陳經文

（三峽電力職業(yè)學院，湖北 宜昌443000）

PLC 自控系統(tǒng)也就是常說的可編程控制器，從本質來看，屬于多學科融合的工業(yè)控制模式，綜合性較強，逐步在生產生活、電氣制造等方面發(fā)揮出重要作用，電氣裝置的自控體系融入PLC 系統(tǒng)能夠有效保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，滿足運行效率需求。此外，PLC 技術的應用也推動著電氣裝置的自控體系朝著更加完善的趨勢發(fā)展，幫助公司優(yōu)化電氣設備的自控模式。當前PLC技術已然成為現(xiàn)代電氣裝置自控體系的核心組成，可以輔助公司進行生產管理優(yōu)化，減輕技術人員的工作負擔，降低成本投入。不僅如此，還能夠保證公司在工業(yè)制造過程中達到預期的效率指標且產品質量可靠。由此來說，以PLC 技術為基礎的電氣控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)模式有了較大的突破。

1 PLC 控制系統(tǒng)在電氣設備中的設計

1.1 評估控制任務

伴隨PLC 技術的逐步成熟，在各個領域都發(fā)揮出重要作用，目前大多數(shù)工控操作都可以借用PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)。但在實際應用時，要判斷是否需要搭建PLC 系統(tǒng)以及系統(tǒng)設備數(shù)量的確認，同時要明確具體的控制方式，結合實際系統(tǒng)和生產目標，綜合分析目標系統(tǒng)的特性和復雜度。應當從以下幾個角度著手分析：第一，控制系統(tǒng)的整體規(guī)模。第二，生產技術的復雜度。第三，系統(tǒng)可靠程度能否達標。第四，信息數(shù)據(jù)的處理效率。

1.2 I/O 點數(shù)確定

測定系統(tǒng)運行過程中需要的輸入輸出接口參數(shù)，以及具體的I/O 模塊。除此以外，還需要把控目標系統(tǒng)和PLC 的交互方式，便于對PLC 內存合理分配。

1.3 PLC 機型的選擇

PLC 系統(tǒng)已經成為電氣裝置自控體系中的核心部分。在判斷PLC 系統(tǒng)的型號類別、電源參數(shù)，接口數(shù)量以及內存配比等方面要嚴格注意。保證電氣裝置的型號匹配，有助于提升PLC系統(tǒng)的運行效率，為公司創(chuàng)造更多的經濟效益。

1.4 控制系統(tǒng)設計

1.4.1 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成

PLC 也就是可編程控制器，指的是采用數(shù)字計算系統(tǒng)的電子設備，目前在工業(yè)生產領域發(fā)揮著重要作用。通常系統(tǒng)硬件部分分為兩個模塊：其一是機箱和顯示設備，機箱內配備有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，模擬量和數(shù)字量的轉化模塊以及故障切除裝置等；其中主機用于傳輸并解析各項運行命令，并完成對電機速度參數(shù)的控制以及輔助模塊的優(yōu)化。數(shù)字量包括有控制器，開關組件和觸發(fā)信號，經由放大后可以控制具體的閥門和繼電裝置等。模擬量主要是收集電流，電壓以及溫度等信號。故障切除模塊，可以在電機溫度超標，壓力參數(shù)過大以及柴油機運行異常時進行故障處理，避免影響擴大化。

PLC 控制系統(tǒng)，能夠有效采集伺服電機的信號并完成處理，保證機車系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，實現(xiàn)勵磁控制和邏輯控制等功能。從本質來看，是借助一系列通過程序操控的內存模塊，完成程序設計，通過邏輯量來執(zhí)行各種用戶操作，最終經由數(shù)字量、模擬量以及接口模塊完成實際的設備操作。因為系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行在較為惡劣的環(huán)境條件下，且系統(tǒng)輕便，便于操控，所以受到工業(yè)領域的廣泛關注，逐步成為工控體系中不可替代的一部分。

1.4.2 PLC 控制系統(tǒng)優(yōu)勢

第一，在實際搭建PLC 系統(tǒng)時，所需要的安裝、調試過程較為便捷。這是由于PLC 采用程序控制，突破了傳統(tǒng)模式中繼電設備和計數(shù)裝置的限制，優(yōu)化了系統(tǒng)的整體結構，減輕工作負擔。

