包麗琦

（中國船舶重工集團公司第七一五研究所，浙江 杭州 310012）

自美國數(shù)字化設備公司在1969年研制出第一臺可編程控制器以后，經過近50年的發(fā)展，可編程控制器在世界各國的各個領域中均得到了較為廣泛的應用。隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展需要的可編程邏輯控制器需要得到更深層次的應用。

1 PLC簡介和硬件組成

1.1 PLC簡介

PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，它是一種在工業(yè)領域中所引用的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。利用可編程序存儲器，PLC可以完成順序運算工作、邏輯運算工作、定時工作、算數(shù)運算操作等多項工作，利用模擬式、數(shù)字式的輸入、輸出，可以對各類機械與生產的過程予以控制。此外，PLC還具有聯(lián)網(wǎng)通信的功能，隨著PLC在幾十年的發(fā)展中，已經具備了模擬控制、遠程數(shù)據(jù)采集等功能。循環(huán)掃描是PLC工作的主要方式，在對其進行掃描時，主要可分為2種狀態(tài)，一是RUN（運行）狀態(tài)，二是STOP（停止）狀態(tài)，在執(zhí)行程序過程中，可以將其分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。在輸入采樣階段中，PLC只是掃描輸入端，在進入執(zhí)行階段后，將封鎖輸入端，直至輸入下一個掃描周期才能進行重新采樣；在程序循環(huán)掃描中，PLC采用串行方式，可以讓繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的時序失配、觸點競爭問題得到避免；在輸出刷新階段，如果輸出結果被用戶程序多次賦值，那么只有最后的賦值有效。

1.2 PLC硬件組成

PLC的結構和微型計算機較為相似，主要包含了存儲器、中央處理器、智能接口模塊、輸入/輸出接口以及編程器。存儲器主要負責存放用戶程序、系統(tǒng)程序和工作時的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)程序主要包含了系統(tǒng)管理程序、用戶邏輯解釋程序、監(jiān)控程序等模塊和相關參數(shù)；中央處理器在PLC中占有核心地位，為控制中樞，其主要功能是進行數(shù)學運算與邏輯運算，并對可編程邏輯控制器內部的工作進行協(xié)調控制；智能接口模塊在PLC中占有獨立地位，具有屬于自己的存儲器與處理器，利用PLC內部總線，可以在中央處理器的協(xié)調與管理下開展獨立工作；輸入/輸出接口可以讓現(xiàn)場的各種信號和可編程邏輯控制器相連，其具有一定的抗干擾能力，可以對此類信號進行處理；編程器主要是負責用戶程序的生成，利用編程器，可以對用戶程序進行編輯、檢查與修改，可以對用戶程的序執(zhí)行狀況進行監(jiān)視。在電源方面，PLC會利用DC24V電源與AC220V電源，內部開關電源可以提供給各個模塊具有差異電壓等級的直流電源。

2 基于PLC的設備遠程控制

2.1 案例概述

在本文中，所舉案例為在工業(yè)制造企業(yè)中具有重要作用的壓縮空氣站，壓縮空氣站是為制造企業(yè)氣動工具、氣動負載提供動力源的關鍵。利用基于PLC為控制核心的多用途遠程控制系統(tǒng)，可以讓壓縮空氣站更具智能性，依照企業(yè)工序需求，可完成多工序遠程控制開關的設置工作，對空壓站進行獨立控制，利用PLC程序可對其進行高效識別，且各個工序之間并沒有相互影響。在特殊工序中，可以對其進行延時關閉，并不需要專人值班，進而讓能耗得以降低。壓縮空氣站本身主要包含了MAM-880微電腦控制器與螺桿式空壓機，微電腦控制器自帶本地選擇控制、遠程控制、3路開關量輸入接口，同時具有缺相保護、相序保護以及電機保護的基本功能。利用S7-200PLC可以完成多路開關量的輸入設計工作，利用特殊工序的設計，可以提供延時關閉功能。

2.2 硬件系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)采取硬件主要包含了S7-200PLC控制器、中間繼電器與斷路器。在選擇PLC控制器時，其型號為CPU224CN（AC/DC/RLY）型，此種PLC集成了10位數(shù)字量輸出模塊與14位數(shù)字量輸入模塊，可以對系統(tǒng)I/O點設計要求予以滿足。同時，PLC集成輸出點本身具有較強的負載能力，可以對中間繼電器線圈予以直接驅動。此外，該系統(tǒng)集成了24VDC輸出，可以提供給傳感器動力電源。

PLC控制器包含1個RS-485通信接口，可以對MPI從站、PPI主站與自由口協(xié)議予以支持。設置數(shù)字量輸出模塊SM322，利用硬接線的形式進行輸出，對設備啟停進行有力控制，同時設置通訊模塊CP341，為串口通訊處理器模塊，利用硬件接口形式，可以和壓縮空氣站內的智能電力儀表共同形成MODBUS通訊網(wǎng)絡，以對電力參數(shù)進行采集，同時，利用以太網(wǎng)處理器模塊CP343-1可以讓上位監(jiān)控計算機和PLC控制器聯(lián)網(wǎng)得以完成。利用PC-PPI電纜，可以讓硬件與上位機通信得以實現(xiàn)，可以不受時間的限制進行上載并修改參數(shù)，利用集成DO接口，可以對中間繼電器輸出開關量予以驅動，空壓站MAM-880微電腦控制器1，3端子與其交互控制，進而讓設備遠程控制得以實現(xiàn)。MAM-880微電腦控制器開關量輸入接口可以被此多用途遠程控制系統(tǒng)進行調用，利用程序算法可以讓開關量信號得以輸出，進而讓空壓站遠程7工序得到獨立的開啟與停止，同時可以讓特殊工序得到延緩關閉。信號的發(fā)送與具體的控制在軟件系統(tǒng)設計中有補充描述?？諌赫局麟姍C接觸器輔助觸點輸入系統(tǒng)，其運行的反饋信號具有較強的可靠性、穩(wěn)定性，可以讓PLC控制器與人對空壓站運行性狀態(tài)進行有效的識別、判斷。

