工业自动化生产过程中PLC控制系统的设计方法探究

夏朝阳

摘 要：本文从硬件设计与软件编制两方面入手，对工业自动化生产中PLC控制系统的设计方法展开了探讨，以期能够为PLC在工业自动化领域的实践应用提供一定参考。

关键词：工业自动化生产;PLC控制系统;电源

引言：相比于其他自动化控制系统，PLC（可编程控制器）虽然具有着编程简单、组态灵活、可靠性高的特点，在工业自动化生产中的应用难度相对较低，但面对工业自动化生产领域的多样化控制需求，要想根据用户实际需求来设计出合适的PLC控制系统，却仍然具有着较高的难度，而对于PLC控制系统设计方法的相关研究，则显然是十分必要的。

1工业自动化生产中PLC控制系统的硬件设计

1.1PLC机型选择

在工业自动化生产中，不同PLC控制系统虽然在设计思路、功能、控制精度等方面存在一定差异，但却都会以PLC为核心，而在设计PLC控制系统时，对于PLC机型的合理选择自然也是十分重要的。一般来说，PLC机型的选择首先应考虑到系统规模问题，根据需控制的工业机械设备来对PLC单机控制或PLC形成网络进行合理选择，之后再综合程序难易程度、控制功能要求、运行环境以及工业自动化生产的工艺流程等因素，对具体的PLC机型进行合理筛选。其次，则是要根据具体控制需求来确定PLC应具备的输入点、输出点，以保证PLC输入点、输出点数量多于输入设备、输出设备及A/D、D/A转换的数量。需要注意的是，由于PLC控制系统的功能通常都需要在投入应用后再不断加以完善，因此输入点、输出点的数量应在实际控制需求的110%左右，以保证PLC控制系统的可扩展性，而PLC的内存容量虽然与输入点、输出点数量直接相关，只要输入点、输出点数量符合要求，基本不会出现内存容量不足的情况，但为便于后期扩展，同样需要控制在实际运行程序所需容量的125%以上[1]。最后，PLC的选型还要考虑到输出端负载类型问题，根据输出端所带负载的具体类型（直流型或交流型）及输出点动作频率来选择不同的PLC输出方式（如继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出等），以保证PLC控制系统的稳定性。另外，从企业工业自动化生产的角度来看，无论PLC控制系统最终选择何种PLC机型，都必须要尽量保持企业内部所选PLC型号的一致性，这样既可以为PLC模块更换、备用PLC采购提供方便，同时也能够实现资源共享，并为多级分布式控制系统的构建提供支持。

1.2输入回路设计

PLC控制系统输入回路的设计通常应考虑电源回路、电源应用以及输入灵敏度几方面问题，其中电源回路设计应根据PLC所用供电电源而定，目前比较常见的有85-240VAC及24VDC等几种，电源回路只需与供电电源相适应即可。当然，由于PLC很容易受到电源干扰，因此从抗干扰设计的角度来看，电源回路还需加装如电源滤波器、隔离变压器等电源净化元件。而在电源应用方面，则应注意PLC上自带24V直流电源的容量，并对电源进行防短路处理，以免因电源过载或短路而使PLC突然停止运行[2]。如输入回路上存在直流供电的接近开关、光电开关，PLC自带直流电源容量有所不足，还需在外部增设24V直流电源，同时在连接外部直流电源时避开PLC自带直流电源的“-”端及“COM”端。对于输入灵敏度问题，通常应根据PLC厂家的输入端电压、电流规定来控制输入设备的输入电流、电压进行控制，以免因实际输入电流、电压过大而导致PLC出现误动问题，影响其控制灵敏度。

1.3输出回路设计

由于PLC输出方法会受到输出端所带负载类型、输出点动作频率、输出电流大小等因素的直接影响，因此在进行PLC控制系统输出回路设计时，必须要对各种主要输出方式的特点进行准确把握，之后再根据实际情况来确定具体PLC输出方式。例如继电器输出对不同公共点的负载类型、电压要求都比较宽松，允许的带负载电流也比较高，但使用寿命会受到负载电流的直接影响，响应速度相对较快，比较适合带负载能力强、输出点动作频率在6次/min以下的PLC控制系统。而晶闸管输出与晶体管输出的响应速度较快（响应时间分别为1ms、0.2ms左右），能够适应高频动作控制需求，但带负载能力较差，比较适合输出点动作频率较高的PLC控制系统[3]。

1.4驱动电路设计

在不同PLC控制系统输出回路设计差异较大的情况下，如选择了晶闸管输出、晶体管输出等输出方式，PLC无法直接带动负载，则还需利用三极管、固态继电器等在PLC外部加装驱动电路，并安装保护电路与浪涌吸收电路，以免电磁干扰等问题对PLC运行造成影响。此外，为满足控制系统的后期维修需求，还要将PLC的印制板改为插拔式板，并严格按照说明书进行输入/输出布线。

2工业自动化生产中PLC控制系统的软件编制

2.1软件编制准备

PLC的编程难度虽然相对较低，通常仅需要使用数量较少的电器控制梯形图与命令语句，即可根据工业生产的实际自动化控制需求来完成软件编制，但为保证编程准确性与高效性，仍需在编制PLC控制系统软件前，熟悉PLC软件说明书，并将准确的梯形图画出（如具有图形编辑器或软件包，可省略此环节）。

2.2程序设计

在PLC软件编程过程中，首先應明确操作方法、需完成动作等方面的系统控制要求，并将转步时间、模拟精度等控制参数确定下来，为编程提供明确方向与标准。之后则需要对工业自动化生产的设备应用情况加以了解，并将各种机械设备区分为输入设备、输出设备两大类，依次完成输入输出地址的分配工作，保证每一个输入信号、外部负载均能够与输入地址、输出地址相对应、输入、输出地址分配完毕后还要列出清晰的分配表，并利用梯形图或助记符语言来绘制相关控制流程图，为具体的控制程序设计提供依据。最后，则是要按照设计出的完整程序来对PLC控制系统进行模拟调试，查看系统是否能够满足工业自动化生产的实际控制需求，如存在控制精度不足、动作异常等问题，则应分段进行调试[4]。待调试完毕并确定PLC控制系统能够满足实际控制后，则需要交付用户进行试运行测试，如试运行测试时PLC控制系统同样能够保持正常运行，即可将软件程序固化到EPROM，以免因程序丢失而影响PLC控制系统的应用。

结束语：综上所述，在工业自动化生产中，要想设计出符合实际控制需求的PLC控制系统，必须要在硬件设计阶段把握好PLC选型、输入回路设计、输出回路设计等设计要点，同时按步骤完成各项软件编制准备与程序设计工作，

参考文献：

[1]秦常贵.PLC控制系统设计原则与步骤及安全可靠性分析研究[J].工业控制计算机，2020，33（06）：138-140.

[2]陈盛开.装卸料小车运行的总体框架结构及PLC控制系统设计[J].中国高新区，2018，（02）：23.

[3]王华.PLC控制系统设计的要点与应用探讨[J].南方农机，2017，48（09）：85-86.

[4]苏晓峰，史启程，刘金颂等.基于PLC的工业自动化立体仓库控制系统设计[J].自动化与仪器仪表，2016，（03）：119-121.