在工业自动化生产过程中PLC控制系统的设计 梁炎才

发表时间:2018/4/20   来源:《基层建设》2017年第35期   作者:梁炎才
[导读] 摘要:PLC广泛应用于各种工业机械生产和自动化生产中,是当代自动化生产的不可缺少的电子系统之一,也是适应现代化发展的新型控制器,更是当代最先进的计算机控制系统。

        江门市大光明电力设备厂有限公司  广东江门  529100
        摘要:PLC广泛应用于各种工业机械生产和自动化生产中,是当代自动化生产的不可缺少的电子系统之一,也是适应现代化发展的新型控制器,更是当代最先进的计算机控制系统。本文主要介绍PLC控制系统在自动化生产过程中的设计要点。
        关键词:PLC控制系统;自动化;程序;设计
        引言
        PLC是将计算机技术应用于工业控制领域的产品,由于计算机技术和微电子技术的发展,极大地推动了PLC的发展,其功能日益增强,更新换代明显加快,它广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中,为工业自动化提供了有力工具,它还可以构成复杂的工业过程控制网络,是一种适应现代工业发展的新型控制器。
        1.PLC 控制系统的设计原则
        PLC 控制系统概述
        PLC(Program mable Logic Controller)即为可编程逻辑控制器,在国际电工委员会中,将其定义为专为工业应用设计的数字操作电子系统。PLC 的存储器能够完成编程操作,对内部的逻辑问题进行计算,控制操作的顺序并下达相应的指令。同时还能完成模拟输入、输出等工作,以此来控制生产的过程。可编程逻辑控制器的开发要追溯到在 20 世纪 60 年代,当时美国研发完成了第一代 PLC,开启了工业自动化时代。目前,全球的 PLC 收入已逾百亿元,PLC 控制系统也成为当代工业生产的重要支柱。
        1.2 PLC 机型选择的原则
        PLC 控制系统的结构中包含输出和输入设备,系统设计工作的主要内容是 PLC 机型的选择以及内部程序的设计。在实际生产中,PLC 会被应用于不同的工艺流程和不同的场合中,这些工艺过程对控制功能的要求也有所不同,因此在机型的选择上很难达成统一的标准,需根据不同的生产内容完成机型的选择。但机型的选择要始终满足以下几个基本要求。一是 PLC 机型的选择要以 I/O 点数为主。根据控制系统的要求确定 I/O 点数。在此过程中要保留10%左右的裕量,为工艺的改进留下空间。二是要加强对小机型的应用。随着技术的不断完善,小机型逐渐取代了大机型。在PLC 功能选择上,只要使其满足I/O 点数即可,大多数的小机型都能够满足这一要求。三是要对内存容量进行合理的选择。在一般情况下,I/O 点数不同,内容容量也会存在很大的差异。在内存的选择上要考虑到裕量的保留,留下实际运行程序的25%作为裕量。在内存的选择上不要盲目贪大,要以够用为基本原则。同城点数满足 I/O 的 PLC 其内存也能得到要求。四是在PLC 的选择上,要考虑其结构与控制系统间的合理性。如果生产为单机系统控制,所需的I/O 点数较少,无需进行 PLC 通信,但对模拟信号的处理能力要求很高,则可以考虑选择整体式机。如OMRON C200H 系列以及松下 FPI 系列等。如果系统将开关量作为控制的关键,可为其选择西门子 S7-200、OMRON C 系列等机型。五是一个生产企业应选用统一类型的机型,提高设备的互用率,为生产提供便利。
        2.PLC 控制系统的设计
        2.1 输入回路的设计
        2.1.1设计电源回路
        在 PLC 控制系统的设计上,首先要设计出电源回路(图 1)。选用 80 至 240VAC 的电源作为 PLC 的供电装置。由于适用于PLC 的电源较多,其对电源的适应范围较广,因此在安装电源时要加装电源净化元件,以此来达到抗干扰的目的。抗干扰元件选择 1:1 的隔离变压器、电源滤波器等装置。


