到輸入設備和輸出設備兩大方面。就前者而言，包括按鈕位置開關和傳感器。就后者而言，包括接觸網、信息號指示燈和其他執行器等，然后對于P L C進行選擇，包括P L C的機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，還有沒有進入PLC的控制電路。

在編寫應用程序環節，應當根據控制系統的要求，采用合適的設計方法設計出來PLC程序，程序當中需要滿足的條件是相應的系統控制要求，并且逐漸注意編寫實現控制功能的任務程序。在這里程序當中，還應當涉及到初始化程序、故障診斷程序、保護連鎖程序等。

在初始化程序環節，要做一些關于初始化的操作，為動作的啟動提供必要條件，從而避免系統發生錯誤動作。與此同時，對于某些數據區和計數器要進行清零處理，在故障診斷程序當中，一定要保持其獨立性，在程序設計基本完成之后，添加這一環節。

2.3 PLC控制器的設計

這是控制設計過程當中非常重要的一步，需要結合對象的數據模型和特征，確定控制器的結構，然后根據所要求的性能指標確定出來控制器的參數值。在控制系統當中，壓力液位傳感器需要將檢測到的信號，從壓力信號轉變為電信號得到偏差，將偏差送入到PLC控制器當中進行修正。所以這一控制系統是一個閉環的過程，所涉及到的算法是P I D控制算法，根據現行經驗運作確定一組調節器參數。然后將系統投入到閉環過程當中，如果控制質量差強人意，可以根據各個規定各個整定參數，對于控制過程的影響來改變調節器的參數。

3 PLC控制系統軟件設計

3.1 設計思路

在整個P L C運行階段，計算出來P I D參數值，將其儲存到數據寄存器當中，然后啟動開始按鈕系統開始，所用到的周期大約是十秒鐘。傳感器當中所感受到的壓力逐漸轉變為電信號輸入到PLC當中，然后借助于程序計算的方式測量出來壓力，將這里得到的壓力和初始值進行比較，從而發出準確的條件命令。

3.2 PID指令向導作用

在上述過程當中需要涉及到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的控制過程。注意向導可以完成大多數PID運算的自動編程，用戶在使用過程當中需要對于PID向導所生成的子程序進行調節，從而完成相應的控制任務。向導當中不僅能夠生成控制算法，還能夠對于開關量的輸出進行有效調節，這樣一來，整個程序就會簡單易懂，達到控制要求。

4 結語

總的來說，在我國當前經濟發展環境之下，工業控制領域得到了多方面關注，基于PLC的工業控制系統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效率，因此深入研究這一系統也是當前工業領域所關注的焦點。在本文研究當中，從軟件和硬件兩大方面著手，分析了P L C工業控制系統程序設計，在未來發展過程當中，這一系統將會朝著高效可持續方向，實現更為實現跨越式發展。