基于PlC的设备远程控制研究

包丽琦

（中国船舶重工集团公司第七一五研究所，浙江 杭州 310012）

自美国数字化设备公司在1969年研制出第一台可编程控制器以后，经过近50年的发展，可编程控制器在世界各国的各个领域中均得到了较为广泛的应用。随着我国工业的高速发展，适应现代工业发展需要的可编程逻辑控制器需要得到更深层次的应用。

1 PLC简介和硬件组成

1.1 PLC简介

PLC（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器，它是一种在工业领域中所引用的数字运算操作电子系统。利用可编程序存储器，PLC可以完成顺序运算工作、逻辑运算工作、定时工作、算数运算操作等多项工作，利用模拟式、数字式的输入、输出，可以对各类机械与生产的过程予以控制。此外，PLC还具有联网通信的功能，随着PLC在几十年的发展中，已经具备了模拟控制、远程数据采集等功能。循环扫描是PLC工作的主要方式，在对其进行扫描时，主要可分为2种状态，一是RUN（运行）状态，二是STOP（停止）状态，在执行程序过程中，可以将其分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。在输入采样阶段中，PLC只是扫描输入端，在进入执行阶段后，将封锁输入端，直至输入下一个扫描周期才能进行重新采样；在程序循环扫描中，PLC采用串行方式，可以让继电器-接触器控制系统的时序失配、触点竞争问题得到避免；在输出刷新阶段，如果输出结果被用户程序多次赋值，那么只有最后的赋值有效。

1.2 PLC硬件组成

PLC的结构和微型计算机较为相似，主要包含了存储器、中央处理器、智能接口模块、输入/输出接口以及编程器。存储器主要负责存放用户程序、系统程序和工作时的数据，系统程序主要包含了系统管理程序、用户逻辑解释程序、监控程序等模块和相关参数；中央处理器在PLC中占有核心地位，为控制中枢，其主要功能是进行数学运算与逻辑运算，并对可编程逻辑控制器内部的工作进行协调控制；智能接口模块在PLC中占有独立地位，具有属于自己的存储器与处理器，利用PLC内部总线，可以在中央处理器的协调与管理下开展独立工作；输入/输出接口可以让现场的各种信号和可编程逻辑控制器相连，其具有一定的抗干扰能力，可以对此类信号进行处理；编程器主要是负责用户程序的生成，利用编程器，可以对用户程序进行编辑、检查与修改，可以对用户程的序执行状况进行监视。在电源方面，PLC会利用DC24V电源与AC220V电源，内部开关电源可以提供给各个模块具有差异电压等级的直流电源。

2 基于PLC的设备远程控制

2.1 案例概述

在本文中，所举案例为在工业制造企业中具有重要作用的压缩空气站，压缩空气站是为制造企业气动工具、气动负载提供动力源的关键。利用基于PLC为控制核心的多用途远程控制系统，可以让压缩空气站更具智能性，依照企业工序需求，可完成多工序远程控制开关的设置工作，对空压站进行独立控制，利用PLC程序可对其进行高效识别，且各个工序之间并没有相互影响。在特殊工序中，可以对其进行延时关闭，并不需要专人值班，进而让能耗得以降低。压缩空气站本身主要包含了MAM-880微电脑控制器与螺杆式空压机，微电脑控制器自带本地选择控制、远程控制、3路开关量输入接口，同时具有缺相保护、相序保护以及电机保护的基本功能。利用S7-200PLC可以完成多路开关量的输入设计工作，利用特殊工序的设计，可以提供延时关闭功能。

2.2 硬件系统设计

该系统采取硬件主要包含了S7-200PLC控制器、中间继电器与断路器。在选择PLC控制器时，其型号为CPU224CN（AC/DC/RLY）型，此种PLC集成了10位数字量输出模块与14位数字量输入模块，可以对系统I/O点设计要求予以满足。同时，PLC集成输出点本身具有较强的负载能力，可以对中间继电器线圈予以直接驱动。此外，该系统集成了24VDC输出，可以提供给传感器动力电源。

