PLC系统实用性设计

摘 要：在职业院校PLC课程教学实验过程中,除了要求学生掌握原理性知识之外,实际操作中的PLC选型、设计等应用性较强的内容更加需要重点学习.本文从实用角度出发,对此类内容进行了归纳与总结,以期在教学中对广大师生起到一个借鉴的作用.

关 键 词：PLC负载隔离I/O

正文：

一、引言

PLC在工控领域已广为应用,是工科院校自动化专业和机电一体化专业必修的课程.在本人从事的PLC教学实践过程中,学生常提出许多选型、设计、安装、调试等方面的问题,而这方面的内容课本中缺乏系统的介绍.针对职业院校教学的特点,实用操作类内容是教学的重点.下面我就上诉问题进行一些探讨.

二、PLC控制系统的设计与应用

(一)PLC系统设备选型

1、确定规模：依据控制的复杂程度和现场生产工艺流程确定PLC系统的规模大小.

对于单机或规模较小的生产工艺流程,控制过程主要以条件和顺序控制为主,基本上是开关量,一般小于128点,这种情形通常选用微小型PLC.

对于生产工艺流程是复杂逻辑和闭环控制,点数在128―512之间,这种情形应该选用具有灵活的模拟量控制及PID控制等完整功能的中规模PLC.

对于全生产工艺过程控制、工厂自动化网络控制,点数在512以上,可以选用具有通信联网、函数运算、智能控制、中断控制、数据库的高档大规模PLC.

2、确定PLCI/O点的类型：根据生产过程工艺要求,列出统计清单,来进行I/O点数和类型分析.进行适当容量的估计,以保证选用机型既不浪费,又适当的留有软硬件资源富余量.

3、确定PLC编程工具

（1）对于微小型PLC,可采用手持编程器,体积小巧,又易于现场调试.

（2）对于中档PLC,可采用图形编程器,但是较高.

（3）对于中高档PLC系统复杂的硬件组态和软件编程,适合采用计算机加PLC软件形式.

(二)PLC控制系统的设计

1、硬件设计

这是PLC设计中最重要的一个环节,关系整个系统的安全性、可靠性和稳定性.PLC系统工作电源一般为AC85―240V,适应范围较宽,为可靠还应加装电源净化元件.硬件设计环节最重要的部分是输入和输出电路.

（1）输入电路：

PLC输入电路电源一般采用DC24V,还要考虑带载容量,一般电源容量是输入电路全部功率的两倍,并作好防短路保护措施.

（2）输出电路：

a、依据生产工艺要求和负载类型,来确定输出端形式,分为继电器输出、晶体管输出、模拟量输出.

b、交流感性负载要并接浪涌吸收电路,直流感性负载要并接续流二极管.

c、为加强重要输出量的可靠性,不仅要在PLC软件内互锁,在硬件上也要进行互锁

d、对于AC220V开关类负载,在保证时效性的前提下,应通过DC24V小型中间继电器驱动,尽可能避免PLC直接驱动,以形成强弱电隔离.

（3）抗干扰：抗干扰是PLC系统设计中必须重点考虑的内容,常用的方式有：

a、屏蔽：PLC需要放在金属柜内,柜子外壳应可靠接地,可起到防静电和屏蔽磁场的作用,也可减少空间辐射干扰.

b、隔离：建议采用隔离变压器,同时将中性点通过电容接地.

c、分开布线：弱电信号线路与强电动力线路分开走线,并尽可能保证一定的间隔；模拟信号线宜采用双绞线屏蔽电缆.

2、软件设计

我们在PLC软件设计时要注重标准化设计.好的软件设计有助于工程技术人员理解工艺过程,能够清晰的解释程序运行思路,这样在系统调试和生产的日常维护中可以起到事半功倍的效果.

（1）根据工艺流程和控制要求复杂程度的不同,我们在PLC程序设计中可以采用下面两种方式：

a、基本程序方式：这是PLC程序设计中不可或缺的方式.对于简单控制程序,采用基本方式就完全可以实现.在设计大型复杂程序时,一般用来做主程序使用.

b、模块化程序方式：以功能块为单位进行程序设计,完成其程序实现的方法称为模块化.因为各模块具有相对独立性,相互连接关系简单,使程序设计、阅读理解、调试修改、后期维护等操作简单明了,尤其适用于复杂控制,是软件设计的首选.

（2）程序设计要点：

a、同一设备、同一系统的I/O信号应集中编址,这样利于后期设备维护检修与故障排查.

b、程序中出现的中间标志位和内部继电器,也需要统一分配、统一编码.

c、定时器、计数器也需要统一进行编码.

d、彼此关联或者同类的输出点,其输出地址应连续排列.

（3）程序设计技巧.PLC程序设计尽可能简单明了,这样可以减少内存占用量,缩短程序运行时间,提高设备灵敏度.下面是本人总结出来的几点实用技巧：

a、PLC各种触点可以多次使用,为增强程序可读性,没有必要减少触点数.

b、在程序中尽可能单独使用线圈.如果一定要使用双线圈输出,也要用置、复位操作来进行.

c、有些要求不很高的设备,可以通过在硬件环节实现多个触点逻辑互锁后再引入PLC输入端,也可通过PLC程序技巧来减少I/O点数量,这样既可节约资源,也可简化程序.

d、字传送指令的灵活运用可以一次性置位PLC多个输出值.

e、尽可能采用模块化编程,好处是程序清晰,可读性增强.对于大型PLC控制程序可以说是必需采用的方法.

(三)程序的调试

完整的PLC系统调试包括测试和系统整体联调两个阶段,控制好这两个步骤可以快速高效地完成调试过程.

1、测试

（1）用手动开关模拟现场输入信号,可逐一对PLC输入端子进行检查与验证.

（2）通过编程或强制输出,检查所有PLC输出端子上电与工作情况.

2、系统调试

（1）连接现场设备与PLC,对照设计图纸全面检查PLC控制系统线路,包括控制线、动力线.在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可按照先强再弱的顺序逐级送电,然后装载程序到PLC中,进行软件级调试.

（2）在软件级调试尽量消除可能出现的各种问题.在调试过程中可根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试,模拟工艺流程监控各种工作状态.应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正,有必要时可以人为制造故障模拟极端环境.

三、结束语

上文对PLC系统的设计做了一个概括性的介绍,是实践经验的简单总结,学生只有在应用中反复揣摩与练习才可以融会贯通.