談太良

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

目前，我國科學技術(shù)的發(fā)展步調(diào)相對較快，這也使得工業(yè)機械的研究與生產(chǎn)逐漸取代了人工生產(chǎn)，形成較為成熟的機械自動化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。一定程度上擴大了電氣自動化設(shè)備的日常生產(chǎn)與應(yīng)用，同時，也提升了整體的生產(chǎn)率。在這樣的背景下，也有利于確保設(shè)備的應(yīng)用效率以及質(zhì)量實現(xiàn)高度統(tǒng)一，提升單位內(nèi)部的總體處置量，使得企業(yè)的生產(chǎn)效益得到了明顯的提升。因此，被社會各個領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用。另外，大型儀器儀表自動化控制程序也需要靈活地執(zhí)行。在實際應(yīng)用的過程中，通常情況下，這部分的機械體積均較大，且在實際應(yīng)用時極容易出現(xiàn)誤差。所以，實現(xiàn)全方位的監(jiān)測以及控制是十分必要的。這樣一旦發(fā)生故障，便可以及時知曉，并有效地處理與維修，避免產(chǎn)生大規(guī)模的關(guān)聯(lián)故障，造成大型的機械儀表設(shè)備的損害。

傳統(tǒng)的自動化控制結(jié)構(gòu)相對較為單一，面對如今復雜且煩瑣的執(zhí)行程序，應(yīng)變的效果十分有限，并且傳統(tǒng)的系統(tǒng)對于控制的程度以及監(jiān)控范圍也沒有較好的規(guī)劃。所以，在這樣的發(fā)展背景下，需要依據(jù)實際情況的變化以及處理需求，設(shè)計更加靈活多變、層級分明的自動化控制系統(tǒng)。再加上PLC技術(shù)的輔助，可以實現(xiàn)更好的效果。PLC技術(shù)是一種應(yīng)用較為廣泛的控制輸出處理技術(shù)，它的適應(yīng)性相對較強，同時，在應(yīng)用過程中的局限條件也較少，這也使得它在系統(tǒng)中的實施效果一度超越傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，受到社會各個領(lǐng)域的普遍關(guān)注。因此，對基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統(tǒng)進行設(shè)計與研究，在較為真實的環(huán)境下，搭建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合PLC技術(shù)創(chuàng)建更加貼合實際的執(zhí)行指令，最大程度上提升系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效率，提高自動化控制的實際質(zhì)量水平。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 自動化控制單元設(shè)計

系統(tǒng)的硬件單元是大型工業(yè)儀器儀表設(shè)備運行控制的基礎(chǔ)和前提，依據(jù)控制設(shè)備實際的控制需求，設(shè)計不同數(shù)量的執(zhí)行單元以及數(shù)據(jù)的采集單元，并且在應(yīng)用電路的啟動過程中，與PLC控制器以及對應(yīng)的上位機、伺服電機相連接，由此構(gòu)建控制自動化單元。采用自動化控制的傳感與集成傳感器串聯(lián)，此時，電路的電壓與電流均在額定的范圍內(nèi)，可以通過傳感器進行采集與匯總，通過PLC控制器連接，并且各個控制單元均屬于獨立單元，但又存在一定的聯(lián)系。

每個控制單元均存在存儲區(qū)域，通過數(shù)字輸入或模擬輸入來實現(xiàn)對電路以及電源的控制，開啟PLC控制器單元，并在節(jié)點單元中選定一個核心單元，選取西門子S7-200系列與系統(tǒng)控制中心關(guān)聯(lián)，進一步強化系統(tǒng)電路的自動化控制效果，設(shè)定24路輸入的I/O點，同時，預設(shè)4個RS485控制接口，最終完成硬件自動化控制單元的設(shè)計。

1.2 工控電路設(shè)計

在進行系統(tǒng)硬件設(shè)計之前，需要先進行對應(yīng)工控電路的設(shè)計。此次系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要采用了工控計算設(shè)備、PLC關(guān)聯(lián)裝置以及配套的檢測儀表構(gòu)成的自動化的監(jiān)測控制系統(tǒng)的電路。電路在執(zhí)行的過程中，會通過硬件的傳輸信道，將各種變送器測得的信號通過屏蔽信號電纜傳送至接口柜的接線端子板上，此時，電路處于閉合的狀態(tài)。隨后，在初始的總控電路中安裝關(guān)聯(lián)控制硬件，并添加控制mic F的實測處理信號，結(jié)合PLC自動化控制器，再加上工控機對整體電路的處理與分離，使參加控制的轉(zhuǎn)換器以及控制器接口的A/D轉(zhuǎn)換為執(zhí)行傳感設(shè)備，并形成循環(huán)的控制硬件結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。

