工業自動化生產過程中PLC控制系統的設計方法探究

夏朝陽

摘 要：本文從硬件設計與軟件編制兩方面入手，對工業自動化生產中PLC控制系統的設計方法展開了探討，以期能夠為PLC在工業自動化領域的實踐應用提供一定參考。

關鍵詞：工業自動化生產;PLC控制系統;電源

引言：相比于其他自動化控制系統，PLC（可編程控制器）雖然具有著編程簡單、組態靈活、可靠性高的特點，在工業自動化生產中的應用難度相對較低，但面對工業自動化生產領域的多樣化控制需求，要想根據用戶實際需求來設計出合適的PLC控制系統，卻仍然具有著較高的難度，而對于PLC控制系統設計方法的相關研究，則顯然是十分必要的。

1工業自動化生產中PLC控制系統的硬件設計

1.1PLC機型選擇

在工業自動化生產中，不同PLC控制系統雖然在設計思路、功能、控制精度等方面存在一定差異，但卻都會以PLC為核心，而在設計PLC控制系統時，對于PLC機型的合理選擇自然也是十分重要的。一般來說，PLC機型的選擇首先應考慮到系統規模問題，根據需控制的工業機械設備來對PLC單機控制或PLC形成網絡進行合理選擇，之后再綜合程序難易程度、控制功能要求、運行環境以及工業自動化生產的工藝流程等因素，對具體的PLC機型進行合理篩選。其次，則是要根據具體控制需求來確定PLC應具備的輸入點、輸出點，以保證PLC輸入點、輸出點數量多于輸入設備、輸出設備及A/D、D/A轉換的數量。需要注意的是，由于PLC控制系統的功能通常都需要在投入應用后再不斷加以完善，因此輸入點、輸出點的數量應在實際控制需求的110%左右，以保證PLC控制系統的可擴展性，而PLC的內存容量雖然與輸入點、輸出點數量直接相關，只要輸入點、輸出點數量符合要求，基本不會出現內存容量不足的情況，但為便于后期擴展，同樣需要控制在實際運行程序所需容量的125%以上[1]。最后，PLC的選型還要考慮到輸出端負載類型問題，根據輸出端所帶負載的具體類型（直流型或交流型）及輸出點動作頻率來選擇不同的PLC輸出方式（如繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出等），以保證PLC控制系統的穩定性。另外，從企業工業自動化生產的角度來看，無論PLC控制系統最終選擇何種PLC機型，都必須要盡量保持企業內部所選PLC型號的一致性，這樣既可以為PLC模塊更換、備用PLC采購提供方便，同時也能夠實現資源共享，并為多級分布式控制系統的構建提供支持。

1.2輸入回路設計

PLC控制系統輸入回路的設計通常應考慮電源回路、電源應用以及輸入靈敏度幾方面問題，其中電源回路設計應根據PLC所用供電電源而定，目前比較常見的有85-240VAC及24VDC等幾種，電源回路只需與供電電源相適應即可。當然，由于PLC很容易受到電源干擾，因此從抗干擾設計的角度來看，電源回路還需加裝如電源濾波器、隔離變壓器等電源凈化元件。而在電源應用方面，則應注意PLC上自帶24V直流電源的容量，并對電源進行防短路處理，以免因電源過載或短路而使PLC突然停止運行[2]。如輸入回路上存在直流供電的接近開關、光電開關，PLC自帶直流電源容量有所不足，還需在外部增設24V直流電源，同時在連接外部直流電源時避開PLC自帶直流電源的“-”端及“COM”端。對于輸入靈敏度問題，通常應根據PLC廠家的輸入端電壓、電流規定來控制輸入設備的輸入電流、電壓進行控制，以免因實際輸入電流、電壓過大而導致PLC出現誤動問題，影響其控制靈敏度。

1.3輸出回路設計

由于PLC輸出方法會受到輸出端所帶負載類型、輸出點動作頻率、輸出電流大小等因素的直接影響，因此在進行PLC控制系統輸出回路設計時，必須要對各種主要輸出方式的特點進行準確把握，之后再根據實際情況來確定具體PLC輸出方式。例如繼電器輸出對不同公共點的負載類型、電壓要求都比較寬松，允許的帶負載電流也比較高，但使用壽命會受到負載電流的直接影響，響應速度相對較快，比較適合帶負載能力強、輸出點動作頻率在6次/min以下的PLC控制系統。而晶閘管輸出與晶體管輸出的響應速度較快（響應時間分別為1ms、0.2ms左右），能夠適應高頻動作控制需求，但帶負載能力較差，比較適合輸出點動作頻率較高的PLC控制系統[3]。

1.4驅動電路設計

在不同PLC控制系統輸出回路設計差異較大的情況下，如選擇了晶閘管輸出、晶體管輸出等輸出方式，PLC無法直接帶動負載，則還需利用三極管、固態繼電器等在PLC外部加裝驅動電路，并安裝保護電路與浪涌吸收電路，以免電磁干擾等問題對PLC運行造成影響。此外，為滿足控制系統的后期維修需求，還要將PLC的印制板改為插拔式板，并嚴格按照說明書進行輸入/輸出布線。

2工業自動化生產中PLC控制系統的軟件編制

2.1軟件編制準備

PLC的編程難度雖然相對較低，通常僅需要使用數量較少的電器控制梯形圖與命令語句，即可根據工業生產的實際自動化控制需求來完成軟件編制，但為保證編程準確性與高效性，仍需在編制PLC控制系統軟件前，熟悉PLC軟件說明書，并將準確的梯形圖畫出（如具有圖形編輯器或軟件包，可省略此環節）。

2.2程序設計

在PLC軟件編程過程中，首先應明確操作方法、需完成動作等方面的系統控制要求，并將轉步時間、模擬精度等控制參數確定下來，為編程提供明確方向與標準。之后則需要對工業自動化生產的設備應用情況加以了解，并將各種機械設備區分為輸入設備、輸出設備兩大類，依次完成輸入輸出地址的分配工作，保證每一個輸入信號、外部負載均能夠與輸入地址、輸出地址相對應、輸入、輸出地址分配完畢后還要列出清晰的分配表，并利用梯形圖或助記符語言來繪制相關控制流程圖，為具體的控制程序設計提供依據。最后，則是要按照設計出的完整程序來對PLC控制系統進行模擬調試，查看系統是否能夠滿足工業自動化生產的實際控制需求，如存在控制精度不足、動作異常等問題，則應分段進行調試[4]。待調試完畢并確定PLC控制系統能夠滿足實際控制后，則需要交付用戶進行試運行測試，如試運行測試時PLC控制系統同樣能夠保持正常運行，即可將軟件程序固化到EPROM，以免因程序丟失而影響PLC控制系統的應用。

結束語：綜上所述，在工業自動化生產中，要想設計出符合實際控制需求的PLC控制系統，必須要在硬件設計階段把握好PLC選型、輸入回路設計、輸出回路設計等設計要點，同時按步驟完成各項軟件編制準備與程序設計工作，

參考文獻：

[1]秦常貴.PLC控制系統設計原則與步驟及安全可靠性分析研究[J].工業控制計算機，2020，33（06）：138-140.

[2]陳盛開.裝卸料小車運行的總體框架結構及PLC控制系統設計[J].中國高新區，2018，（02）：23.

[3]王華.PLC控制系統設計的要點與應用探討[J].南方農機，2017，48（09）：85-86.

[4]蘇曉峰，史啟程，劉金頌等.基于PLC的工業自動化立體倉庫控制系統設計[J].自動化與儀器儀表，2016，（03）：119-121.

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