基于可编程序逻辑控制器的基础工业过程控制系统的设计与探究

刘雪花,王 健

（黄冈科技职业学院,湖北黄冈,438000）

工业上用到的电子加速器通常都是束流光学、集核物理、电磁学、计算机技术、自动化控制技术以及制造技术多种技术综合起来的一种高科技的新产品。基于PLC的电子加速器系统主要用在第一，燃煤电厂中对排出去的烟进行除硫处理；第二，对橡胶轮胎进行硫化处理；第三，电缆、电线以及热收缩管线的辐照关联生产；第四，对谷物进行杀菌处理等很多的用途。整个PLC控制系统包含很多的调节测量信号，通过这些信号的输入输出就可以进行具体的操作了。

1 确定方案以及相关的技术要求

对可编程序逻辑控制器来说，计算机控制系统方案的确定是一个非常重要的环节，因为它要控制的目标是工业上会用到的电子加速器，对这种设备进行控制的系统必须要拥有非常高的可靠性、安全性以及稳定性。

电子加速器的工作环境通常都是非常恶劣的，如果使用的是计算机控制系统，当计算机在工作的时候那些输入和输出的信号就会受到环境的干扰，这样就会对控制的结果出现一定的偏差，还有就是电子加速器是一个强束流、高电压的设备，电子加速器本身就是一个对电磁信号有非常大干扰的源泉，此外还会有一些通过空间引入的干扰，并且以上说到的干扰其干扰能量都是非常大的，这时候对信号的输入和输出就会造成非常大的影响。

我们选择的控制系统应具备以下功能：第一，非常可靠的安全保护能力，可防止在出现事故时对设备和人身造成伤害；第二，电子加速器应拥有比较高的稳定性；第三，系统能够自动稳流、稳压；第四，尽量提高系统的自动化水平，这样可以减少不必要的人员操作，在设备工作的时候也可以减小危害；第五，应该设计成为每个功能单元都可以进行扩充，这样PLC控制系统能够做到的控制范围就更加广泛了；第六，能够自动去打印电子加速器在运行时候的一些参数以及历史数据这样就可以时刻了解加速器的运行状态了，可在第一时间掌握实时情况，并且能够寻找到解决这些问题的方法；第七，拥有比较友好的人机界面，并且能够呈献给人们动态的或者是直接的流程画面，进行在线监测；第八，维修的时候应该比较方便，同时应该具有比较多的工作模式；第九，除了系统本身已经设定好的参数能够进行比较稳定的运行之外，当操作人员对一些参数和状态进行修改的时候设备能够按照操作人员的指令去工作。

2 控制系统设计的原则以及对硬件的选择

2.1 控制系统的抗干扰能力

把计算机技术作为核心内容的电子加速器系统必须要有非常好的抗干扰的能力，只有在抗干扰能力方面有一个非常好的表现才能够把这个系统投入到工业使用当中去。

2.2 S7-200PLC的优点

这里我们选择的是西门子生产的S7-200这个系列的PLC，使用这种控制系统作为核心设备是有很多优点的：第一，PLC是按照工业环境中应用到的电磁兼容标准进行设计的，在检测的时候也能够符合这种系统，我们会选择那些在工业上通用的电磁辐射标准，在抗电磁噪声能力方面的标准也会选择通用的，PLC系统的可靠性都是非常高的；第二，PLC系统的控制系统是非常好的，它能够完成对对数字量和模拟量的输入和输出工作、数值比较运算、顺序逻辑控制、PID运算、定时、中断处理以及延时等多种功能；第三，PLC系统的外部控制电路对模拟量的输入和输出具有较好的隔离和滤波功能，能从供电电源的电压稳定以及停电保护方面进行对PLC系统进行保护。基于上述理由可保证可编程序逻辑控制器在受到比较严重的电磁干扰之后还能够正常的工作。

3 控制系统的硬件组成

这里我们选用的是西门子公司出产的S7-200系列的可编程序逻辑控制器充当整个系统的核心。因为这是一个非常经典的系统，这个系统能够完成许多的工业操作，对企业的财产安全、工作人员的人身安全以及其他方面有拥有很好的保护作用。