第二，實際應用PLC 系統(tǒng)時，程序結構簡潔，易于設計。通常使用的編程方式為梯形圖語言，這是面向用戶的程序設計?？删幊炭刂破鲗嶋H運行梯形圖的過程中，可以通過內部的解釋器將其轉化成匯編語言，從而完成對應操作。正如我們熟知的是，PLC 系統(tǒng)的符號同電路原理類似，梯形圖設計更加直觀，便于上手操作。掌握繼電器原理圖的工作人員能夠在短時間內學會梯形圖編程模式，完成功能設計。

第三，適用范圍廣，外部硬件設備成熟且應用方便。以當前PLC 系統(tǒng)的發(fā)展來說，可編程控制器具有規(guī)范化，模塊化，程序化的特點，外部配套的硬件設備成熟，能夠滿足不同用戶的差異性需求。實際搭建系統(tǒng)時，可以結合系統(tǒng)的具體功能完成結構配置，實現(xiàn)對應功能。同時系統(tǒng)接線方便、通過接線端子即可實現(xiàn)交互。在系統(tǒng)搭建完成后，通過全面的安全檢測即可運行使用。當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，為了避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或被惡意篡改，可以將其發(fā)送到存儲空間，進行備份，有助于系統(tǒng)達到預期目標。

1.5 PLC 系統(tǒng)中的抗干擾設計

1.5.1 電源部分的抗干擾設計

電源變壓裝置是電源模塊的核心部分，期望有效抵消干擾因素，通常選擇隔離變壓設備，同時容量參數(shù)往往要超過額定需求的1.2 倍以上。PLC 系統(tǒng)使用的電源模塊，要在允許的情況下，加裝濾波設備，選用雙絞線模式進行級連，由此便可以降低信號干擾，提升運行穩(wěn)定性。

1.5.2 輸入輸出信號的抗干擾設計

期望輸入、輸出信號保持穩(wěn)定，需要借助絕緣I/O 組件。（1）對于輸入信號的干擾來說，主要是線路之間的差模干擾，應當借助濾波器進行消除，同時線路和大地間的共模干擾可以利用接地控制進行消除。（2）輸出部分的干擾大多是PLC 的開關量，結合負載情況進行優(yōu)化。

1.5.3 外部配線的抗干擾設計

系統(tǒng)外部線路之間出現(xiàn)的互感和分布電容會干擾信號的傳輸。期望降低干擾的影響，要為交直流的輸入、輸出都配備相應電纜線路。此外，還需要在集成線路和晶體管電路中增設屏蔽模塊。

2 PLC 技術在電氣設備自動控制系統(tǒng)中的具體應用

2.1 PLC 機型與功能的選擇

技術人員進行PLC 系統(tǒng)方案設計的過程中需要考量電氣自控體系的根本目標，選用同電氣系統(tǒng)運行工況和控制目標相匹配的型號，同時要嚴格把控PLC 系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。是否可以真正實現(xiàn)系統(tǒng)的預期目標是關鍵所在，為系統(tǒng)預留操作空間是PLC 系統(tǒng)實際應用的基礎，由此可以保證電氣控制系統(tǒng)運行過程中的延展性，確保PLC 系統(tǒng)達到預期的控制要求，推動工業(yè)領域的穩(wěn)步前行。

2.2 I/O 地址的選擇

I/O 模塊的地址是電氣裝置自控系統(tǒng)的基石，也是完成PLC控制的關鍵。因此需要操作人員把控好I/O 地址的確認，確?？刂颇繕说膶崿F(xiàn)。操作人員設計地址參數(shù)的過程中，要綜合分析系統(tǒng)功能，有助于電氣裝置的自控體系具備良好的延展性，符合公司的生產需求。離散模式的輸入輸出在實際確認時要嚴格按照標準完成，由此保證PLC 系統(tǒng)中開關量、傳感裝置等模塊的通用性。若操作人員進行電氣控制系統(tǒng)的方案設計時選取差異化的電源指標，本文認為應當增設隔離開關來保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

