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可编程控制器PLC控制系统程序设计探讨

2018-11-29刘远博 薛丽贤 郑毅

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PLC作为通用的工业计算机,正在成为工业控制领域的主流控制设备。简要介绍了PLC控制系统的一般设计原则、设计的基本内容,以及机型选择,并对PLC控制系统设计中应注意的问题进行了分析。

    可编程控制器(Programmable logical controller,PLC)控制技术已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域,为工业自动化提供了有力的工具,加速了机电一体化的进程。PLC控制系统可进行模拟量控制、位置控制等。PLC最大特点就是以计算机软件技术构成传统的继电器模型,形成一套独特风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言,即PLC控制系统是以程序形式实现其控制功能。因此,PLC编程技术在PLC控制系统中具有非常重要的地位。

1 PLC控制系统一般设计原则

    为了满足被控对象的工艺要求,从而提高生产效率和产品质量,PLC控制系统设计时应遵循以下基本原则:

    1)最大可能地满足被控制对象的控制要求。设计PLC控制系统的首要前提就是要充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求。

    2)保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行。在系统设计、元器件选择、软件编程等方面全面考虑,力求控制系统安全可靠。

    3)要满足设计的控制系统既简单、经济又方便使用和维修。

    4)适应发展的需要。在满足上述原则的基础上应该充分考虑到以后生产的发展及工艺改进的需要,在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时应适当留有裕量。

2 PLC控制系统设计的基本内容

    PLC控制系统设计涉及的内容很多,但首先应具有以下基本内容:

    1)根据设计原则确定控制系统的设计技术条件。

    2)正确选择用户的输入设备(按钮、操作开关、限位开关和传感器等)和输出设备(包括继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。

    3)正确选择PLC。PLC控制系统的核心部件就是CPU,它对于整个控制系统的技术经济性能指标的保证起着至关重要的作用。它的选择也决定了跟随的其他模块的选择。

    4)编制好I/O分配表和接线图,即合理的分配I/O点,设计好PLC的I/O端口接线图。在分配I/O点编号时,尽可能将同一类的信号集中配置,地址号按顺序连续编排。

    5)软件设计时按要求编写软件设计说明书,选择合适的编程语言(常用梯形图)进行程序设计,编程时,首先要合理划分模块;其次是合理利用指令,严格注意信息名称的定义。

    6)硬件设计和软件设计可分开同时进行,硬件配备工作,如外围电路,包括主电路的设计、强电设备的安装布线、控制台(柜)的设计和现场安装等。

    7)做好单机调试计划与联动调试计划,只有单机调试完成无错的条件下才能进行联动调试的工作。

    8)认真编写设计说明书和使用说明书。

3 PLC机型选择

    随着PLC在工业控制中的推广普及,PLC产品的种类越来越多,其结构型号、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同,适用场合也各有侧重。因此,合理选择PLC,对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要的作用。

    PLC机型选择的基本原则是:在功能满足要求的前提下,选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。具体应注意以下几个方面:

    1)选用规模适当的PLC输入、输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标。因此,在选用PLC时,首先要确保有足够的I/O点数,并留10%~15%的备用量。另外,如果只是为了实现单机自动化或机电一体化产品,可选用小型PLC;若控制系统较大,需要I/O点数较多,被控制设备较分散,则可选用大、中型PLC。

    2)PLC的容量要满足用户要求。对PLC用户程序存储容量的估算,可用下面推荐的经验公式:存储器总字数=(开关量I/O点数×10)+(模拟量点数×150)。按经验公式所算得的存储器总字数要再考虑25%的余量。

    3)功能相当,结构合理。若被控制对象是开关量和模拟量并存,要求PLC完成A/D、D/A转换,算术运算和其他一些特殊处理,则要选择有相应功能的PLC。此外,还要考虑PLC结构。整体式结构简单、体积小,每一个I/O点的平均价格也比模块式的便宜。

    4)选择哪一种功能的输入/输出模块和哪一种输出形式,取决于控制系统中输入/输出信号的种类、参数要求和技术要求。输出模块按方式不同又有继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出3种。对开关频繁、低功率因数的感性负载,可使用晶闸管输出(交流输出)或晶体管输出(直流输出),但这种模块过载能力稍差,价格也较高。继电器输出模块承受过电压和过电流的能力较强,价格较便宜;缺点是响应速度较慢,在输出变化不是很快、很频繁时,可优先考虑使用。此外,还应当考虑输入/输出模块的负载能力。

    5)选用PLC机型要统一,即在同一个企业,PLC使用的机型要尽量统一(PLC生产厂家的统一,同一厂家同一型号的统一),以便于编程的应用软件是一样的,也便于维护和管理。

4 结语

    PLC是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置,随着微处理器技术的发展,PLC得到迅速的发展,也在社会各领域的生产中得到了越来越多的应用。目前,PLC已广泛用于开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、互联网等领域。展望未来,PLC无论是在技术、产品规模、产品结构配套性方面,还是从市场及网络的发展情况来看,都将会有更大的发展,在中国也将会有更广阔的应用天地。

责任编辑:邓忠帅
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