史春笑

摘 要： PLC在現代機電控制中替代了傳統(tǒng)的繼電器，成為現代的主流控制器，其通過邏輯功能制定，實現了自身的控制功能。本文針對于PLC特點、控制原理以及控制系統(tǒng)設計進行分析，將控制系統(tǒng)設計過程具體劃分為多個過程進行，希望可以為現代的機電控制系統(tǒng)提升帶來幫助。

關鍵詞：PLC 機電控制系統(tǒng) 研究

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0264-02

PLC作為一種新型工業(yè)控制設備，其實現控制功能的核心是微處理器和存儲器組成的控制組件，該組件通過內部邏輯運算或其他運算，將處理后的信號作為PLC的輸出量對外部設備進行各種控制，實現“軟接線”，這恰是現代機電控制的發(fā)展趨勢。PLC作為科技產物，有著自己的獨特特點和實現原理，在這里針對這方面進行分析，望帶來提升。

一、PLC特點

1.較強的靈活性

在傳統(tǒng)的機電控制中，通過繼電器來完成相應的控制任務，這不僅需要良好的機電過程設計，更需要良好的安裝過程，而當控制任務有所變更時，需要進行大規(guī)模的線路拆除等，這也代表了這種模式消耗較大。PLC改進了這一缺點，在系統(tǒng)升級時，只需要進行程序改變和簡單的線路修改便可以完成，所以說PLC具有更強的靈活性，適用于較多領域不同方面的需求。

2.抗干擾能力強

PLC的硬件結構及其周期循環(huán)掃描的工作方式保證其可以在強磁場、強震動、高粉塵、濕度大、溫度高等惡劣的工業(yè)生產環(huán)境中正常工作，避免了采用繼電器控制技術因為設備老化可能出現的各種問題，所以說PLC更為適合現代的工業(yè)生產。

3.編程簡單

PLC編程簡單易掌握。實際工作中，工業(yè)生產需要對于某一任務進行調整時，可依靠程序編寫來實現，大大的提升了機電控制系統(tǒng)的工作效率。同樣因編程簡單，就使得在進行設計時，可以將一些簡單的模塊進行外包，加快設計速度。

4.功能較強

PLC具備功能指令和一定數量的特殊擴展設備，不僅可以控制開關量、數字量，同樣也可以進行模擬量的控制，這種良好的多控模式適合現代工業(yè)生產的基本需求，有效拓展PLC自身的應用領域。

二、PLC機電控制系統(tǒng)組成

1.控制系統(tǒng)硬件結構

基于PLC的機電控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成，一部分是執(zhí)行系統(tǒng)，一部分是電控系統(tǒng)。根據生產任務的不同，執(zhí)行系統(tǒng)由不同的硬件設備構成，像機械手、傳輸皮帶、檢測器等是常用的硬件設備。電控系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、人機界面等部分組成。在工業(yè)控制領域，人機界面技術在與PLC技術配合使用的情況下，可以節(jié)約PLC的輸入輸出點數，同時它通過界面能夠給運行人員直觀的印象，操作簡單；變頻器是工業(yè)控制領域廣泛采用的一種調速技術。執(zhí)行系統(tǒng)和電控系統(tǒng)配合根據控制要求構成開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現所需控制功能。

2.控制系統(tǒng)應用軟件

應用軟件是用戶為達到某種控制目的，采用PLC廠家提供的編程語言自主編制的程序，主要用于控制生產設備運行。PLC程序的準確編制和調試是系統(tǒng)設計的核心，只有編制調試出最優(yōu)化的程序，才能有效的降低PLC的滯后性，提高實時性。利用PLC三大類指令的有機配合可以實現復雜的控制功能。

三、PLC機電控制系統(tǒng)設計

電控系統(tǒng)的準確設計是PLC機電控制系統(tǒng)設計的關鍵。以日本三菱公司PLC為例，從以下幾個方面來進行電控系統(tǒng)設計：

1.電控系統(tǒng)設備選型

PLC作為一種工業(yè)控制設備，通過I/O接口完成工業(yè)生產現場信號的采集及輸出信號控制工業(yè)設備。首先要根據采集的信號和生產現場所需控制信號的類型確定是否選擇A/D或D/A轉換模塊，然后再確定輸入輸出點數，同時考慮所帶負載的類型、實時性的要求及人機交流方便等因素，最后綜合確定要選擇的PLC的廠家、型號以及是否采用擴展單元或模塊、特殊擴展設備等。變頻器的選型應結合所驅動電動機的轉速、功率、性能等方面的因素綜合確定；人機界面要考慮界面友好、功能強大，與PLC、變頻器等設備連接方便，且所用組態(tài)軟件學習操作方便等。