2.3 系統(tǒng)控制元件的設計

系統(tǒng)控制模塊是保證電氣裝置自控體系實現(xiàn)預期性能的核心要素，要保證以存儲設備的合理分配為基礎，進一步完成空間配置，同時要選用指定的存儲設備、初始系統(tǒng)、功能組件以及輔助模塊進行測試，其中需要重點調試軟件程序，這也是最為重要的一部分。期望控制模塊達到預期的質量標準，滿足相應的運行目標，就需要操作人員在實際控制系統(tǒng)中裝設控制模塊，通過具體測試來判定性能是否達標。

3 PLC 在電氣設備上的應用舉例

某企業(yè)的生產線選用20 世紀80 年代設計的電氣自控體系，通過繼電設備、接觸模塊進行控制。整體上接線繁瑣，事故率高，難以運行維護，同時經由長期的運行使用后老化明顯?；诖?，我們決定對原有的控制體系進行優(yōu)化，利用可編程控制器替換傳統(tǒng)控制結構，增設通信模塊，動態(tài)反應各個部件的運行工況，做好事故預警措施。真正實現(xiàn)控制與監(jiān)測的有機結合。

3.1 系統(tǒng)硬件設計

對于原有生產線進行控制優(yōu)化，結合具體的技術標準和控制設備，確定好實際的地址參數(shù)。根據(jù)生產現(xiàn)場的外部干擾和污染程度。確定使用由美國AB 公司研發(fā)的SLC500 型號可編程控制設備，配套兩級監(jiān)控體系。上位機作為同操作人員的交互樞紐，完成實際PLC 系統(tǒng)的軟件調試和程序架構，并控制下位機進行實時數(shù)據(jù)采集和信號監(jiān)測，自動管控現(xiàn)場的生產設備。不僅如此，還需要和終端進行交互，將需要的數(shù)據(jù)資料打印記錄。下位機是數(shù)據(jù)監(jiān)測的核心，實現(xiàn)對生產環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)測定和流程把控等功能。屬于面向過程的控制模式，通過兩個處理設備分別進行模擬量和數(shù)字量的分析，經由通信模塊進行交互。SLC500 型號的設備能夠有效消除外部干擾，根據(jù)實際的控制目標和精度要求，可以選用配套的指令集合、高級程序架構以及輔助模塊。目前最新的可編程控制器可以為用戶提供960 個I/O接口，能夠實現(xiàn)在線編程設計，具有三種運行狀態(tài)，且內置有通信模塊，無需外部網絡組件即可進行信息的高速交互。

3.2 系統(tǒng)軟件設計

3.2.1 采用美國AB 公司的RSVIEW32 監(jiān)控軟件進行上位機軟件設計

通過AB 公司研發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成組態(tài)設計，直觀清晰地實現(xiàn)預期控制任務。組態(tài)系統(tǒng)在Windows 環(huán)境中以標準窗口進行顯示，便于用戶操作，僅需要通過鼠標的點擊即可完成控制功能。監(jiān)控模塊借助結構化編寫方式，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的初始操作和數(shù)據(jù)類型定義。PLC 系統(tǒng)可以借助存儲單元進行數(shù)據(jù)采集與分析，根據(jù)數(shù)據(jù)模擬實際的運行狀態(tài)圖，反應設備工況，并給出相應的參數(shù)改變情況。綜合實際情況傳輸新數(shù)據(jù)并發(fā)送操作指令。

3.2.2 下位機編程軟件

程序編寫環(huán)境也是由美國AB 公司設計搭建的，平臺中提供了33 位的梯形程序編寫模式?？梢苑€(wěn)定運行在Windows 環(huán)境下，為用戶提供簡潔的操作界面，易于完成梯形圖設計，進一步提高工作效率，降低成本投入。

3.2.3 系統(tǒng)設計特點

在PLC 內部程序上選用抗干擾措施；（1）儀表與PLC 分柜安裝，增強抗干擾能力；（2）認真設計輸入輸出路徑，在確保系統(tǒng)完善的基礎上，盡量壓縮輸入輸出點數(shù)。

4 結論

綜上所述，PLC 自動控制技術對于電氣設備自動控制系統(tǒng)來說可以簡化繼電器邏輯，這樣不僅可以使整個電氣設備自動控制系統(tǒng)得到簡化，還能進一步提高電氣設備自動控制系統(tǒng)運行中的功能性、穩(wěn)定性、可靠性以及安全性。