萬志宇

【摘 要】 PLC在自動化控制系統(tǒng)中所具備的功能越來越完善，能夠完成相應(yīng)的控制任務(wù)，對于工業(yè)環(huán)境較差，控制系統(tǒng)要求較高的電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)較為適用，它能夠取代計算機(jī)來輔助完成各種控制任務(wù)，因而對其進(jìn)行設(shè)計和運(yùn)用對于提高電氣設(shè)備自動化控制水平具有重要作用。

【關(guān)鍵詞】 PLC控制系統(tǒng)；電氣設(shè)備；自動控制

一、PLC在電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中的設(shè)計

工程技術(shù)人員在對電氣控制中的PLC系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計過程中，首先應(yīng)該對電氣自動控制任務(wù)進(jìn)行確定，然后對PLC的功能和價格進(jìn)行比較，選擇比較適合電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的程控器主機(jī)。在選定相應(yīng)的主機(jī)后，技術(shù)人員還要對相應(yīng)的模擬量單元、位置控制單元、顯示設(shè)定單元進(jìn)行確定，完成PLC設(shè)計的第一步，然后再進(jìn)行下面的設(shè)計，具體來說在確定PLC主機(jī)后的設(shè)計步驟主要包括確定I/O地址、設(shè)計控制系統(tǒng)以及調(diào)試系統(tǒng)。

技術(shù)人員對I/O地址進(jìn)行確定后才能開始控制系統(tǒng)的設(shè)計，因而I/O地址確定這一步是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，在將I/O點(diǎn)的地址、代碼、名稱等確定好后，技術(shù)人員才能進(jìn)行編程設(shè)計，并對裝配圖、接線圖等進(jìn)行設(shè)計，對線路進(jìn)行裝配和連接。在完成對I/O地址的確定之后接著進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計，控制系統(tǒng)設(shè)計主要可以分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計兩部分，其中硬件設(shè)計主要包括對PLC控制器進(jìn)行設(shè)計，對電氣線路進(jìn)行設(shè)計，對外圍路線進(jìn)行設(shè)計以及實(shí)施抗干擾設(shè)計。而軟件設(shè)計則主要是對PLC控制程序進(jìn)行編寫和設(shè)計，主要包括對主程序、子程序以及中斷程序進(jìn)行設(shè)計等，軟件設(shè)計需要依靠設(shè)計者自身經(jīng)驗(yàn)來完成，在設(shè)計方法上主要有狀態(tài)表法、流程圖法、功能圖法以及邏輯代數(shù)法等。而在最后一步調(diào)試系統(tǒng)當(dāng)中，技術(shù)人員需要對系統(tǒng)中的軟件部分和硬件部分分別進(jìn)行調(diào)試，以保證整個系統(tǒng)均能夠正常運(yùn)行。在調(diào)試當(dāng)中主要有兩種方法，一是模擬調(diào)試方法，在對硬件部分進(jìn)行模擬調(diào)試過程中，需要將主電路斷開，然后對各個硬件的控制部分是否安裝正確進(jìn)行手動檢查和調(diào)試，而對軟件部分進(jìn)行模擬調(diào)試時則需要對各種開關(guān)信號進(jìn)行模擬輸入，以觀察PLC的輸出端各種指示燈的顯示是否正常，在模擬量信號的選取上，技術(shù)人員則可以通過將萬用表、電位器和開關(guān)等相互配合來對現(xiàn)場的傳感器和開關(guān)信號進(jìn)行模擬，然后對PLC輸出端的邏輯關(guān)系進(jìn)行觀察，以檢驗(yàn)其邏輯關(guān)系是否符合電氣設(shè)備控制要求。另一種調(diào)試方法是聯(lián)機(jī)調(diào)試，這種方法是將調(diào)試好和編制好的程序直接下載到PLC當(dāng)中，在現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。在調(diào)試過程中要將主電器斷開，只對控制電路進(jìn)行調(diào)試?，F(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試能夠幫助技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)中存在的問題，并及時進(jìn)行解決。在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試過程中，通過反復(fù)檢查程序系統(tǒng)和接線系統(tǒng)能夠?qū)㈦[藏在系統(tǒng)軟件和硬件當(dāng)中的問題找出來，從而使PLC的設(shè)計更加符合電氣設(shè)備控制系統(tǒng)要求。在幾次調(diào)試之后均沒有問題出現(xiàn)后，技術(shù)人員方可將PLC投入電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)用。