        2.1.4设计输入灵敏度
        灵敏度的设计也是 PLC 系统设计中的重要内容。由于不同的生产厂家对 PLC 的输入端电流有着不同的要求,当输入回路中有电阻时,就会出现误操作现象,因此在本次设计中会对这种情况采取相应的措施。此外,一旦输入电流大于PLC 最大输入电流,就会出现错误动作,因此将弱电流作为输入的器件,减少误操作现象的发生。
        2.2 输出回路的设计
        从继电器的输出上来看,其优点是不同的公共点之间电压可以各不相同,带负载时电流能够达到2 A/点。但继电器在输出方式上有所限制,不能用于高频动作的负载。继电器的寿命会随着负载电流的增加而有所减少。从晶闸管的输出上来看,其带负载的能力可达到 0.2 A/点,但是只能携带交流的负载。晶闸管能够适应高频的动作,其相应的时间可达到为 1 ms。从晶体管的输出上来看,其优势为响应时间较短,只需0.2 ms 左右,可适应高频的工作。但是晶体管只能携带5至30VDC 的负载,负载电流最大为 0.5 A/点。在输出回路的设计上,如果系统的输出频率低于 6 次/分,则应选择继电器输出,由于继电器输出的设计相对简单、抗干扰能力强,在系统中能够更好的发挥其作用。如果系统的输出频率低于10 次/分,可以选择 PLC 输出驱动光敏三极管完成负载的驱动,也可以选用继电器输出。
        2.3 “COM”点的设计
        在“COM”点的设计上,要对其数量进行特别关注。对于不同的 PLC 产品来说,其“COM”点的数量也有所不同。部分“COM”点携带有8个输出点,而有的“COM”点则只携带 4 个 输出点,也有些“COM”点只携带1至2个输出点。当系统的电流较大、负载的种类较多时,可以选用“COM”点携带 1 至 2 个输出线的 PLC。
        2.4 外部驱动电路的设计
        如果 PLC 在输出的过程中不能带动负载,则要通过外部驱动电路的帮助来完成生产。在设计中,可以采用三极管或固态继电器作为外部驱动电路,同时完成保护电路和浪涌吸收电路的设计,保证每一路都有二极管作为指示。在印制板的制作上,应尽量将其设计为插拔式,便于维修工作的开展。在 PLC 的输入/输出布线上,要严格按照说明书的要求来完成,保证系统的完整性和合理性。
        2.5 扩展模块的设计
        在扩展模块(图 4)的设计中,如果 PLC 系统较小,则不需要对其进行扩展。当 PLC 系统较大时,需要对其进行一定成程度的扩展。由于
        不同的产品对系统总点数的要求有所不同,当扩展条件不足时们可以使用网络结构来完成系统的扩展。有部分厂家的系统会排斥扩展模块,在此类系统的编制上,要给予特别的关注。扩展工作应严格按照技术手册上的相关要求来执行,保证扩展内容符合系统的要求。
        2.6 PLC 网络的设计
        由于 PLC 网络的设计较 PLC 单机设计难度大,因此在设计时要注意各个步骤间的配合。首先,要对机型的信息进行全面的了解,掌握制定的执行速度个程序的储存容量。其次要对通信的接口和数据传输速度进行完整的考虑,避免在设计的过程中系统出现崩塌。另外,还要向 PLC 商家寻求详细的技术资料,保证设计工作的准确性。
        2.7 软件的编制
        在软件编制工作开始之前,要对产品说明书进行详细的阅读。在进行软件的编程时们可以先画出梯形图,再完成编程工作,减少错误的发生,提高编程的速度。编程的基本步骤可分为几点,一是要根据系统的要求确定控制的手法,生成动作,设置保护和连锁,对控制参数进行精准的设定。二是要根据现场的要求完成按钮、开关、指示灯等具体元件的设计和分类,分配好输入和输出的地址。三是要完成复杂系统的控制,绘制出流程图,严格按照图表完成设计工作。四是要完成程序的模拟调试工作,保证程序的良好运行。五是要完成设计后期的在线统筹工作,在不带负载的情况下进行调试,在确定其运行正常后再让其负载运行。

 

        4.结束语
        综上所述,PLC 控制系统作为工业控制的计算机,具有强大的控制功能和管理能力。PLC控制系统的设计非常注重步骤和程序化,是一个系统工程,因此,在设计中要想做到熟练自如必须反复的进行实践。
        参考文献:
        [1]PLC技术在电气自动控制中的应用研究[J].赵鹏.电子测试.2017(16)
        [2]电气设备自动化控制中PLC技术的应用[J].胡远哲.科技展望.2017(29)

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