电气设备PLC控制系统的设计与应用

刘洋洋 姜元镇

【摘 要】随着人类的发展需要，人们对于电气设备工作的精度、可靠性以及稳定性等要求越来越高，将PLC用于电气设备的控制，可以显著简化系统的控制结构，同时也能大大增加系统的可靠性、稳定性和精确性，并且PLC控制系统的操作简单，故障率低。毫无疑问，电气设备控制系统采用PLC是未来电气设备控制系统的发展趋势。本文就电气设备PLC控制系统的的特点进行概括，并就其在电气设备中的设计和应用情况进行分析和讨论，从而更好的提高电气设备的运行效率，推动PLC控制系统在电气设备中的进一步应用和推广。

【关键词】电气设备；PLC控制系统；设计；应用；

在经济快速增长的今天，我们要加快追求“四化”的步伐，面对世界经济一体化的格局，PLC自动化电气控制的应用已经成为新时代背景下快速发展生产力，促进国民经济增长的秘密武器，但是，在此过程中，仍会出现很多的难题需要我们解决，还需要我们广大的电气自动化控制人员不懈地努力和创新。

一、电气设备PLC控制系统的的特点

1.PLC具有应用简单、普遍、实用性强的特点。PLC具有自身独特的接口简单直观，可编程性以及编译的图形符号与梯形图语言、表达方式等和继电器的电路图基本相似的特点，在实际应用中易于工程技术人员的接受和理解，工作人员只需了解少量的开关量逻辑控制的PLC操作指令，就可以掌握其在自动化电气控制中的具体编写和使用方式。现在已被广泛应用于各种规模的电气控制场合中，并且不断地向各种不同的领域延伸。2.PLC的抵抗干扰能力较强。由于PLC的设计使用了大规模集成电路技术，并且在内部电路的结构以及生产工艺设计方面均采取先进的抗干扰技术，同时还配备具有自动检测报警功能的硬件装置。如果某个设备出现故障就会触发警报。基于这些设计方法的特点，PLC的抗干扰能力要远远高于传统继电器技术，更适合于较为复杂的电气控制及工业制造环境。在可编写软件的应用中，使用者还可根据实际需要情况，编写外围设备的自动诊断程序，使除了PLC之外系统中的其他设备与电路也能具有自我保护的功能。

二、电气设备PLC控制系统的设计

PLC控制系统完整的设计分为两个大部分，分别是软件系统设计和硬件系统设计。对于软件系统设计来说，一般是指对PLC控制系统程序的编写，PLC程序可分为主程序、子程序和中断程序，被用于对电气设备的软硬件进行控制；而对于硬件系统设计来说，一般有抗干扰措施的设计、电气设备控制元件的选用以及电气设备控制系统设计等。

1.PLC控制系统的软件设计。PLC控制系统软件的设计工作应该与硬件设计同时着手。将PLC控制系统的工艺流程图转化为梯形图是PLC系统的关键问题，也是该系统软件设计的最重要任务，软件设计的具体表现为编写程序。软件设计的主要方面有以下几点：

（1）PLC控制系统的程序设计思想。良好的软件设计思想是控制工程应用中的关键。优秀的软件设计应该容易让工程技术人员理解、掌握、调试和日常维护。按照生产过程中的复杂程度不同、结构形式不同可以将程序分为基本程序与模块化程序。第一，基本程序不仅可以作为一种独立的程序控制简单的生产工艺及其过程，还可以作为组合模块结构中的一个单元程序，基本程序的结构方式分为顺序结构、循环结构和条件分支结构；第二，模块化程序是把总体控制目标程序划分为多个程序模块，且它们具有明确的子任务，这些程序模块分别编写、调试，最终形成一个完成总任务的总体程序。通常情况下我们采用这种设计思想，主要是因为各模块之间具有相对的独立性，且相互之间的关系简单，程序较易修改，尤其适用于控制较为复杂的生产过程。

（2）PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，根据生产流水线从前至后，I/O点数从小到大；为了便于维护，应尽可能将同一个系统、设备或者部件的I/O信号集中起来进行编址，计数器、定时器要统一编号，为了确保PLC系统正常运行且保证其可靠性，不能重复使用同一编号。程序中大量使用的中间标志位或者内部继电器也要分配统一编号，待分配完成后，需列出中间标志位或者内部继电器分配表和I/O分配表。对于彼此有关的输出器件，输出地址应连续安排，例如电机的正/反转等。

