PLC的自動化控制系統優化設計

　　1 引言

　　在現代化的工業生產設備中，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的啟停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制等，而PLC技術是解決上述問題的zui有效、zui便捷的工具，因此PLC在工業控制領域得到了廣泛的應用。下面就PLC工業控制系統設計中的問題進行探討。

　　2 PLC系統設備選型

　　PLCzui主要的目的是控制外部系統。這個系統可能是單個機器，機群或一個生產過程。不同型號的PLC有不同的適用范圍。根據生產工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數和I/O點的類型(數字量、模擬量等)統計，列出清單。適當進行內存容量的估計，確定適當的留有余量而不浪費資源的機型(小、中、大形機器)。并且結合市場情況，考察PLC生產廠家的產品及其售后服務、、網絡通信等綜合情況，選定價格性能比較好的PLC機型。

　　目前市場上的PLC產品眾多，國外有德國的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國的GE;韓國的LG等。國產品牌有研華、研祥、合力時等。近幾年，PLC產品的價格有較大的下降，其性價比越來越高。PLC 的選型應從以下幾個方面入手。

　　2.1 確定PLC 控制系統的規模

　　依據工廠生產工藝流程和復雜程度確定系統規模的大小。可分為大、中、小三種規模。

　　小規模PLC控制系統:單機或者小規模生產過程，控制過程主要是條件、順序控制，以開關量為主，并且I/O點數小于128 點。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

　　中等規模PLC控制系統:生產過程是復雜邏輯控制和閉環控制，I/O點數在128——512 點之間。應該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

　　大規模PLC控制系統:生產過程是大規模過程控制、DCS系統和工廠自動化網絡控制，I/O點數在512點以上。應該選用具有通信聯網、智能控制、數據庫、中斷控制、函數運算的PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業現場總線結合實現工廠工業網絡的通訊和控制。

　　2.2 確定PLC I/O 點的類型

　　根據生產工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數和I/O點的類型(數字量、模擬量等)統計，列出清單。適當進行內存容量的估計，確定適當的留有軟硬件資源余量而不浪費資源的機型(小、中、大型機器)。

　　根據PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統的穩定運行是很重要的。

　　電磁閥的開閉、大電感負載、動作頻率低的設備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數字直流調速器的啟動/停止應采用晶體管輸出。

　　2.3 確定PLC編程工具

　　(1) 一般的手持編程器編程。 手持編程器只能用商家規定語句表中的語句表(STL)編程。這種方式效率低，但對于系統容量小、用量小的產品比較適宜，具有體積小、價格低、易于現場調試等優點。 這主要用于微型PLC的編程。

　　(2) 圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖(LAD)編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內就可應用自如，但該編程器價格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC。

　　(3) 計算機加PLC軟件包編程 。這種方式是效率zui高的一種方式，但大部分公司的PLC 開發軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現場調試，主要用于中PLC系統的硬件組態和軟件編程。

　　3 PLC控制系統的設計

　　PLC 控制系統設計包括硬件設計和軟件設計。

　　3.1 PLC控制系統的硬件設計

　　硬件設計是PLC控制系統的至關重要的一個環節，這關系著PLC控制系統運行的可靠性、安全性、穩定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。

　　(1) PLC控制系統的輸入電路設計。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:1隔離變壓器等);隔離變壓器也可以采用雙隔離技術，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。

　　PLC輸入電路電源一般應采用DC 24V, 同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統供電安全和PLC安全至關重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。

　　(2) PLC控制系統的輸出電路設計。依據生產工藝要求，各種指示燈、變頻器/數字直流調速器的啟動停止應采用晶體管輸出，它適應于高頻動作，并且響應時間短;如果PLC 系統輸出頻率為每分鐘6 次以下，應繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。

　　如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。