基于PLC技术的自动化控制系统优化设计

李宁

山东省冶金设计院股份有限公司 山东济南 250101

PLC具有很强的逻辑控制能力，由于其体积小、功耗低、配置容易，随着技术的不断进步，当前已经可以实现大规模的分布式控制。由于PLC的硬件结构大多是由模块化组件构成，软件程序是可编程，运用于工业控制时有非常强大的灵活性，必要时还可编写多套或多组程序，依需要调用，很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。目前用PLC应用不仅仅满足于完成控制，更需要完成控制的优化，通过对PLC控制系统、控制方式、控制逻辑的软硬件优化，从而实现一个最优的控制效果。

1 PLC自动化基本工作原理

PLC自动化技术其实就是充分利用计算机当中所编制的相应程序对机械设备运行过程进行有效的控制，其实也就是数字化操控设备当中的一种，和以往传统的电气自动化控制系统相比较而言，这种技术在实际应用过程中所需要的接线数量更少，而且各条线路可以利用不同的软件进行连接，同时还具有很好的抗干扰性能，日后的维护保养过程也更加方便，除此之外，在开始应用之前就对各项操作流程设置好命令，在后期运行过程中不需要调节。PLC自动化控制系统主要包含了性能分区、通讯分区、处理设备、输入输出接口、储存设备以及电源几个部分，在这些内容当中，存储设备的主要责任是对运行程序进行编辑，这样就可以对各项运行数据进行保存，同时还可以执行一些简单的操作命令；处理设备的主要作用是对系统相关信息进行有效的采集，从而更好地保证了整个系统的安全稳定运行；电源掌控着整个系统的正常运行；输入和输出接口主要负责各个部分的运行提供便捷的传送服务。

2 PLC自动化控制系统优化设计原则

为了提高生产效率，在进行PLC系统优化时应当遵循一定的原则：（1）PLC系统应当足够安全可靠。保证其长时间稳定运行，且应当具有一定的容错性。（2）应当最大限度地满足被控系统的控制需求。（3）在满足安全性和控制性的需求前提下，力求系统的简单性和经济性。（4）保证PLC系统具有良好的可拓展性，考虑到工业和技术的发展留下一定的设计裕度。（5）保证PLC良好的实用性和可维护性。

3 PLC自动化控制系统的优化设计

3.1 控制系统的硬件优化设计

（1）在输入电路方面。在PLC自动化控制系统当中它的输入电源的电压一般在指定的范围内，但是在整个输入过程中也会存在大量的外界环境的干扰和设备的干扰影响电气元件的应用，在这个过程中为了实现输入电路的正常状态下实现，就要进行抗干扰装置，避免干扰影响输入的正常值。其次，在进行设计输入电路过程中，要明确输入电源的功率，及其载荷量，把系统和电源的综合性进行考虑，最后，在输入上设置防护方面的加密工作，有助于提升PLC自动化控制系统的运行可靠性与安全性，避免在操作过程中出现短路或者是熔丝安装错误导致的危险性。

（2）在输出电路方面。在PLC自动化控制系统输出电路时，需要先对输入工作进行完善，再把电路的整个设计工作进行准备，只有这样才能保证正常运行；在输出电路过程中，需要结合电气设备的变频效果和控制效果来进行管理，这样不仅可以有效的完善PLC控制系统的频率，还可以保证电气设备中晶体管的工作状态，防止在输出电路过程中，出现电压不稳定导致破损。

（3）在抗干扰优化方面。在PLC自动化控制系统优化设计过程中，需要对系统运行过程中的干扰因素充分考虑，采取针对性的优化措施，促使干扰作用得到降低，PLC自动化控制系统的稳定性得到保证。在具体实践中，可以从这些方面着手：第一，采取针对性的隔离措施。研究发现，PLC自动化控制效果会直接受到外界高频干扰的影响，那么就可以将隔离变压器科学运用过来，以便有效消除掉高频干扰，促使PLC自动化控制系统的正常运行得到保证。第二，采取针对性的屏蔽措施。研究发现，静电、磁场等干扰因素可以被金属柜有效屏蔽掉，那么就可以在金属柜中放置PLC自动化控制系统。第三，科学布线。布线的合理性也会影响到PLC自动化控制系统的正常运行，因此就需要对其产生足够的重视。如通过分开布置强电线路、弱电线路，可以促使干扰出现几率得到大大的降低。

3.2 控制系统的软件优化设计

通过PLC软件优化可以使程序代码简洁明了，增强代码的可读性，降低芯片存储器负担，提高程序运行效率。首先，要根据工程需要，合理划分程序结构，编写功能性子程序，同时在子程序的编写过程中要注意高内聚、低耦合的编程原则，根据数据和控制字段的长度合理进行数据结构封装。其次，合理运用中断。中断可以运用在多种场合之下，例如在系统发生故障或工作状态异常时，通过中断可以实现系统关闭或紧急复位并可以在中断中编写报警程序。在多路控制或多通道采集时，也可以使用中断实现数据的处理，而一些精确的延时操作也可以通过变现定时器中断程序完成。通过合理配置中断可以极大地提高系统的响应速度，适应控制任务的复杂性需求，但滥用中断有时也会使程序运行不稳定。再次，合理运用嵌入式实时操作系统。目前，比较经典的嵌入式操作系统有μC/OS-Ⅱ和μC/OS－Ⅲ，嵌入式实时操作系统允许系统采用特殊的硬件指令实现高效的任务调度，为设计师提供设计基础和软件框架，复杂的线程可以线程的方式运行在操作系统之中，很好地适应了工业控制中的实时性和复杂性需求。

4 结语

综上所述，PLC自动化控制系统在较大程度上促进我国工业的发展，其具有一系列的优势，可以有效优化生产过程，提升控制效果。但是，在未来的发展中，需要结合工业生产工艺要求，积极优化研究PLC自动化控制系统，从硬件优化和软件优化两个方面着手，完善PLC自动化控制系统的功能，提升其整体运行效率，在工业生产领域内发挥更大的价值。