圖1 循環(huán)控制硬件結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖1中的結(jié)構(gòu)，最終完成對循環(huán)控制硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計。此時，工控電路處于循環(huán)閉合狀態(tài)，相對應(yīng)的工控電路也要調(diào)整為4～20mA的標準形式，增強其抗干擾能力，最終完成對工控電路的設(shè)計。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在完成硬件的相關(guān)設(shè)計后，接下來，需要進行軟件的設(shè)計。在自動化控制系統(tǒng)中，需要依據(jù)實際的處理情況，進行PLC自動化控制子站的設(shè)計。PLC自動化控制子站實際上是一種控制指令，它主要是由不同的控制協(xié)議構(gòu)建而成的，并且具有一定的執(zhí)行程序目標。利用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備進行數(shù)據(jù)的匯總和采集，并計算大型儀器儀表的PLC自動化控制的實際范圍，具體如公式1所示。

式中，Y表示PLC自動化控制的實際范圍，γ表示簡控程序比值，h表示PLC范圍系數(shù)，?表示控制誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的PLC自動化控制的實際范圍。將這個范圍作為自動化控制數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行初始標準，依據(jù)不同的功能模塊創(chuàng)建整體的控制結(jié)構(gòu)，同時，依據(jù)控制特征在PLC執(zhí)行結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建功能體系，與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，將得出的數(shù)據(jù)信息導入數(shù)據(jù)庫中，形成新的關(guān)聯(lián)控制數(shù)據(jù)庫，最終完成軟件的相關(guān)設(shè)計。

3 系統(tǒng)測試

本次主要是對基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統(tǒng)效果的驗證，測試主要對不同情況下，系統(tǒng)的控制效果作出分析與研究。并于初始的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)的升級與調(diào)整，接下來，進行系統(tǒng)測試的準備工作。

3.1 測試準備

本次測試選取A工廠的大型自動化儀器儀表作為本次測試的主要研究目標對象，并搭建相應(yīng)的系統(tǒng)測試環(huán)境。在系統(tǒng)的電路中設(shè)計安裝八軸的控制器，設(shè)立6個自動化控制關(guān)節(jié)點，并計算關(guān)節(jié)點的自動度，具體如式2所示。

式中，M表示關(guān)節(jié)點的自動度，d表示目標控制范圍，β表示靈活控制誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的關(guān)節(jié)點的自動度。依據(jù)自動度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行程序，并設(shè)定系統(tǒng)測試設(shè)備的指標參數(shù)，具體如下系統(tǒng)測2.5對象最大負載為3kg，額定功率為0.9kW，額定電壓為220V，額定電流為1600A，執(zhí)行總質(zhì)量為37kg。完成上述設(shè)定和準備后，核查測試的設(shè)備以及系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，同時，確保不存在影響最終測試結(jié)果的外部因素，核查無誤后，開始進行系統(tǒng)測試。

3.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述所搭建的測試環(huán)境之中，進行具體的測試。創(chuàng)建PLC控制模型，將測試的設(shè)備劃分為5組，獲取測試數(shù)據(jù)信息，匯總整合后，添加控制系統(tǒng)之中，最終得出相應(yīng)的系統(tǒng)測試結(jié)果，具體如表1所示。

表1 測試結(jié)果對比分析表

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，可以得出最終的結(jié)論：對比未應(yīng)用PLC的大型儀器儀表自動化的控制系統(tǒng)，本文所設(shè)計的系統(tǒng)具有更強的靈活性，控制能力更加穩(wěn)定，自動化控制誤差也有所減小，效果明顯，具有實際應(yīng)用的價值。

4 結(jié)語

綜上所述，便是對基于PLC的大型儀器儀表自動化控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計。其實，在PLC技術(shù)的輔助下，對比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，本文所設(shè)計的系統(tǒng)得到了極大的優(yōu)化與完善，同時具有更好的靈活應(yīng)用性，對于大型儀器儀表的控制程度也得到了極大的提升，面對不同的執(zhí)行控制情況，可以靈活地應(yīng)變，更好地避免了關(guān)聯(lián)性故障以及損害的事故的發(fā)生，有利于系統(tǒng)執(zhí)行控制能力的加強，幫助系統(tǒng)實現(xiàn)更新。