在工業自動化生產過程中PLC控制系統的設計方法

摘要:隨著計算機和微電子技術的飛速發展，PLC控制系統得到了極大發展，在現代工業自動化生產過程中發揮著越來越重要的作用。本文介紹了在工業自動化生產過程中PLC控制系統的設計方法以及在使用中需要注意的一些問題。

關鍵詞:工業自動化生產；PLC控制；設計方法；注意事項

PLC是一款將計算機技術良好地應用到工業控制領域的支柱產品，隨著計算機技術、微電子技術的快速發展，PLC也得到了飛速發展，更新換代明顯加快，功能日益增強。當前，已被廣泛地應用到各種機械、生產的自動化控制過程中。在工業自動化生產過程中，確定控制系統的方案時首要考慮的問題就是是否需要采用PLC控制。如果符合下列情況中的任何一項，就應首選PLC：①系統所需I/O點較多，控制要求復雜；②處于工業環境中，對可靠性要求較高；③系統的工藝流程經常發生變化，需要經常調整輸入和輸出控制量；④要求完成多項定時計數，甚至更復雜的邏輯運算和算術運算，并且要求控制模擬量；⑤需要同其他設備通信聯網；⑥系統體積小要求控制系統的設備嵌入到系統設備中。本文介紹了在工業自動化生產過程中PLC控制系統的設計方法以及在使用中需要注意的一些問題。

1PLC控制系統的設計方法

1.1 選擇PLC機型的基本原則。PLC控制系統由PLC、輸入和輸出設備組成，對其進行設計只要涉及PLC選型及程序設計。考慮到PLC的應用場合、工藝流程、控制要求、程序難易程度無法確定，因此，很難固定一種選擇機型的標準，文章在此也只是提出了幾點供參考的選擇標準：①主要考慮I/O點的數量，根據控制系統需要的輸入、輸出設備，A/D、D/A轉換數確定I/O點數，通常留出約10%的裕量最為今后發展與改進的空間；②只要I/O點數足夠便可滿足大多數的PLC機型功能；③ I/O點數不同，相應地內存容量也會有差別，選擇內存容量也要留出一定裕量（一般為實際運行程序的25%），不單純追求容量大，只求夠用原則，另外，合理采用基本功能、比較、控制指令和一些高級指令還可縮短程序，大大節省內存空間；④考慮控制系統、PLC在結構和功能上的合理性，單擊控制系統的I/O點數不多，不會涉及PLC間的通信，不過要求功能較強、具有處理模擬信號的能力時刻選用整體式機，若只有開關量控制則可選用OMRON C系列的P型機等，中型PLC數據模塊式，其配置靈活、易于擴展、成本較高；⑤ 一個企業盡量選擇同一款PLC機型。

1.2 選擇方法。①確定系統規模，明確系統需要單機還是網絡控制；②計算輸入和輸出點數，在留出一定裕量基礎上選購；③確定負載類型；④確定產品的存儲容量和速度；⑤編程器的選購：小容量、小用量產品適合采用手持編程器方式；圖形編程器采用梯形圖來編程，方便直觀、價格高；PC+PLC軟件包編程方式效率最高、價格昂貴、不易于進行現場調試。

1.3 輸入回路的設計。設計時需要考慮以下4個方面的問題：①電源回路：PLC的供電電源通常為85-240VAC，也有24VDC，應用范圍寬，不過應加裝一些電源凈化元件像1:1隔離變壓器、電源濾波器等增強抗干擾能力；②使用PLC 24V直流電源；③使用24V外部直流電源；④輸入靈敏度。

1.4 輸出回路的設計。

輸出方式見下表：

系統輸出頻率≤6次/min選繼電器輸出，它設計簡單，抗干擾、帶負載能力強；當≤10次/min還可采用三極管輸出方式。

1.5 選擇“COM”點。不同PLC產品，“COM”點數一樣。一個“COM”點可帶8個、4個、2個甚至1個輸出點。電流大、負載種類多時采用1-2個輸出點PLC產品，在每個“COM”點處增加1A熔絲，那么1-2點輸出要加2A熔絲，相似地，4-8點則加5-10A熔絲。

1.6 外部驅動電路的設計。如果PLC輸出無法直接帶動負載，就要考慮采用外部的驅動電路。三極管、固態繼電器、晶體管均可，同時，應當采取保護電路以及浪涌吸收電路，并在每路上用顯示二極管LED來指示。印刷版做成插拔式便于維修。另外，PLC輸入、輸出布線具體要求參見可公司說明書。

1.7 選擇擴展模塊。對于≤80點的系統不需要擴展，當≥80或更大時就要考慮擴展。不同公司產品對系統總點數、擴展模塊數量均有限制。模塊種類很多，包括單輸入、單輸出、輸入輸出、溫度、高速輸入模塊等，在編制軟件時具體選擇就要根據自己的實際要求。

1.8 網絡設計。PLC網絡設計的難度要遠遠大于單機控制。首先選用熟悉的機型；然后深入仔細地了解其基本指令、功能、指令執行速度、用戶程序的儲存容量等，此外還有通信接口、協議，數據的船速速度等；最后向PLC商家尋求相關的網絡設計、軟件技術支持、完備的技術資料。工作站的層數根據系統的大小來確定。

2編制軟件

如果采用的是圖形編程器/軟件包編程方式，則可直接進行：先畫梯形圖，后編程，這樣少出錯，速度快，最后程序調試，各項動作正常之后就可在設備上進行調試。程序設計的基本步驟涉及：確定操作方法、應完成動作、必要的保護與連鎖、控制參數（計算長度與模擬精度等）→進行輸入、輸出設備分類，每類按順序分配輸入、輸出地址，并列出I/O分配地址表→控制系統復雜的繪制流程圖，參照著進行設計（可借助梯形圖或助記符語言）→對程序進行模擬調試及修改→在線統籌，先帶上輸出設備不帶負載調試，正常后再帶負載，完畢交付試運行，若一切正常固化至EPROM防止程序丟失。

3注意事項

設計時應當注意下列事項：①PLC電源選用線徑＞2mm2的雙絞線；②選用擴展單元時，要和主機共用一個開關即同時通電/斷電；③ PLC接地端通常不接地，接地時要采用專門地線，線徑2mm2，電阻≤4Ω，且接地點要靠近PLC；④輸入信號線的長度≤30m，輸入/輸出線分開，與動力線距離保持≥200mm；⑤PLC底部墊上絕緣層再安裝至金屬板上防干擾；⑥緊急停止線要在輸出線路外部切斷；⑦調試時不帶點插拔編程器的電纜防止順壞；⑧帶負載時若感性負載嚴重建議加設浪涌吸收電路，見下圖：

參考文獻

［1］王偉，李金伴.可編程序控制器的使用和維護［M］.北京:化學工業出版社，2005

［2］李振勝.在工業自動化生產過程中PLC控制系統的設計方法［J］.工業儀表與自動化裝置， 2007(2)