2.3 軟件系統(tǒng)設計

在該系統(tǒng)中，主要編程軟件為西門子公司STEP 7-MicroWIN V4 SP3，該編程軟件為結構化設計，具有較強的程序可讀性，在對其進行調試與維護時較為方便。

2.3.1 常規(guī)工序軟件

系統(tǒng)利用主程序，可以采集各個I/O接口的相關數(shù)據(jù)，利用一定的程序算法，可以識別空壓站相關設備狀態(tài)、設定延時時間、判斷停機條件。如果空壓站處于啟停狀態(tài)，那么撥動鑰匙開關，PLC能夠對開關量信號輸入加以檢測，據(jù)統(tǒng)計，在掃描周期內，PLC會觸發(fā)輸入寄存器I0.x動作，而內部寄存器會被邏輯流觸發(fā)Mx.0，進而讓輸出寄存器Q0.x得以觸發(fā)，讓24VDC工作指示燈得到驅動。利用內部寄存器Mx.O可以讓啟停指令傳遞至空壓站的啟停程序網(wǎng)絡中，通過上升沿指令，可以在網(wǎng)絡中對啟動信號進行檢測，通過下降沿指令可以在網(wǎng)絡中對停機信號進行檢測，進而讓寄存器Qx.0控制中間繼電器驅動輸出，MAM-880微電腦控制器會得到發(fā)送的啟停信號，進而對空壓站進行遠程啟動操作或遠程停止操作。

2.3.2 特殊工序軟件

為讓空壓站延時停機功能得以實現(xiàn)，利用計數(shù)器Cx和100ms時基T3x定時器組合應用的控制程序，增計數(shù)指令（CTU）會因為T3x定時器常開觸點而在各個（CU）輸入上升沿從當前值進行計數(shù)，直到其達到預設值（PV）。在計數(shù)過程中，定時器時基會轉變?yōu)橛嫈?shù)器現(xiàn)階段計數(shù)值和時基、PT的積。當前工序正在運行、計數(shù)器預設值（PV）是計數(shù)器復位的兩個重要條件，有一成立即滿足復位條件，計數(shù)器可復位。利用計數(shù)器Cx邏輯輸出，內部控制器Mx.O會被Cx常閉觸點控制，進而讓寄存器Qx.0得以延時控制輸出，進而讓設備遠程延時控制得以實現(xiàn)。

在特殊工序軟件設計時，在啟停方面的基本原理和常規(guī)工序軟件具有一致性，在對停機信號進行檢測時，需使用下降沿指令，如果發(fā)現(xiàn)有停機信號存在，那么會通過SM0.5指令來讓脈沖產生，進而對工作指示燈進行控制，讓其閃爍，其閃爍頻率為次/0.5s，直到停機。判斷停機條件可以讓空壓站運行得以停止，需要觀察其停機要求是否被滿足，是否還有工序正在執(zhí)行，只有所有工序都發(fā)出了停機的信號，只有取反指令，控制程序邏輯才能夠讓停機檢測與停機控制得以實現(xiàn)。軟件控制流程可以概括為：遠程控制→啟動→啟動反饋→運行→延時停機→停機指令→停機要求判斷→停機。通過SM0.5指令，系統(tǒng)可以產生0.5s的持續(xù)脈沖，利用計數(shù)器Cx、定時器TON與TOF可以完成組合設計，進而讓差異化的時基延時設定得以實現(xiàn)，取負跳變指令ED與反指令，可以讓邏輯對停機要求進行判斷。為讓空壓站硬件設備在程序控制中得到保護，在本文所說基于Plc的設備遠程控制中采用了互鎖軟保護設計與啟停指令延時設計，可以讓軟件和硬件之間的損壞與沖突得到有效規(guī)避，進而讓系統(tǒng)的可靠性得到增強。

經過實際運行檢測，可以發(fā)現(xiàn)此種基于可編程邏輯控制器PLC的壓縮空氣站遠程控制系統(tǒng)，在實際運行中，可以做到相互獨立、遠程啟停與延時停機，可以對空壓站進行便捷控制，進而讓能耗得到降低，且在工作過程中為無人值班狀態(tài)，能讓整體工作效率得到提升。

3 結語

綜上所述，利用S7-200PLC控制器、中間繼電器與斷路器等設備，可以完成PLC設備遠程控制硬件設計工作，利用STEP 7-MicroWIN V4 SP3編程軟件可完成軟件系統(tǒng)設計，進而讓基于PLC的壓縮空氣站設備遠程控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。在實際應用中，需要結合現(xiàn)實需要情況進行設備選型、編輯程序，以此來構建遠程控制系統(tǒng)，提升整體的工作效率。

參考文獻：

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