二、PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于電氣設(shè)備的相關(guān)分析

（一）PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計分析

考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場的污染嚴(yán)重、噪聲干擾，本次的主控單元采用了小型的可編程控制器，并采取了兩級監(jiān)控方式。生產(chǎn)管理級是上位機(jī)，操作人員要負(fù)責(zé)編程及調(diào)試可編程控制器，并要監(jiān)視和記錄下位機(jī)現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)與信息，同時還要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場電氣設(shè)備的控制。此外，還應(yīng)和一臺終端機(jī)保持通訊，需要時可打印出所需資料?；A(chǔ)測控級為下位機(jī)，負(fù)責(zé)采集生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)及控制生產(chǎn)過程。最新的SLC5/04處理器不僅可以提供960個I/O點(diǎn)、在線編程及鑰匙開關(guān)，本身還具有一個內(nèi)置的DH+口，它能與DH+直接相連，實(shí)現(xiàn)與SLC5/04或其他處理器的高速對等通訊。

（二）PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計分析

（1）當(dāng)前，PLC系統(tǒng)的上位機(jī)軟件主要是采用了WINCC型號的監(jiān)控軟件，該軟件為用戶提供圖形化組態(tài)軟化更直觀、方便，且能在較短的時間內(nèi)為用戶構(gòu)造相應(yīng)的控制方案。其通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；集成的Historian系統(tǒng)作為IT和商務(wù)集成的平臺；可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展；“全集成自動化”的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。

監(jiān)控軟件選用的是模塊化結(jié)構(gòu)方式編制。利用已采集和處理過的PLC內(nèi)存單元數(shù)據(jù)，可用抽象的圖形在屏幕上模擬現(xiàn)場的任一機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況，從而能夠監(jiān)控系統(tǒng)中各電氣信號的數(shù)據(jù)，再與實(shí)際情況相結(jié)合，將新數(shù)據(jù)輸入PLC內(nèi)存，把命令傳達(dá)到CPU中。假如系統(tǒng)發(fā)生故障，不僅會發(fā)出報警聲，還會將故障點(diǎn)以動態(tài)方式顯示出來，并提供故障原因查詢圖和解決辦法查詢圖，還能進(jìn)行用戶流程圖、歷史走勢等界面的組態(tài)。

（2）下位機(jī)編程軟件主要是采用了RSLOGIX500編程軟包，該軟包的WINDOWS界直觀、親切，編輯器靈活，有利于用戶節(jié)約時間及提高生產(chǎn)率。

三、西門子S7系列PLC在電氣控制中的應(yīng)用

球磨機(jī)是目前使用最廣泛的粉磨設(shè)備，由于粉磨過程產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致磨內(nèi)溫度升高，從而引起出磨水泥溫度超限，使石膏脫水、水泥產(chǎn)生假凝現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水泥的質(zhì)量、儲存、包裝、運(yùn)輸和混凝土施工等性能，更嚴(yán)重的引起磨機(jī)軸瓦溫度超限，磨機(jī)不能連續(xù)運(yùn)行，危及設(shè)備安全。

為了解決磨機(jī)粉磨物料高溫的問題，可以設(shè)計一種霧化噴槍系統(tǒng)，通過水路和氣路復(fù)合管道在噴槍的頭部噴嘴處實(shí)現(xiàn)氣水混合霧化，通過高壓氣體吹散高壓水霧化，霧化噴嘴開孔可達(dá)到5毫米而不減弱霧化效果。由于霧化噴嘴開孔大，因而很好的解決水中雜質(zhì)堵塞噴槍的問題?？刂葡到y(tǒng)則采用西門子S7-200PLC作為控制系統(tǒng)核心部件，使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠的適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)通過磨機(jī)聯(lián)鎖、缺水保護(hù)、斷氣保護(hù)等措施保證噴霧系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。通過變頻器調(diào)整高壓水泵運(yùn)行頻率，采用PID控制算法實(shí)現(xiàn)出磨物料溫度的精準(zhǔn)控制。

