近年來,隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展,PLC控制系統(tǒng)的功能不斷增強和完善,甚至于在一些電氣設(shè)備中,PLC已經(jīng)開始作為其主控制器。毫無疑問,PLC在電氣設(shè)備中占據(jù)著越來越重要的地位。

1 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置

　　PLC由電源、中央處理器、儲存器、I/O(輸入輸出接口電路)、通信模塊和功能模塊六個部分組成,其結(jié)構(gòu)屬于總線開放型結(jié)構(gòu),用戶可以利用I/O接口對PLC的功能進行擴展。一般來說,PLC有整體式和模塊式兩種類型,整體式PLC相對于模塊式PLC來說,I/O接口的價格較低,其普遍用于一些小型電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中;而模塊式PLC的擴展能力更為優(yōu)異,而且維修比較方便,因此復(fù)雜的電氣設(shè)備中一般使用模塊式PLC。

2 PLC 控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的設(shè)計問題

　　PLC在電氣設(shè)備中的設(shè)計有三個部分的設(shè)計：一是對控制系統(tǒng)的流程設(shè)計;二是I/O地址的設(shè)計;三是控制系統(tǒng)的設(shè)計。

　　2.1 PLC 控制系統(tǒng)的流程設(shè)計

　　整個設(shè)計過程首先要明確PLC在電氣設(shè)備所要完成的控制目標,然后在此基礎(chǔ)上確定PLC在電氣設(shè)備中的控制范圍,根據(jù)選取的控制系統(tǒng)電路來確定相對應(yīng)的主機,最后根據(jù)所選的主機選擇相應(yīng)的配套模塊。

　　2.2 PLCI/O 接口地址的設(shè)計

　　I/O接口地址設(shè)計是PLC系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的一部分。一方面,從軟件方面來說,只有確定了I/O接口的地址后才能進行相關(guān)的軟件編程工作;另一方面,對于硬件及PLC外圍來說,只有確定了I/O接口地址后才能進行繪圖、接線以及裝配等工作。為了方便查看和處理,一般的輸入/輸出地址確定過程中的各項技術(shù)指標和代碼都會用清晰明了的方式展示出來,比如使用EXCEL表格的形式。

　　2.3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　PLC控制系統(tǒng)完整的設(shè)計分為兩個大部分,分別是軟件系統(tǒng)設(shè)計和硬件系統(tǒng)設(shè)計。對于軟件系統(tǒng)設(shè)計來說,一般是指對PLC控制系統(tǒng)程序的編寫,PLC程序可分為主程序、子程序和中斷程序,其被用于對電氣設(shè)備的軟硬件進行控制;而對于硬件系統(tǒng)設(shè)計來說,一般有抗干擾措施的設(shè)計、電氣設(shè)備控制元件的選用以及電氣設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計等。

　　(1)PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計：PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計并沒有固定的方法,即編寫一個最優(yōu)化的PLC軟件程序并沒有捷徑,只能依靠編程人員自身的能力和經(jīng)驗。因此,編程人員個人的能力和經(jīng)驗是完成好這項工作的關(guān)鍵所在。當然,PLC的軟件設(shè)計還是有基本的設(shè)計方法,包括流程圖法、邏輯代數(shù)法以及功能圖法等。PLC程序設(shè)計的一般有五個步驟：首先確定控制系統(tǒng)的啟動條件、關(guān)斷條件等;第二步是判斷控制程序中的輸出對象是否存在啟動或者關(guān)斷的制約條件;第三步是輸出對象按照標準方程進行編程。無制約條件時,使用方程：,有制約條件時,使用方程：;然后將已知條件代入,設(shè)計出程序的梯形圖;最后是對所編寫程序的檢查修改。另外一個需要注意的問題是,一般的控制系統(tǒng)設(shè)計的編程方式最好采用梯形圖,因為梯形圖相對于語句編程來說更為直觀形象。

　　(2)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計：在電氣設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程中,最核心的就是電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計,其用于控制整個電氣設(shè)備的硬件運行。電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計的好壞與否對于電氣設(shè)備能否正常使用具有十分重要的影響;電氣設(shè)備中的抗干擾措施設(shè)計主要是用于提高控制系統(tǒng)軟硬件工作的穩(wěn)定性以及對外界環(huán)境影響的適應(yīng)能力。一般的PLC抗干擾設(shè)計包括三個部分,一個部分是電源的抗干擾設(shè)計,主要是為了控制電網(wǎng)的干擾。另一個部分是輸入輸出的抗干擾設(shè)計,主要是為了控制輸入輸出的電流干擾。最后一部分是外部配線的抗干擾設(shè)計,主要是為了防止外部配線之間的干擾;元件的選用在硬件設(shè)計中也占據(jù)非常重要的位置,如果選用的元件不合適,對于整個控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計影響很大。

　　2.4 PLC 控制系統(tǒng)的調(diào)試

　　PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試有兩個部分的調(diào)試,首先是模擬調(diào)試,然后再在模擬調(diào)試無問題的前提下進行聯(lián)機調(diào)試。

　　(1)模擬調(diào)試：硬件進行模擬調(diào)試的前提是控制系統(tǒng)與主電源斷開,以此將硬件獨立出來進行模擬調(diào)試。在模擬調(diào)試過程中,軟件部分的調(diào)試主要是利用各種輸入控制和觀察信號指示燈的變化來實現(xiàn)的,即使用開關(guān)、電位表以及萬用表等模擬輸入信號,在觀察PLC的輸出邏輯關(guān)系來驗證軟件部分能否正常運作。如果模擬測試軟件部分出現(xiàn)了邏輯錯誤,要反復(fù)修改測試,直至輸出邏輯正確的位置。

