近年來(lái),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(qiáng)和完善,甚至于在一些電氣設(shè)備中,PLC已經(jīng)開(kāi)始作為其主控制器。毫無(wú)疑問(wèn),PLC在電氣設(shè)備中占據(jù)著越來(lái)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(chǔ)存器、I/O(輸入輸出接口電路)、通信模塊和功能模塊六個(gè)部分組成,其結(jié)構(gòu)屬于總線開(kāi)放型結(jié)構(gòu),用戶可以利用I/O接口對(duì)PLC的功能進(jìn)行擴(kuò)展。一般來(lái)說(shuō),PLC有整體式和模塊式兩種類(lèi)型,整體式PLC相對(duì)于模塊式PLC來(lái)說(shuō),I/O接口的價(jià)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(kuò)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(jì)問(wèn)題

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

　　2.1 PLC 控制系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

　　整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程首先要明確PLC在電氣設(shè)備所要完成的控制目標(biāo),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(lái)確定相對(duì)應(yīng)的主機(jī),最后根據(jù)所選的主機(jī)選擇相應(yīng)的配套模塊。

　　2.2 PLCI/O 接口地址的設(shè)計(jì)

　　I/O接口地址設(shè)計(jì)是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的一部分。一方面,從軟件方面來(lái)說(shuō),只有確定了I/O接口的地址后才能進(jìn)行相關(guān)的軟件編程工作;另一方面,對(duì)于硬件及PLC外圍來(lái)說(shuō),只有確定了I/O接口地址后才能進(jìn)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(guò)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和代碼都會(huì)用清晰明了的方式展示出來(lái),比如使用EXCEL表格的形式。

　　2.3 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　PLC控制系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)大部分,分別是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),一般是指對(duì)PLC控制系統(tǒng)程序的編寫(xiě),PLC程序可分為主程序、子程序和中斷程序,其被用于對(duì)電氣設(shè)備的軟硬件進(jìn)行控制;而對(duì)于硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),一般有抗干擾措施的設(shè)計(jì)、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(jì)等。

　　(1)PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)并沒(méi)有固定的方法,即編寫(xiě)一個(gè)最優(yōu)化的PLC軟件程序并沒(méi)有捷徑,只能依靠編程人員自身的能力和經(jīng)驗(yàn)。因此,編程人員個(gè)人的能力和經(jīng)驗(yàn)是完成好這項(xiàng)工作的關(guān)鍵所在。當(dāng)然,PLC的軟件設(shè)計(jì)還是有基本的設(shè)計(jì)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(jì)的一般有五個(gè)步驟：首先確定控制系統(tǒng)的啟動(dòng)條件、關(guān)斷條件等;第二步是判斷控制程序中的輸出對(duì)象是否存在啟動(dòng)或者關(guān)斷的制約條件;第三步是輸出對(duì)象按照標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行編程。無(wú)制約條件時(shí),使用方程：,有制約條件時(shí),使用方程：;然后將已知條件代入,設(shè)計(jì)出程序的梯形圖;最后是對(duì)所編寫(xiě)程序的檢查修改。另外一個(gè)需要注意的問(wèn)題是,一般的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編程方式最好采用梯形圖,因?yàn)樘菪螆D相對(duì)于語(yǔ)句編程來(lái)說(shuō)更為直觀形象。

　　(2)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：在電氣設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中,最核心的就是電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),其用于控制整個(gè)電氣設(shè)備的硬件運(yùn)行。電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞與否對(duì)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(jì)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(duì)外界環(huán)境影響的適應(yīng)能力。一般的PLC抗干擾設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分,一個(gè)部分是電源的抗干擾設(shè)計(jì),主要是為了控制電網(wǎng)的干擾。另一個(gè)部分是輸入輸出的抗干擾設(shè)計(jì),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(jì),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(jì)中也占據(jù)非常重要的位置,如果選用的元件不合適,對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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(gè)部分的調(diào)試,首先是模擬調(diào)試,然后再在模擬調(diào)試無(wú)問(wèn)題的前提下進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。

　　(1)模擬調(diào)試：硬件進(jìn)行模擬調(diào)試的前提是控制系統(tǒng)與主電源斷開(kāi),以此將硬件獨(dú)立出來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試。在模擬調(diào)試過(guò)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(hào)指示燈的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的,即使用開(kāi)關(guān)、電位表以及萬(wàn)用表等模擬輸入信號(hào),在觀察PLC的輸出邏輯關(guān)系來(lái)驗(yàn)證軟件部分能否正常運(yùn)作。如果模擬測(cè)試軟件部分出現(xiàn)了邏輯錯(cuò)誤,要反復(fù)修改測(cè)試,直至輸出邏輯正確的位置。