（二）西門子S7300PLC在雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年來，隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，高層建筑和智能化建筑的不斷涌現(xiàn)，人們對電梯提出了越來越高的要求，單臺電梯往往不能滿足建筑物內(nèi)的交通需要，這時候就需要合理安裝多臺電梯來緩解電梯運(yùn)行的壓力，因此電梯群控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。與此同時，隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，也極大地促進(jìn)了電梯控制技術(shù)的進(jìn)步，大量先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用于電梯群控系統(tǒng)，使得電梯群控系統(tǒng)的控制特性得到很大的改善。目前國內(nèi)已經(jīng)設(shè)計出了一套PLC雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、控制箱、顯示器、曳引電動機(jī)組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)（VariableVoltageVariableFrequency，簡稱VVVF）。通過一臺PLC去控制兩臺電梯運(yùn)行的方式，可以省去兩臺可編程控制器之間的相互通信，從而使得控制系統(tǒng)的可靠性更高，結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊。

（三）西門子S7400PLC在機(jī)床等工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

西門子S7400型PLC的應(yīng)用則更為廣泛，主要包括開關(guān)量邏輯的控制、模擬量的控制、集中控制、分散控制和運(yùn)動控制等方面，具體表現(xiàn)為：

（1）開關(guān)量邏輯的控制，這是西門子S7400HPLC控制技術(shù)中最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。替代了傳統(tǒng)的繼電器電路，并同時實(shí)現(xiàn)順序控制及邏輯控制，既適用于單臺設(shè)備的控制，也可以應(yīng)用于自動化流水線中，如生產(chǎn)線、組合機(jī)床、磨床、鏜床和龍門刨床等。

（2）控制模擬量。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)很多連續(xù)變化的物理量，如溫度、速度、流量、液位、壓力等模擬量。這些模擬量可通過數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)，確保編程器對模擬量實(shí)現(xiàn)處理。

（3）集中式控制系統(tǒng)。集中式控制系統(tǒng)主要采用一臺功能較強(qiáng)大的西門子S7400HPLC監(jiān)視系統(tǒng)、對多個設(shè)備進(jìn)行控制，已形成“中央集中式”的計算機(jī)控制體系。在該項(xiàng)系統(tǒng)中，每個設(shè)備之間的連鎖、聯(lián)絡(luò)關(guān)系以及運(yùn)行順序等都由中央西門子S7400HPLC來統(tǒng)一完成。可見，集中式控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)的成本低，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。但如果其中一個控制對象的程序需要做出改變，就要停止中央西門子S7400HPLC的控制，同時其他控制對象也隨之停止運(yùn)行。

（4）分散控制系統(tǒng)。在分散控制系統(tǒng)中，每一個控制對象都需要設(shè)置一臺西門子S7400HPLC，每臺西門子S7400HPLC之間能通過信號的傳遞而產(chǎn)生內(nèi)部響應(yīng)、發(fā)令或連鎖等，或者可由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線完成通信任務(wù)。分散控制系統(tǒng)中采取多臺機(jī)械生產(chǎn)線控制的方式，每條生產(chǎn)線之間都有數(shù)據(jù)相連接，由于每個控制對象都是由自身的西門子S7400HPLC來控制，所以如果某臺西門子S7400HPLC運(yùn)行停止，對其他西門子S7400HPLC不會產(chǎn)生影響。

（5）運(yùn)動控制。西門子S7400HPLC能夠?qū)A周運(yùn)動或者直線運(yùn)動進(jìn)行控制。在控制機(jī)構(gòu)的配置中，過去進(jìn)行的為直接應(yīng)用于傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，而現(xiàn)在則可以采取專用的運(yùn)動控制模塊。例如多軸位置的控制模塊、伺服電機(jī)其單軸、可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)等，西門子S7400HPLC可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、機(jī)械、電梯、機(jī)床等多種場合。

四、結(jié)語

將PLC應(yīng)用到電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)當(dāng)中后能夠有效簡化繼電器邏輯，簡化自動控制系統(tǒng)，從而有效提高了控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，且PLC系統(tǒng)的操作較為簡單，有效減少了電氣設(shè)備控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的控制故障，可以對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用，以保證電氣設(shè)備的自動控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效地運(yùn)行。

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