PLC控制系统在自动化生产过程中的设计要点

PLC即Programmable Logic Controller的简称,也就是可编程逻辑控制器。国际电工委对PLC的定义为:一种数字运算操作的电子系统,专门为工业应用而设计。PLC的存储器具有可编程序的功能,用于处理系统内部的逻辑运算、定时、算术运算、顺序控制等操作的指令,并且通过数字的以及模拟的各种输入和输出,控制各类机械或各生产过程。上个世纪六十年代,美国最早推出了可编程逻辑控制器,也就是PLC,取代了传统的电器控制装置,并且发展速度非常快,得到了世界各地的广泛应用，同时成为现代工业控制的重要支柱。
2、设计要点：
    2.1 硬件设计：
    PLC控制系统中至关重要的环节就是硬件设计,它关系着系统运行安全性、可靠性和稳定性。主要包括输入和输出两个方面。
    (1)PLC控制系统的输入电路设计。一般供电电源为AC85-240V,适应电源的范围很宽,但是为了抗干扰应该加装1:1隔离变压器、电源滤波器等电源净化元件;隔离变压器也可以选择采用变压器初级和次级线圈屏蔽层和初级电气中性点接大地,次级线圈屏蔽层接PLC输入电路接大地等,这些双层隔离技术可以减少干扰。
    (2)PLC控制系统的输出电路设计。按照生产工艺的要求,各种变频器、指示灯和数字直流调速器的启动和停止应该采用晶体管输出,主要是由于它能够适用于高频动作并响应时间较短;若PLC控制系统的输出频率小于6次/60s,则首选为继电器输出,因为采用这种方法设计的输出电路较为简单,并且抗干扰和负载能力都很强。若PLC输出带电磁线圈等感性负载,那么负载断电时将会对PLC产生冲击,所以,直流感性负载时应接续流二极管,交流感性负载应并接浪涌吸收电路,这两种方法可以有效保护PLC控制自动化系统的可靠性和稳定性
    (3)PLC控制系统的抗干扰设计。随着自动化技术日新月异的发展,变频调速装置和晶闸管可控整流的广泛使用,为交流电网带来了污染,同时给PLC控制系统也带来了很多干扰,因此防干扰也成为PLC控制系统的设计要点。一般常采用三种方式:其一,隔离。原副边绕组之间的分布电容耦合而形成了电网中的高频干扰,因此,应采用1:1超隔离变压器,并将中性点经电容与大地连接。其二,利用金属外壳屏蔽。这种方法是将PLC系统放置于金属柜内,金属外壳接地可以起到很好的静电和磁场屏蔽的效果,以防止辐射干扰。其三,布线。强电动力线路与弱电信号线需分开走线,并保持一定的间隔,模拟信号传输线适宜采用双绞线屏蔽电缆。
    2.2 PLC控制系统的软件设计
    PLC控制系统软件的设计工作应该与硬件设计的同时着手。将PLC控制系统的工艺流程图转化为梯形图是PLC系统的关键问题,也是该系统软件设计的最重要任务,软件设计的具体表现为编写程序。软件设计的主要方面有以下几点:
    (1)PLC控制自动化系统的程序设计思想。良好的软件设计思想是控制工程应用中的是关键,优秀的软件设计应该容易让工程技术人员理解、掌握、调试和日常维护。按照生产过程中的复杂程度不同、结构形式的不同可以将程序分为基本程序与模块化程序。其一,基本程序不仅可以作为一种独立的程序控制简单的生产工艺及其过程,还可以作为组合模块结构中的一个单元程序,基本程序的结构方式分为顺序结构、循环结构和条件分支结构;其二,模块化程序是把总体控制目标程序划分为多个程序模块,且它们具有明确的子任务,这些程序模块分别编写、调试,最终形成一个完成总任务的总体程序。通常情况下我们采用这种设计思想,主要是因为各模块之间具有相对的独立性,且相互之间的关系简单,程序交易修改,尤其适用于控制较为复杂的生产过程。
    (2)PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配,根据生产流水线从前至后,I/O点数从小到大;为了便于维护,应尽可能将同一个系统、设备或者部件的I/O信号集中起来进行编址,计数器、定时器要统一编号,为了确保PLC系统正常运行且保证其可靠性,不能重复使用同一编号。程序中大量使用的中间标志位或者内部继电器也要分配统一编号,待分配完成后,需列出中间标志位或者内部继电器分配表和I/O分配表。对于彼此有关的输出器件,输出地址应连续安排,例如电机的正/反转等。
    (3)PLC控制系统编程原则。PCL程序设计的基本原则是逻辑关系要简单明了,占内存少,容易编程,节约扫描时间。主要技巧包括:第一,PLC控制系统中各种触点可以重复使用,没有必要使用复杂的程序减少触点的使用次数;程序中尽量避免使用双线圈输出,因为双线圈输出很容易引起失误,如果双线圈输出不可避免,则可以采用复位和置位操作;若PLC的多个输出值为固定值1,则推荐使用数字传送指令来完成任务,可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2;对于那些不是很重要的设备,可以通过串联硬件触点的方式将其接入PLC系统输入端,或者编程减少I/O点数,节约资源。
    3、结语
    PLC控制系统的设计非常注重步骤和程序化,是一个系统工程,在设计中要想做到熟练自如必须反复的进行实践。以上介绍了PLC系统在自动化生产过程中的设计要点总结,这些设计曾经在实际运用中具有良好的效果,值得设计者的借鉴。