本机采用西门子CPU226，具有24个输入点和16个输出点，可连接7个扩展模块、13K字节程序和数据存储空间、6个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出、具有PID控制器、2个RS485通讯/编程口、具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。西门子CPU226适用于较高要求的控制系统，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

3.1 束流稳定的系统

首先我们应该通过取样电阻的方式把第二级的电流信号采集好（这个信号表示的只是电子流束的大小而已），当束流信号传送到PLC模拟输入端的时候，就会通过PID回路进行预算，然后再通过模拟输出端把已经得到控制的信号通过运放和光隔离的装置把控制电子枪当中的电流连通起来，这样就能够形成一个闭合的回路了。然后还要把束流信号和最大的电流进行设定比较，假如束流信号比最大的设定电流还大的话，这样硬件给出的保护信号所起到的作用就不大了。

3.2 能量的稳定系统

我们选用的系统拥有着两种稳定模式：能量稳定模式和变频器稳定模式。

能量稳定模式：这种模式是通过分压电阻去取得能量的各个分压值，并把这个值通过滤波电路然后再传送到PLC系统的模拟输入端去。通过PLC的模拟输出端传出控制信号，把这个信号放大之后添加到励磁线圈之上就可以了。这种方法主要是通过把变频器的信号输入改变成为电动机的输入电压值，其实就是把初级线圈上的电压值改掉，这样就可以把能量稳定了，我们的目的也就达到了。如果单纯的只是想改变能量而已，那么把计算机的给定值改变就可以了，但是这些远远不是我们需要的。通常来说，我们应该把能够检测到的能量电压和最高的能量设定硬件相比较，这样就能够在最短的时间内对电流和电压进行一种保护了，也就是对设备的保护。

变频器稳定模式：这种模式只适用于电子加速器的调试工作。我们可以通过传感器的测量来得到中频的电动机输出电压，这时候把得到的数值和计算机的设定电压进行对比运算，最后把给出的控制信号加到控制电机两端去，这样就能够让电机的电压达到一个相对稳定的值，同时这时候也可以改变电机的电压值。

3.3 校准和扫描系统

这个系统的主要作用就是要保证束流能够均匀的转过钛箔之后还能够进入到辐照去进行物品的加工工作，这样能够把束流分散到钛箔之外，存留在钛箔区域的束流会很少，钛箔烧毁的可能就很小了，同时钛箔的寿命也会得到一种保障。这个系统还能够让那些进入到空气中的电子去按照需要的轨迹去进行运动，这样就可以满足那些比较特殊的辅照工艺的工艺要求了。

3.4 对系统设备的保护工作

第一，我们应该设置出工作状态下的信号的连锁，通过不同的状态信号去把这些设备的运行情况做一个系统的总结；第二，将发出的信号传送到计算机中去；第三，当加速器工作的时候应该把模式改为调试模式，这样加速器就可以为整个系统提供一个旁路了，这时候系统就会相对稳定很多。

4 对软件部分的设计

我们可以把控制部分的软件分成是两个部分，分别是应用控制程序以及上位机的监测管理程序，下面我们对这两部分进行一个比较详细的了解。

4.1 应用控制程序

我们这里讲到的是由西门子提供的一种控制程序的编程软件。这种编程软件只能在windows系统上才能够运行，这种软件的编程语言主要有梯形图（LAD）、语句表（STL）、功能块（FBD），SIMATIC STEP7编程软件能够很简单的把程序进行编译、修改以及调试工作，能把已经编制好的程序下载到PLC系统中去，同时这种编程软件还有非常好的编辑功能，能够把程序进行编辑、打印、存盘等工作。

4.2 上位机监测管理程序

我们能够根据各个分机的不同功能去把控制程序进行分类，控制程序可以分为：第一，设置PLC的地址、连通上位机通讯；第二，加速器运行程序（主要包括连锁控制、紧急保护控制、关机、加速器自动开机、工作模式的设定、远程控制以及程序符合等）；第三，能量稳定程序以及束流工具。

5 结语

总而言之，现在已经应用到工业电子加速器中的可编程序逻辑控制器系统已经处于一个比较稳定的状态，那些对PLC系统的运行有比较大影响的因素基本上已经得到了解决，由于控制系统已经趋于稳定了所以现在的电子加速器在工业中的应用也是越来越广泛了。

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