近年來,隨著PLC技術的不斷發展,PLC控制系統的功能不斷增強和完善,甚至于在一些電氣設備中,PLC已經開始作為其主控制器。毫無疑問,PLC在電氣設備中占據著越來越重要的地位。
1 PLC 控制系統的結構和配置
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,其結構屬于總線開放型結構,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備的控制系統中;而模塊式PLC的擴展能力更為優異,而且維修比較方便,因此復雜的電氣設備中一般使用模塊式PLC。
2 PLC 控制系統在電氣設備中的設計問題
PLC在電氣設備中的設計有三個部分的設計：一是對控制系統的流程設計;二是I/O地址的設計;三是控制系統的設計。
2.1 PLC 控制系統的流程設計
整個設計過程首先要明確PLC在電氣設備所要完成的控制目標,然后在此基礎上確定PLC在電氣設備中的控制范圍,根據選取的控制系統電路來確定相對應的主機,最后根據所選的主機選擇相應的配套模塊。
2.2 PLCI/O 接口地址的設計
I/O接口地址設計是PLC系統設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 控制系統的設計
PLC控制系統完整的設計分為兩個大部分,分別是軟件系統設計和硬件系統設計。對于軟件系統設計來說,一般是指對PLC控制系統程序的編寫,PLC程序可分為主程序、子程序和中斷程序,其被用于對電氣設備的軟硬件進行控制;而對于硬件系統設計來說,一般有抗干擾措施的設計、電氣設備控制元件的選用以及電氣設備控制系統設計等。
(1)PLC控制系統的軟件設計：PLC控制系統的軟件設計并沒有固定的方法,即編寫一個最優化的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驗。因此,編程人員個人的能力和經驗是完成好這項工作的關鍵所在。當然,PLC的軟件設計還是有基本的設計方法,包括流程圖法、邏輯代數法以及功能圖法等。PLC程序設計的一般有五個步驟：首先確定控制系統的啟動條件、關斷條件等;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,一般的控制系統設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控制系統的硬件設計：在電氣設備的PLC控制系統的硬件設計過程中,最核心的就是電氣設備的控制系統設計,其用于控制整個電氣設備的硬件運行。電氣設備的控制系統設計的好壞與否對于電氣設備能否正常使用具有十分重要的影響;電氣設備中的抗干擾措施設計主要是用于提高控制系統軟硬件工作的穩定性以及對外界環境影響的適應能力。一般的PLC抗干擾設計包括三個部分,一個部分是電源的抗干擾設計,主要是為了控制電網的干擾。另一個部分是輸入輸出的抗干擾設計,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計中也占據非常重要的位置,如果選用的元件不合適,對于整個控制系統的硬件設計影響很大。
2.4 PLC 控制系統的調試
PLC控制系統的調試有兩個部分的調試,首先是模擬調試,然后再在模擬調試無問題的前提下進行聯機調試。
(1)模擬調試：硬件進行模擬調試的前提是控制系統與主電源斷開,以此將硬件獨立出來進行模擬調試。在模擬調試過程中,軟件部分的調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的,即使用開關、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了邏輯錯誤,要反復修改測試,直至輸出邏輯正確的位置。
(2)聯機調試：在模擬調試合格的前提下,就可以進行系統的聯機調試了。聯機調試的目的主要是測試PLC控制系統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。如果聯機調試結果不符合預期的要求,則要重新對控制系統修改和調試直至達到相關要求為止。
3 PLC 控制系統在電氣設備中的應用
PLC在電氣設備的控制系統中被廣泛應用,下面就兩個實例來說明PLC在電氣設備中的應用,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,從而實現實時對電氣化設備狀態變化等;另一個是PLC軋鋼廠加熱爐上料系統中應用。
3.1 PLC 在電氣自動化系統的改造方面的應用
(1)系統硬件的設計：首先是選擇機型和相關配套的模塊。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的數量,選擇時必須考慮留出一定的接口數量作為備用;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對數據的處理和反應速度,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控制系統工作時所需電流即可。然后是考慮抗干擾措施設計。由于PLC的電路對于環境濕度、溫度等比較敏感,工作性能受環境因素影響比較大,因此在PLC硬件系統的設計過程中一定要考慮其考干擾措施的設計,優先選用抗干擾措施設計較好的硬件。最后是控制元件的設計。主要任務有兩個,分別是存儲器空間的分配和專用存儲器的確定。
(2)系統軟件的設計：首先是進行系統程序的初始化設計。綜合考慮電氣自動控制系統程序的啟動條件、關斷條件以及其制約條件等,從而從整體上確定PLC程序的結構形式。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。最后是進行系統的調試。首先進行系統的模擬調試,將控制系統同主電源斷開,單獨對電氣自動化控制系統進行模擬調試。若模擬軟件測試過程中發現問題,需要對軟件進行修改。若在此過程中未發現問題,則通過系統的模調試,進入系統的聯機測試。將合格的程序載入電氣自動控制系統中,進行現場的運行,反復修改調試直至達到通過利用PLC改造老式的電氣自動控制系統的預期目的。完成以上工作后編寫相關技術文獻交付使用后利用PLC改造老式電氣自動控制系統的工作就完成了。
3.2 PLC 在軋鋼廠加熱爐上料系統中的應用
(1)系統硬件設計：PLC在軋鋼廠加熱爐上料系統中的硬件設計,主要的考慮因素是對于軋鋼廠內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�？梢愿鶕嚓P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的主控制器。然后,再選擇相關的配套功能模塊組成硬件系統,如針對鋼材的長度控制,我們可以選擇日本光洋TRD J1000 S型旋轉編碼器,SZ系列PC的Z CTIF計數器接口模塊以及OMRON的EJR 5E4型光電感應器,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)系統軟件設計：系統的控制系統的設計主要是依據軋鋼廠加熱爐上料系統的工作原理,即軋鋼廠加熱爐上料系統的控制系統根據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速,從而對電機進行控制。在依據以上原理編寫完PLC控制程序后,還需要進行軟件的模擬調和聯機調試。
隨著人類的發展需要,人們對于電氣設備工作的精度、可靠性以及穩定性等要求越來越高,將PLC用于電氣設備的控制,可以顯著簡化系統的控制結構,同時也能大大增加系統的可靠性、穩定性和精確性,并且PLC控制系統的操作簡單,故障率低。毫無疑問,電氣設備自動控制系統采用PLC是未來電氣設備控制系統的發展趨勢。
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本文標題：PLC 控制系統在電氣設備中的設計與應用
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