浅议电气设备PLC控制系统的设计

张风娇

摘要：PLC的发展大大的促进了电气工程自动化的发展，给人们的生活带来了许多的便捷，同时对我国经济发展起到了一定的促进作用。本文关于PLC的原理，以及PLC在设计的过程中所需要注意的问题进行了一系列的分析。希望在日后的发展过程中，我国PLC的应用越来越广泛，且电气自动化程度越来越高，能够为我国现代电气工业的发展做出更大的贡献。

关键词：电气设备；PLC控制系统；设计

前言：

PLC是电气工程自动化中一种十分重要的设备，在使用的过程中有许多的注意事项，同时在PLC设计的过程中也要考虑到实际具体情况，针对不同的情况进行分析，这样才能够保证PLC的使用更加符合当今工业自动化的发展。

1.PLC控制系统的原理

PLC是一类具有存储器功能的可编程逻辑控制器件，在电气工程自动化当中应用十分广泛，大大的提升了电气工业的自动化水平，提升了工业生产的效率，能够很好的解决人为施工中所存在的一些误差。PLC在工作的过程中可以实现很多功能，比如说可以进行输入程序的执行，以及控制输入，输出计算和定时等等。其精准的性能可以很好的改善人为施工中所存在的一系列影响。对于提升工业自动化水准有着十分重要的意义。PLC在工业上正式投入使用的时候，其工作原理主要分为以下三个过程，分别是采样输入、程序执行和输出刷新。在PLC控制的过程中，PLC控制器首先是扫描用户数据，将其存储在内部存储器结构，进而执行用户程序，进行输出刷新。在PLC控制器件的输入过程中，如果扫描的是脉冲波，必须要大于一个周期才能够完整用户数据的采集，这样才能够完成用户采样阶段的过程。而在执行用户程序的过程中，PLC控制器件总是从上至下进行读取，通过逻辑运算执行用户程序，进而达到控制的目的。而这一过程主要在RAM存储器当中进行读取和执行。最后便是输出刷新的过程，当PLC执行完用户程序便进行输出刷新。在这一阶段，CPU主要对I/O映像区内的数据进行读取，再刷新输出，管理外设和驱动，从而达到控制的目的。PLC控制器具有十分鲜明的特点，首先来说就是PLC控制器件使用简单，不需要大量的计算机知识，而对于硬件的了解也无需太多，往往在学习的过程中仅仅通过用户手册便可以达到学习的目的，可以说是很多人都能够入门PLC控制器件，经过简单的学习便可以达到熟练使用的目的。在使用的过程中，PLC可以更好的适应大多数工厂设备，能够广泛的应用开来，一旦出现问题，也便于维修。而且在现代社会的发展过程中，PLC控制器件大多数也具有自检的功能，可以说十分方便，能够更好的促进我国电气工程自动化的发展。

2.有关PLC技术的硬件与软件分析

PLC硬件：在PLC控制器件当中最重要的可以说是PLC的电源，如果电源不能够良好的发挥作用，那么PLC控制器件也不能够继续使用，在很多工厂中，针对于电气设备自动化的PLC控制器件而言，往往要选择比较稳定的电源，在使用交流电的过程中，只有保证交流电的波动不大，不影响PLC控制器件，便可以直接接入到交流电网当中。而很多厂家在研发的过程中也会优先考虑比较稳定的电源，这样才能够更好的适配PLC控制器件，保障其稳定运行。PLC控制器件的核心部分，即CPU，CPU便是我们常说的中央处理器，能够对电源进行分析，对输入输出设备进行连接，进而处理程序，保障整个PLC控制器件的良好运行。可以说CPU是PLC控制器件最核心的部分，而同时为了更好的保证PLC控制器件的良好运行，在我国许多电气工程自动化的生产商中，都采用了双CPU的形式进行处理，双CPU就是在一个CPU出现故障的时候，而另外的还可以继续工作，从而保证PLC的良好运行，也能够保障工厂设备的稳定性。最后则是PLC控制器件的输入输出接口，用来进行用户输入程序的采集以及输出控制行为，同时PLC控制器件还包括一些通讯模块，可以完成其他功能。对于PLC的软件部分，基本上每个厂家都有各自的软件进行编程，基本上是不通用的，而比较出名也比较实用的便是西门子的PLC- S7-200软件，西门子的PLC目前有s7-200（已全球停产），换代产品s7-200smart，因为它的编程软件小巧，安装方便，很受欢迎，一般作为入门级产品去学习，国内很多学校，也是采用这款plc进行教学，另外一个系列是s7-300，s7-400，s7-1200，还有新出的s7-1500，这个系列中s7-1200属于中小型机，算是入门级别，s7-300是中型机，s7-400是大型机s7-1500是新出的大中型机，是目前西门子主流产品。