　　(2)聯(lián)機(jī)調(diào)試：在模擬調(diào)試合格的前提下,就可以進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試了。聯(lián)機(jī)調(diào)試的目的主要是測(cè)試PLC控制系統(tǒng)軟件和硬件之間的兼容性,即將模擬測(cè)試合格的軟件程序載入到PLC控制電路之中進(jìn)行實(shí)際情況下的運(yùn)行。如果聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)果不符合預(yù)期的要求,則要重新對(duì)控制系統(tǒng)修改和調(diào)試直至達(dá)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(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明PLC在電氣設(shè)備中的應(yīng)用,其中一個(gè)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(dòng)化系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)電氣化設(shè)備狀態(tài)變化等;另一個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)的改造方面的應(yīng)用

　　(1)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)：首先是選擇機(jī)型和相關(guān)配套的模塊。機(jī)型的選擇要綜合考慮其性能、可靠性、價(jià)格以及配套的各種功能模塊等因素,從中選出最適合的機(jī)型。其次是選擇I/O接口。一般來(lái)說(shuō)。I/O的選擇有四個(gè)步驟：一是選擇I/O的數(shù)量,選擇時(shí)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(lèi)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(duì)數(shù)據(jù)的處理和反應(yīng)速度,因此在選用時(shí)要特別注意。再次是電源的選擇。電源模塊的選擇沒(méi)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(shí)所需電流即可。然后是考慮抗干擾措施設(shè)計(jì)。由于PLC的電路對(duì)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(jì)過(guò)程中一定要考慮其考干擾措施的設(shè)計(jì),優(yōu)先選用抗干擾措施設(shè)計(jì)較好的硬件。最后是控制元件的設(shè)計(jì)。主要任務(wù)有兩個(gè),分別是存儲(chǔ)器空間的分配和專(zhuān)用存儲(chǔ)器的確定。

　　(2)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)：首先是進(jìn)行系統(tǒng)程序的初始化設(shè)計(jì)。綜合考慮電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)程序的啟動(dòng)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(yǔ)言對(duì)PLC程序進(jìn)行編寫(xiě),并對(duì)編寫(xiě)好的PLC程序進(jìn)行檢查。最后是進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試。首先進(jìn)行系統(tǒng)的模擬調(diào)試,將控制系統(tǒng)同主電源斷開(kāi),單獨(dú)對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。若模擬軟件測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,需要對(duì)軟件進(jìn)行修改。若在此過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,則通過(guò)系統(tǒng)的模調(diào)試,進(jìn)入系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)測(cè)試。將合格的程序載入電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行,反復(fù)修改調(diào)試直至達(dá)到通過(guò)利用PLC改造老式的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的預(yù)期目的。完成以上工作后編寫(xiě)相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)交付使用后利用PLC改造老式電氣自動(dòng)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(jì)：PLC在軋鋼廠加熱爐上料系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì),主要的考慮因素是對(duì)于軋鋼廠內(nèi)鋼材的長(zhǎng)度控制和鋼材運(yùn)輸輥道的速度控制以及停車(chē)控制?？梢愿鶕?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(duì)鋼材的長(zhǎng)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(jì)數(shù)器接口模塊以及OMRON的EJR 5E4型光電感應(yīng)器,而對(duì)于鋼材運(yùn)輸輥道的速度控制以及停車(chē)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(jì)：系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)度控制電機(jī)的工作。在PLC的整個(gè)控制過(guò)程中,PLC首先對(duì)鋼材的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量,然后再通過(guò)反饋的脈沖信號(hào)控制變頻器進(jìn)行調(diào)速,從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。在依據(jù)以上原理編寫(xiě)完P(guān)LC控制程序后,還需要進(jìn)行軟件的模擬調(diào)和聯(lián)機(jī)調(diào)試。

　　隨著人類(lèi)的發(fā)展需要,人們對(duì)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(lái)越高,將PLC用于電氣設(shè)備的控制,可以顯著簡(jiǎn)化系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu),同時(shí)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(jiǎn)單,故障率低。毫無(wú)疑問(wèn),電氣設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC是未來(lái)電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。