PLC控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

近年來,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)開始作為其主控制器。毫無疑問,PLC在電氣設(shè)備中占據(jù)著越來越重要的地位。

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)屬于總線開放型結(jié)構(gòu),用戶可以利用I/O接口對PLC的功能進(jìn)行擴(kuò)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(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)電路來確定相對應(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,從軟件方面來說,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,對于硬件及PLC外圍來說,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,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)。對于軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說,一般是指對PLC控制系統(tǒng)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(shè)備的軟硬件進(jìn)行控制;而對于硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說,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)并沒有固定的方法,即編寫一個(gè)最優(yōu)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(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;第三步是輸出對象按照標(biāo)準(zhǔn)方程進(jìn)行編程。無制約條件時(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;最后是對所編寫程序的檢查修改。另外一個(gè)需要注意的問題是,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相對于語句編程來說更為直觀形象。

(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)試無問題的前提下進(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,以此將硬件獨(dú)立出來進(jìn)行模擬調(diào)試。在模擬調(diào)試過程中,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)指示燈的變化來實(shí)現(xiàn)的,即使用開關(guān)、電位表以及萬用表等模擬輸入信號(hào),在觀察PLC的輸出邏輯關(guān)系來驗(yàn)證軟件部分能否正常運(yùn)作。如果模擬測試軟件部分出現(xiàn)了邏輯錯(cuò)誤,要反復(fù)修改測試,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)試的目的主要是測試PLC控制系統(tǒng)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(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)例來說明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