2.PLC輸入及輸出點數優(yōu)化

根據對控制系統(tǒng)的具體分析，考慮各種工作方式之間的切換以及手動操作等，確定PLC的輸入輸出點數?？紤]性價比原因，對復雜控制系統(tǒng)通常采用PLC基本單元與擴展單元的配合，以滿足控制要求；此外利用人機界面技術，在人機界面環(huán)境下，利用組態(tài)軟件編輯設計相應的軟開關和軟按鈕，也可以減少PLC的輸入點數；最后要考慮預留10%～20%的輸入輸出端子作為備用量。為編程方便，輸入輸出端口的編號選擇依次按從小到大的順序編號。

3.設計PLC輸入/輸出接線圖

在設計輸入部分時，要充分考慮幾方面的問題。一是PLC輸入點數不充裕情況下，可利用編碼輸入法、矩陣輸入法、編程法等有效的減少占用PLC的輸入點數；二是與輸入端口直接相連的各類起保護作用的輸入接點及停止按鈕，一般采用常閉接點。三是有源開關使用PLC內部電源時，要注意PLC的輸入形式是源型還是漏型；四是輸入側的+24V電源一般不提供給輸出單元負載使用，因為涉及功率問題。

同樣在設計輸出部分時也要考慮幾點。一是PLC輸出點數不充裕情況下，可利用外部譯碼輸出法、矩陣輸出法等有效的減少占用PLC的輸出點數。二是當PLC輸出形式分別為晶體管輸出、晶閘管輸出時，要注意外部電源的極性，否則負載不工作。三是驅動步進電機等相關負載時，一定要設計外電路，而不是利用PLC輸出的開關量信號直接驅動。

4.程序設計

PLC的編程語言主要有兩種，一種是圖形化編程語言，一種是文本化編程語言。圖形化編程語言分為梯形圖、順序功能圖及功能圖，而文本化編程語言分為指令語句表及結構文本兩種。梯形圖簡單明了；順序功能圖是程序設計的發(fā)展趨勢和方向；功能圖并不是按順序執(zhí)行，是將程序集中構成一個功能模塊，例如設計一個電梯控制程序，可以構造多個功能模塊，再組合，使用時就調用相應功能模塊；指令語句表相當于匯編語言，由匯編語言演變而來，PLC中的指令有三種，分別是基本指令、步進指令及功能指令，其中一些功能指令的有效使用可以使編程大大簡化，例如IST指令；結構文本主要用于大型PLC中，中小型PLC基本不用，比較難掌握，有電腦語言基礎者例外?；谝陨戏治觯Y合機電控制系統(tǒng)的具體要求，選擇合適的編程語言，設計最優(yōu)化的程序是電控系統(tǒng)的控制核心。

變頻器參數的設置。在PLC與變頻器正確接線的基礎上，首先通過參數設置使變頻器處于操作模式，在該模式下根據控制系統(tǒng)的要求，利用變頻器的多段速設定交流電機的速度調節(jié)，在參數設定完成之后，再使變頻器處于外部操作模式。檢查主回路和控制回路接線正確，通電后此時POWER和操作面板顯示正確數據。

在人機界面組態(tài)畫面的設計過程中，利用組態(tài)軟件，打開工程瀏覽器，找到設備COM1設定好數據位和停止位為7和1；在窗口上雙擊“新建”按鈕，安裝相應廠家、型號的PLC；在數據庫詞典下根據PLC的I/O分配表設定PLC的I/O離散量；設計人機界面畫面，全部保存，設計主畫面，運行。

5.可靠性設計

在進行可靠性設計過程中，主要包括兩個方面的內容：一方面是保證設計科學合理；另一方面是保護措施以及自身的安全性能要到位。在設計過程中，一般從這兩個方面對設計的可靠性進行評價。一般來說，首先考慮的是硬件保護能力，在系統(tǒng)設計中，通過短路保護、互鎖聯(lián)鎖措施、失壓保護與緊急停車措施來應對這方面的問題；其次是軟件措施，在PLC程序中設計消抖程序及實現故障的自診斷和自處理程序來提高PLC的抗干擾能力。

6.通信設計

在進行電控系統(tǒng)各設備之間的通信過程中，涉及PLC與變頻器、PLC與人機界面之間的通信。PLC和變頻器之間進行通訊，通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設定，假如沒有進行初始設定或有一個錯誤的設定，數據將不能進行傳輸；PLC在進行計算機鏈接（專用協(xié)議）和無協(xié)議通訊（RS指令）時均需對通訊格式（D8120）進行設定，其中包含有波特率、數據長度、奇偶校驗、停止位和協(xié)議格式等，在修改了D8120的設置后，確保關掉PLC的電源，然后再打開。PLC與人機界面之間的通信，在組態(tài)軟件中定義相應串口類設備，通過串行口與PLC和數據采集模塊進行通信，這樣可實現對各個開關量的控制以及現場數據的采集和處理。

四、總結

本文分析PLC機電控制系統(tǒng)，從PLC特點入手，討論其控制系統(tǒng)組成，針對其設計過程進行分析，希望文中的分析可以為PLC應用帶來借鑒。

參考文獻

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