基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統設計

談太良

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

目前，我國科學技術的發展步調相對較快，這也使得工業機械的研究與生產逐漸取代了人工生產，形成較為成熟的機械自動化生產結構。一定程度上擴大了電氣自動化設備的日常生產與應用，同時，也提升了整體的生產率。在這樣的背景下，也有利于確保設備的應用效率以及質量實現高度統一，提升單位內部的總體處置量，使得企業的生產效益得到了明顯的提升。因此，被社會各個領域所廣泛應用。另外，大型儀器儀表自動化控制程序也需要靈活地執行。在實際應用的過程中，通常情況下，這部分的機械體積均較大，且在實際應用時極容易出現誤差。所以，實現全方位的監測以及控制是十分必要的。這樣一旦發生故障，便可以及時知曉，并有效地處理與維修，避免產生大規模的關聯故障，造成大型的機械儀表設備的損害。

傳統的自動化控制結構相對較為單一，面對如今復雜且煩瑣的執行程序，應變的效果十分有限，并且傳統的系統對于控制的程度以及監控范圍也沒有較好的規劃。所以，在這樣的發展背景下，需要依據實際情況的變化以及處理需求，設計更加靈活多變、層級分明的自動化控制系統。再加上PLC技術的輔助，可以實現更好的效果。PLC技術是一種應用較為廣泛的控制輸出處理技術，它的適應性相對較強，同時，在應用過程中的局限條件也較少，這也使得它在系統中的實施效果一度超越傳統的應用系統，受到社會各個領域的普遍關注。因此，對基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統進行設計與研究，在較為真實的環境下，搭建系統結構，結合PLC技術創建更加貼合實際的執行指令，最大程度上提升系統的綜合應用效率，提高自動化控制的實際質量水平。

1 系統硬件設計

1.1 自動化控制單元設計

系統的硬件單元是大型工業儀器儀表設備運行控制的基礎和前提，依據控制設備實際的控制需求，設計不同數量的執行單元以及數據的采集單元，并且在應用電路的啟動過程中，與PLC控制器以及對應的上位機、伺服電機相連接，由此構建控制自動化單元。采用自動化控制的傳感與集成傳感器串聯，此時，電路的電壓與電流均在額定的范圍內，可以通過傳感器進行采集與匯總，通過PLC控制器連接，并且各個控制單元均屬于獨立單元，但又存在一定的聯系。

每個控制單元均存在存儲區域，通過數字輸入或模擬輸入來實現對電路以及電源的控制，開啟PLC控制器單元，并在節點單元中選定一個核心單元，選取西門子S7-200系列與系統控制中心關聯，進一步強化系統電路的自動化控制效果，設定24路輸入的I/O點，同時，預設4個RS485控制接口，最終完成硬件自動化控制單元的設計。

1.2 工控電路設計

在進行系統硬件設計之前，需要先進行對應工控電路的設計。此次系統的硬件結構主要采用了工控計算設備、PLC關聯裝置以及配套的檢測儀表構成的自動化的監測控制系統的電路。電路在執行的過程中，會通過硬件的傳輸信道，將各種變送器測得的信號通過屏蔽信號電纜傳送至接口柜的接線端子板上，此時，電路處于閉合的狀態。隨后，在初始的總控電路中安裝關聯控制硬件，并添加控制mic F的實測處理信號，結合PLC自動化控制器，再加上工控機對整體電路的處理與分離，使參加控制的轉換器以及控制器接口的A/D轉換為執行傳感設備，并形成循環的控制硬件結構，具體如圖1所示。

圖1 循環控制硬件結構圖

根據圖1中的結構，最終完成對循環控制硬件結構的設計。此時，工控電路處于循環閉合狀態，相對應的工控電路也要調整為4～20mA的標準形式，增強其抗干擾能力，最終完成對工控電路的設計。

2 系統軟件設計

在完成硬件的相關設計后，接下來，需要進行軟件的設計。在自動化控制系統中，需要依據實際的處理情況，進行PLC自動化控制子站的設計。PLC自動化控制子站實際上是一種控制指令，它主要是由不同的控制協議構建而成的，并且具有一定的執行程序目標。利用專業的數據處理設備進行數據的匯總和采集，并計算大型儀器儀表的PLC自動化控制的實際范圍，具體如公式1所示。

式中，Y表示PLC自動化控制的實際范圍，γ表示簡控程序比值，h表示PLC范圍系數，?表示控制誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的PLC自動化控制的實際范圍。將這個范圍作為自動化控制數據庫的執行初始標準，依據不同的功能模塊創建整體的控制結構，同時，依據控制特征在PLC執行結構中創建功能體系，與數據庫相關聯，將得出的數據信息導入數據庫中，形成新的關聯控制數據庫，最終完成軟件的相關設計。

3 系統測試

本次主要是對基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統效果的驗證，測試主要對不同情況下，系統的控制效果作出分析與研究。并于初始的控制系統基礎上進行系統的升級與調整，接下來，進行系統測試的準備工作。

3.1 測試準備

本次測試選取A工廠的大型自動化儀器儀表作為本次測試的主要研究目標對象，并搭建相應的系統測試環境。在系統的電路中設計安裝八軸的控制器，設立6個自動化控制關節點，并計算關節點的自動度，具體如式2所示。

式中，M表示關節點的自動度，d表示目標控制范圍，β表示靈活控制誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的關節點的自動度。依據自動度調節系統的執行程序，并設定系統測試設備的指標參數，具體如下系統測2.5對象最大負載為3kg，額定功率為0.9kW，額定電壓為220V，額定電流為1600A，執行總質量為37kg。完成上述設定和準備后，核查測試的設備以及系統是否處于穩定的運行狀態，同時，確保不存在影響最終測試結果的外部因素，核查無誤后，開始進行系統測試。

3.2 測試過程及結果分析

在上述所搭建的測試環境之中，進行具體的測試。創建PLC控制模型，將測試的設備劃分為5組，獲取測試數據信息，匯總整合后，添加控制系統之中，最終得出相應的系統測試結果，具體如表1所示。

表1 測試結果對比分析表

根據表1中的數據信息，可以得出最終的結論：對比未應用PLC的大型儀器儀表自動化的控制系統，本文所設計的系統具有更強的靈活性，控制能力更加穩定，自動化控制誤差也有所減小，效果明顯，具有實際應用的價值。

4 結語

綜上所述，便是對基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統的研究和設計。其實，在PLC技術的輔助下，對比傳統的控制系統，本文所設計的系統得到了極大的優化與完善，同時具有更好的靈活應用性，對于大型儀器儀表的控制程度也得到了極大的提升，面對不同的執行控制情況，可以靈活地應變，更好地避免了關聯性故障以及損害的事故的發生，有利于系統執行控制能力的加強，幫助系統實現更新。