3.PLC在电气设备自动控制系统中的设计与应用

3.1控制閉环系统

针对西门子PLC的闭环控制系统，主要有以下几个模块需要分析，分别是FM355闭环控制模块，FM355-2闭环控制模块，FM455闭环控制模块，FM458-1DP应用模块。其主要作用便是针对外界扰动因素进行控制，进而达到稳定输出的目的。而其主要指标也都是大同小异，主要对压力、流量和电力等等进行分析，从而对外界扰动因素进行一定的控制，对误差进行一定的分析，也能够更好的控制上升时间、峰值时间以及超调量等。

3.2开关量控制

PLC控制器的开关量也比较简单，主要是针对于输入量进行分类，针对不同的电压和电流进行分析，进而达到开关的目的，例如西门子PLC300，大于13V的电压代表输入1，是开状态，小于5V，则代表输入0，为关断的状态。针对于西门子PLC控制器件而言，大多数型号的控制器件也基本都是如此，主要存在着一些小的细节问题，会有不同的使用标准。在西门子PLC控制器件设计的过程中，也要考虑到具体的使用情况，针对不同的电压和电流进行分析，进而达到准确控制的目的。

3.3评估控制系统的控制任务

PLC对系统的控制，还要进行评估，这样才能够识别PLC是否能够完成相关工作任务。针对西门子的大多数器件而言，在电气工程实际应用的过程中，主要从以下四步来进行分析，首先是评估任务量，然后是评估工艺的复杂程度，最后分析任务的可靠性以及相关处理速度。在对任务量进行分析的时候，一定要充分考虑任务规模，这样才能够确保西门子plc在实际使用的过程中能够完成任务。对工艺复杂程度进行分析的时候，要评估相关成本，考虑plc控制器件是否能够完成本工程。尤其是针对许多大型的电气工程而言，工艺复杂程度直接关系到成本的高低。对西门子plc控制器件的可靠性进行分析的时候，着重考虑相关扰动因素以及输入因素，确保输出能够较为稳定，也能够更好的适应电气工程的发展。在对处理速度进行分析的时候，主要是考虑到电气工程的生产周期，进而分析PLC控制器是否能够完成任务。

3.4确定设计阶段最终的I/O模块点数

在PLC设计的过程中，最终便是要确定I/O模块的点数进行设计，主要针对于PLC控制器在实际使用过程中所要发挥的作用，也就是要控制的过程进行分析。根据实际情况确定输入输出口即可。同时分析一下稳定性以及安全性等问题，可以说确定设计阶段最终的PLCI/O模块点数属于比较简单的问题，西门子的大多数器件针对此模块的设计都比较优秀，能够很好的胜任相关控制任务。

3.5完成电气设备自动控制系统的调试工作

在进行设计和加工之后，便要投入使用，投入使用之前再进行相关测试。在进行调试工作时，主要分析输入因素以及外界扰动因素，以及在使用过程中其承受压力的能力和使用的稳定性问题。最终要将其维修手段以及维修措施进行分析，就完成了电气设备自动控制系统的调试工作。

结束语：

PLC控制器对于现代社会的电气工程自动化而言，有着十分重要的意义，西门子的plc控制器件有着比较先进的技术。在现代社会的发展过程中，西门子的PLC控制器也在不断的革新，不断的适应电气工程行业的发展。

参考文献：

[1]朱悦涵，颜冠辰.PLC在数控机床电器控制系统的故障诊断中的应用[J].机电技术.2017（2）

[2]曹雷虹.基于PLC的数控机床电气控制研究[J].机电信息.2017（5）