　　(2)聯(lián)機調(diào)試：在模擬調(diào)試合格的前提下,就可以進行系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試了。聯(lián)機調(diào)試的目的主要是測試PLC控制系統(tǒng)軟件和硬件之間的兼容性,即將模擬測試合格的軟件程序載入到PLC控制電路之中進行實際情況下的運行。如果聯(lián)機調(diào)試結(jié)果不符合預(yù)期的要求,則要重新對控制系統(tǒng)修改和調(diào)試直至達到相關(guān)要求為止。3 PLC 控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

　　PLC在電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用,下面就兩個實例來說明PLC在電氣設(shè)備中的應(yīng)用,其中一個典型的例子是利用PLC改造老式的采用的繼電器控制的電氣自動化系統(tǒng),從而實現(xiàn)實時對電氣化設(shè)備狀態(tài)變化等;另一個是PLC軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)中應(yīng)用。

　　3.1 PLC 在電氣自動化系統(tǒng)的改造方面的應(yīng)用

　　(1)系統(tǒng)硬件的設(shè)計：首先是選擇機型和相關(guān)配套的模塊。機型的選擇要綜合考慮其性能、可靠性、價格以及配套的各種功能模塊等因素,從中選出最適合的機型。其次是選擇I/O接口。一般來說。I/O的選擇有四個步驟：一是選擇I/O的數(shù)量,選擇時必須考慮留出一定的接口數(shù)量作為備用;二是確定離散和模擬輸入輸出;三是確定特殊的輸入輸出,由于有些特殊類型功能模塊不能使用I/O接口通信,因此要特別注意廠家是否提供了相關(guān)模塊;四是確定智能輸入輸出,智能輸入輸出模塊可以提高PLC對數(shù)據(jù)的處理和反應(yīng)速度,因此在選用時要特別注意。再次是電源的選擇。電源模塊的選擇沒有什么特殊的要求,只需要電源模塊提供的電流能夠大于PLC控制系統(tǒng)工作時所需電流即可。然后是考慮抗干擾措施設(shè)計。由于PLC的電路對于環(huán)境濕度、溫度等比較敏感,工作性能受環(huán)境因素影響比較大,因此在PLC硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中一定要考慮其考干擾措施的設(shè)計,優(yōu)先選用抗干擾措施設(shè)計較好的硬件。最后是控制元件的設(shè)計。主要任務(wù)有兩個,分別是存儲器空間的分配和專用存儲器的確定。

　　(2)系統(tǒng)軟件的設(shè)計：首先是進行系統(tǒng)程序的初始化設(shè)計。綜合考慮電氣自動控制系統(tǒng)程序的啟動條件、關(guān)斷條件以及其制約條件等,從而從整體上確定PLC程序的結(jié)構(gòu)形式。其次是選用合適的編程方法和編程語言對PLC程序進行編寫,并對編寫好的PLC程序進行檢查。最后是進行系統(tǒng)的調(diào)試。首先進行系統(tǒng)的模擬調(diào)試,將控制系統(tǒng)同主電源斷開,單獨對電氣自動化控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試。若模擬軟件測試過程中發(fā)現(xiàn)問題,需要對軟件進行修改。若在此過程中未發(fā)現(xiàn)問題,則通過系統(tǒng)的模調(diào)試,進入系統(tǒng)的聯(lián)機測試。將合格的程序載入電氣自動控制系統(tǒng)中,進行現(xiàn)場的運行,反復(fù)修改調(diào)試直至達到通過利用PLC改造老式的電氣自動控制系統(tǒng)的預(yù)期目的。完成以上工作后編寫相關(guān)技術(shù)文獻交付使用后利用PLC改造老式電氣自動控制系統(tǒng)的工作就完成了。

　　3.2 PLC 在軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　(1)系統(tǒng)硬件設(shè)計：PLC在軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)中的硬件設(shè)計,主要的考慮因素是對于軋鋼廠內(nèi)鋼材的長度控制和鋼材運輸輥道的速度控制以及停車控制。可以根據(jù)相關(guān)要求選取合適的PLC作為主控制器,譬如,可以選擇華光SZ 4型PLC作為軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)的主控制器。然后,再選擇相關(guān)的配套功能模塊組成硬件系統(tǒng),如針對鋼材的長度控制,我們可以選擇日本光洋TRD J1000 S型旋轉(zhuǎn)編碼器,SZ系列PC的Z CTIF計數(shù)器接口模塊以及OMRON的EJR 5E4型光電感應(yīng)器,而對于鋼材運輸輥道的速度控制以及停車控制,我們可以一般采用75kw的變頻器即可。

　　(2)系統(tǒng)軟件設(shè)計：系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計主要是依據(jù)軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)的工作原理,即軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)的控制系統(tǒng)根據(jù)所需加熱的鋼材的長度控制電機的工作。在PLC的整個控制過程中,PLC首先對鋼材的長度進行測量,然后再通過反饋的脈沖信號控制變頻器進行調(diào)速,從而對電機進行控制。在依據(jù)以上原理編寫完P(guān)LC控制程序后,還需要進行軟件的模擬調(diào)和聯(lián)機調(diào)試。

　　隨著人類的發(fā)展需要,人們對于電氣設(shè)備工作的精度、可靠性以及穩(wěn)定性等要求越來越高,將PLC用于電氣設(shè)備的控制,可以顯著簡化系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu),同時也能大大增加系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和精確性,并且PLC控制系統(tǒng)的操作簡單,故障率低。毫無疑問,電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)采用PLC是未來電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。