PLC控制器包含1个RS-485通信接口，可以对MPI从站、PPI主站与自由口协议予以支持。设置数字量输出模块SM322，利用硬接线的形式进行输出，对设备启停进行有力控制，同时设置通讯模块CP341，为串口通讯处理器模块，利用硬件接口形式，可以和压缩空气站内的智能电力仪表共同形成MODBUS通讯网络，以对电力参数进行采集，同时，利用以太网处理器模块CP343-1可以让上位监控计算机和PLC控制器联网得以完成。利用PC-PPI电缆，可以让硬件与上位机通信得以实现，可以不受时间的限制进行上载并修改参数，利用集成DO接口，可以对中间继电器输出开关量予以驱动，空压站MAM-880微电脑控制器1，3端子与其交互控制，进而让设备远程控制得以实现。MAM-880微电脑控制器开关量输入接口可以被此多用途远程控制系统进行调用，利用程序算法可以让开关量信号得以输出，进而让空压站远程7工序得到独立的开启与停止，同时可以让特殊工序得到延缓关闭。信号的发送与具体的控制在软件系统设计中有补充描述。空压站主电机接触器辅助触点输入系统，其运行的反馈信号具有较强的可靠性、稳定性，可以让PLC控制器与人对空压站运行性状态进行有效的识别、判断。

2.3 软件系统设计

在该系统中，主要编程软件为西门子公司STEP 7-MicroWIN V4 SP3，该编程软件为结构化设计，具有较强的程序可读性，在对其进行调试与维护时较为方便。

2.3.1 常规工序软件

系统利用主程序，可以采集各个I/O接口的相关数据，利用一定的程序算法，可以识别空压站相关设备状态、设定延时时间、判断停机条件。如果空压站处于启停状态，那么拨动钥匙开关，PLC能够对开关量信号输入加以检测，据统计，在扫描周期内，PLC会触发输入寄存器I0.x动作，而内部寄存器会被逻辑流触发Mx.0，进而让输出寄存器Q0.x得以触发，让24VDC工作指示灯得到驱动。利用内部寄存器Mx.O可以让启停指令传递至空压站的启停程序网络中，通过上升沿指令，可以在网络中对启动信号进行检测，通过下降沿指令可以在网络中对停机信号进行检测，进而让寄存器Qx.0控制中间继电器驱动输出，MAM-880微电脑控制器会得到发送的启停信号，进而对空压站进行远程启动操作或远程停止操作。

2.3.2 特殊工序软件

为让空压站延时停机功能得以实现，利用计数器Cx和100ms时基T3x定时器组合应用的控制程序，增计数指令（CTU）会因为T3x定时器常开触点而在各个（CU）输入上升沿从当前值进行计数，直到其达到预设值（PV）。在计数过程中，定时器时基会转变为计数器现阶段计数值和时基、PT的积。当前工序正在运行、计数器预设值（PV）是计数器复位的两个重要条件，有一成立即满足复位条件，计数器可复位。利用计数器Cx逻辑输出，内部控制器Mx.O会被Cx常闭触点控制，进而让寄存器Qx.0得以延时控制输出，进而让设备远程延时控制得以实现。

在特殊工序软件设计时，在启停方面的基本原理和常规工序软件具有一致性，在对停机信号进行检测时，需使用下降沿指令，如果发现有停机信号存在，那么会通过SM0.5指令来让脉冲产生，进而对工作指示灯进行控制，让其闪烁，其闪烁频率为次/0.5s，直到停机。判断停机条件可以让空压站运行得以停止，需要观察其停机要求是否被满足，是否还有工序正在执行，只有所有工序都发出了停机的信号，只有取反指令，控制程序逻辑才能够让停机检测与停机控制得以实现。软件控制流程可以概括为：远程控制→启动→启动反馈→运行→延时停机→停机指令→停机要求判断→停机。通过SM0.5指令，系统可以产生0.5s的持续脉冲，利用计数器Cx、定时器TON与TOF可以完成组合设计，进而让差异化的时基延时设定得以实现，取负跳变指令ED与反指令，可以让逻辑对停机要求进行判断。为让空压站硬件设备在程序控制中得到保护，在本文所说基于Plc的设备远程控制中采用了互锁软保护设计与启停指令延时设计，可以让软件和硬件之间的损坏与冲突得到有效规避，进而让系统的可靠性得到增强。

经过实际运行检测，可以发现此种基于可编程逻辑控制器PLC的压缩空气站远程控制系统，在实际运行中，可以做到相互独立、远程启停与延时停机，可以对空压站进行便捷控制，进而让能耗得到降低，且在工作过程中为无人值班状态，能让整体工作效率得到提升。

3 结语

综上所述，利用S7-200PLC控制器、中间继电器与断路器等设备，可以完成PLC设备远程控制硬件设计工作，利用STEP 7-MicroWIN V4 SP3编程软件可完成软件系统设计，进而让基于PLC的压缩空气站设备远程控制系统得以实现。在实际应用中，需要结合现实需要情况进行设备选型、编辑程序，以此来构建远程控制系统，提升整体的工作效率。

参考文献：

[1]吴国蓁.基于PLC的压缩空气站多用途远程控制系统设计[J].科技与创新,2017，(24):105-106.

[2]汤庭祥.PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].通讯世界,2017，(23):299-300.