2.PLC控制系统的硬件设计：在电气设备的PLC控制系统的硬件设计过程中，最核心的就是电气设备的控制系统设计，其用于控制整个电气设备的硬件运行。电气设备控制系统设计的好坏与否对于电气设备能否正常使用具有重要的影响；电气设备中的抗干扰措施设计主要是用于提高控制系统软硬件工作的稳定性以及对外界环境影响的适应能力。一般的PLC抗干扰设计包括三个部分，一个部分是电源的抗干扰设计，主要是为了控制电网的干扰。另一个部分是输入输出的抗干扰设计，主要是为了控制输入输出的电流干扰。最后一部分是外部配线的抗干扰设计，主要是为了防止外部配线之间的干扰。元件的选用在硬件设计中也占据非常重要的位置，如果选用的元件不合适，对于整个控制系统的硬件设计有很大的影响（如图）。

三、PLC控制系统在电气设备中的应用

1.PLC控制系统的调试。PLC控制系统的调试有两个部分的调试，首先进行模拟调试，在模拟調试无问题的前提下进行联机调试。

（1）模拟调试：硬件进行模拟调试的前提是控制系统与主电源断开，以此将硬件独立出来进行模拟调试。在模拟调试过程中，软件部分的调试主要是利用各种输入控制和观察信号指示灯的变化来实现的，即使用开关、电位表以及万用表等模拟输入信号，在观察PLC的输出逻辑关系来验证软件部分能否正常运作。如果模拟测试软件部分出现了逻辑错误，要反复修改测试，直至输出逻辑正确的位置。

（2）联机调试：在模拟调试合格的前提下，就可以进行系统的联机调试了。联机调试的目的主要是测试PLC控制系统软件和硬件之间的兼容性，即将模拟测试合格的软件程序载入到PLC控制电路之中进行实际情况下的运行。如果联机调试结果不符合预期的要求，则要重新对控制系统修改和调试直至达到相关要求为止.

2.开关量控制方式基于PLC的应用。这种控制方式在可编程控制器自动化控制技术中应用最广泛，同时也是最基本的形式。由于PLC的自动化应用不但实现了逻辑控制，同时还实现了顺序控制。所以逐渐替代了传统的继电器电路应用，该项技术既适用于单台设备的单独控制，也可以应用到自动化流水线中一组或者整套设备的控制当中。

3.控制模拟量基于PLC的应用。在实际工业应用中会出现诸如：温度、流速、压强、液位、湿度等许多连续变化的模拟量。应用PLC自动化控制技术通常可以使这一类的模拟量应用数字量之间A/D转换和D/A转换而实现可以被记录和跟踪的量，从而解决了可编程器对模拟量的实时监控和分析的难题。

4.集中式控制设计基于PLC的应用。集中式控制是指通过一台功能强大的PLC监视系统，实现同时控制多个设备的“中央集中式”计算机自动化控制模式。在该系统中，各个设备之间的运行状态以及联系、监控关系等都统一由中央PLC来配置执行。所以这种集中式控制设计要比其他控制系统更方便易用，成本更低。但是这种控制方式的缺点是：其中任何一个控制对象的程序出现问题或故障，都要通过停止中央PLC的控制，从而使其他所有依赖中央PLC控制的设备都不能正常工作。

5.分散控制系统设计基于PLC的应用。在分散控制系统基于可编程控制器的应用中，每个受控对象都对应着一台PLC，在实际应用中，分散控制系统多用于工业中多台设备控制的生产线。由于每个受控对象都只接受自身的PLC控制，从而避免了其中任意设备发生故障导致其他设备不能正常运转的情况发生。

6.运动控制中PLC自动化的应用。针对PLC能够对圆周运动或者直线运动进行控制的特点。目前，PLC已经广泛应用于电梯、机器人、机械、机床等多种场合。控制的基本原理是：在控制设备的配置中，需要现在的采取专用的运动控制模块控制，而将过去进行的直接应用于传感器及执行指令中，如可驱动步进电机、伺服电机及其单轴、多轴位置的控制模块等。

在电气设备中应用了PLC控制系统后，能够大大简化过去传统的复杂继电器逻辑，提高电气系统的安全性和可靠性。同时，PLC系統的操作简单、故障率低，运行稳定、维护方便等特点，也使得PLC控制系统在电气设备中的应用范围越来越广泛，提高了电气设备的现代化、自动化水平，因此，应该在电气设备中大力推广PLC控制系统。

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