關于PLC的自動化控制系統設計探討

李桐

摘 要：本文主要就PLC自動化的控制系統設計進行論述，PLC控制系統在設計上屬于步驟有順序的系統項目工程，并且在工業化的自動控制方面有了十分廣泛的運用，本文主要從系統的設計與實際的經驗進行了歸納。

關鍵詞：PLC；自動化控制系統；設計

PLC是把計算機的技術結合到了自動化的生產過程中的系統，并且發展得非常快，因為計算機技術與微電子技術的促進功能，它的功能也在逐漸地增加，產品的更新速度也不斷地加快，已經成了現在自動化生產中不可或缺的系統之一。它應用在很多的工業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。

一、PLC系統的概念

PLC即可編程邏輯控制器，是一種集計算機技術、網絡通信技術以及自動控制技術為一體的工業運用控制裝置，它是一種數字式的電子系統，運行以及操作都是以數字方式進行的，并且在該裝置上還具有了編程功能，以此來實現對機械或者是生產的控制，此外，PLC還具有實用性強、應用簡單、良好的抗干擾能、易于維護和擴展等特點，因此在自動化生產的過程中，起到了十分重要的作用。

作為一種新型的工業控制裝置，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；指令系統豐富以及可靠的操作系統；I/O接口和通信接口各式各樣，極大限度的滿足了工業當中的各種需求；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，也為工業的自動化發展提供了諸多便利。

二、PLC控制系統的設計

1、系統硬件方面的設計

硬件的設計是PLC中最關鍵的一個部分，它會影響到系統運轉過程中的安全性、可靠性以及穩定性，其中包含了輸出與輸入電路。

1.1 PLC控制系統中輸入電路的設計。PLC通常都是采用二百四十伏的供電電源，所以使用的電源范疇也很廣，但是為了抵抗干擾，需要添加電源的凈化元件，隔離變壓設備也能夠應用雙隔離的技術，就是變壓設備的初級線圈和次級線圈的屏蔽層，和初級電氣中性點來接地，次級線圈的屏蔽層來接入系統輸入電路的地，來降低高頻與低頻脈沖產生的干擾。

PLC的輸入電路電源通常都使用DC24V，并且它帶負載的時候需要重視容量，防止發生短路的現象，對系統的供電安全與PLC的安全是非常關鍵的，由于這個電源發生過載或者是斷裂都會對PLC的運轉產生一定的影響，通常會選擇電源容量是輸入電路功率的二倍，輸入電路的電源線路安裝比較適合的熔絲，來預防短路的現象。

1.2 PLC的控制系統中輸出電路的設計。根據生產要求，各類指示燈和變頻設備的啟動與停止都要通過晶體管進行輸出，它比較適用在高頻的動作上，響應的時間短，要是PLC系統的輸出頻率是一分鐘六次一下，就應該先在繼電器進行輸出，使用這樣的方式，輸出的電力設計就會變得容易，其抗干擾與帶負載的能力也非常強。

要是系統所輸出的帶電磁線圈類的感性負載，那么負載斷電的似乎就會給系統的輸出帶來電流的沖擊，所以，對直流的感性負載需要在它的邊上接上二極管，能夠吸收沖擊的電流，能夠保護好系統。

如果PLC的掃描頻率是十次每分鐘以下的時候，不但能夠使用繼電器的輸出，還能夠使用系統輸出驅動的中間幾點起或是固態的繼電器，再進行驅動的負載。

對兩個比較重要的輸出量來說，不但在PLC的內部進行互鎖，應該在其外部也互鎖，來強化系統運轉的安全與可靠性。對一些比較普遍的交流開關類型的負載，如，交流接觸設備、電磁閥等，需要使用微笑類型的中間繼電器來進行驅動，房子系統的接點進行直接的驅動。

1.3 PLC系統中抗干擾設計。工業領域的自動化技術不斷地在發展，晶閘管可控整流與變頻調速設備的應用也十分地廣泛，這樣就造成了交流電網方面的污染，也產生了很多的干擾性問題，所以，抗干擾就成了控制系統在設計的過程中一定要重視的問題。通常都會應用這樣的方法：

1.3.1隔離的方式：因為電網里產生的高頻干擾是分布的電容之間耦合形成的，因此，應該使用一比一的超隔離變壓設備，把中性點通過電容來接地。

1.3.2屏蔽的方式：通常會使用金屬的外殼來進行屏蔽，把PLC控制系統中設置在金屬柜里。金屬的外殼能夠接地，來屏蔽經典與磁場，預防空間發生的輻射干擾。

1.3.3布線的方式：強電的動力線路與弱電的信號線在走線的時候要分開，還需要有一些間隔。

2、PLC控制系統中軟件的設計

在設計硬件的時候還可以進行軟件的設計。對軟件的設計主要是按照控制的標準把工藝的程序圖變成了梯形圖，在控制系統中的應用是最重要的問題，過程的編寫則是設計軟件的具體方式。在應用的過程中，好的軟件設計方案是非常重要的。

2.1程序的設計理念

基本的程序：不但能夠在獨立的程序來控制比較簡單的工藝生產，還能夠成為組合中模塊結構的單元程序，基本程序機構的方式有這幾種：順序結構、條件的分支以及循環結構。

模塊化的程序：將一個總控制的目標程序分為很多的具備清晰子任務程序的模塊，再分來進行編寫與調試，最終組成一個完整的整體程序。這樣的方式就被稱為模塊化的程序設計。

2.2 PLC控制系統中程序的設計要點

控制系統的I/O分配，按照生產線由前到后，點數會逐漸地增多，盡量將一個系統、設備或者是元件的信號都集中再編址，這樣便于維護。定時設備與計數設備需要進行統一化的編號，不能夠重復地使用一個編號，避免控制系統的可靠運轉。程序里面經常用的內部中繼電器或是中間的標志位，也需要進行統一的編號，再分配。在分配完地址之后，要將分配表與繼電器或是標志位列出表格。

三、PLC系統的未來發展

隨著自動化以及微處理器技術的不斷發展，PLC已經廣泛的應用在各行各業當中，如汽車制造、控制設備、立體倉庫、環保以及娛樂設施等等。未來的PLC發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。

總結：

本文主要論述了PLC自動化控制系統的設計，PLC控制系統在設計上屬于步驟有順序的系統項目工程，并且在工業化的自動控制方面有了十分廣泛的運用，本文主要從系統的設計與實際的經驗進行了歸納。PLC是把計算機的技術結合到了自動化的生產過程中的系統，并且發展得非常快，因為計算機技術與微電子技術的促進功能，它的功能也在逐漸地增加，產品的更新速度也不斷地加快，已經成了現在自動化生產中不可或缺的系統之一。它應用在很多的工業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。

參考文獻：

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