可編程序控制器(PLC)及技術(shù)初探

1、可編程序控制器(PLC)及技術(shù)初探    論文   作者：馮修民      2011-12-26 21:59:14    摘要：隨著時(shí)代發(fā)展，21世紀(jì)已進(jìn)入了嶄新工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC仍然能夠引導(dǎo)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，主要是由于在最初其采用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想和適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，隨著電子事業(yè)的飛速發(fā)展，PLC已經(jīng)可以在各個(gè)領(lǐng)域去適應(yīng)不同的客戶要求。本文就PLC的特點(diǎn)、工作過程和抗干擾技術(shù)做一定探討。關(guān)鍵詞：可編程序控制器PLC技術(shù)引言：

2、可編程序控制器（PLC）主要以計(jì)算機(jī)的微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)的應(yīng)用技術(shù)、通訊技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用控制器。PLC將電氣、儀表、控制這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強(qiáng)。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，日益躍居現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱(PLC,ROBOT,CAD/CAM)的主導(dǎo)地位。一、PLC的特點(diǎn)(1) 系統(tǒng)構(gòu)成

3、靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回 路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。(2) 使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。(3) 能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。二、可編程序控制（PLC）的基本工作過程PLC及相關(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)原則應(yīng)滿足“與工業(yè)控制系統(tǒng)為一個(gè)整體、方便功能擴(kuò)展”，所有的電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都是根據(jù)工藝要求，最終提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

4、因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)滿足被控對(duì)象的基本要求，并對(duì)實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研究、收集資料，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與操作人員的密切配合，共同擬定可操作方案，對(duì)可能潛在的問題進(jìn)行共同分析、共同解決。并在滿足各方控制要求的前提下，考慮控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性與經(jīng)濟(jì)性，方便后期的使用及維修，并確保電氣控制的安全性、穩(wěn)定性。PLC在電氣控制中的基本工作過程為：（1）現(xiàn)場(chǎng)信息的輸入：在系統(tǒng)軟件的控制下，按照順序?qū)斎朦c(diǎn)進(jìn)行掃描，并讀取輸入點(diǎn)的狀態(tài)。（2）程序的執(zhí)行：對(duì)用戶程序中的指令按順序掃描，并根據(jù)輸入的狀態(tài)及指令進(jìn)行邏輯性運(yùn)算。(3）控制信號(hào)的輸出：根據(jù)以上邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各個(gè)輸出點(diǎn)同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信

5、號(hào)，以實(shí)現(xiàn)所需的邏輯控制功能。以上過程完成后，再重新開始，并反復(fù)執(zhí)行，每執(zhí)行一次即完成一個(gè)掃描周期。 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，很多機(jī)械設(shè)備的工作流程可分為一系列不斷重復(fù)的順序動(dòng)作，而PLC的工作程序恰與其相似，因此PLC程序能很好地與機(jī)器動(dòng)作相對(duì)應(yīng)，且程序的編制簡(jiǎn)單、直觀，易于修改，減少了開發(fā)軟件的費(fèi)用，并縮短軟件開發(fā)周期。三、影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素及對(duì)策分析1、影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素PLC作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置。因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃裕膽?yīng)用場(chǎng)合越來越廣，環(huán)境越來越復(fù)雜，所受到的干擾也越來越多。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來說，其薄弱環(huán)節(jié)在I/O端

6、口。來自電源波形的畸變、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾、接地電阻的禍合、輸入元件觸點(diǎn)的抖動(dòng)等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。研究影響PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用2、抗干擾的技術(shù)對(duì)策分析為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是主要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的耦合通道，降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。軟件抗干擾技術(shù)作為硬件措施的輔助手段，減少隨機(jī)性信號(hào)的干擾，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、修改靈活、耗費(fèi)資源少，在PLC測(cè)控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。2.1硬件抗干擾對(duì)策2.1.1電源系統(tǒng)引入的干擾對(duì)策

7、電網(wǎng)的干擾、頻率的波動(dòng)，將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。(1)加裝濾波、隔離、屏蔽、開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)濾波器可抑制干擾信號(hào)從電源線傳導(dǎo)到系統(tǒng)中。使用隔離變壓器，屏蔽層要良好接地；次級(jí)連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾)，隔離變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組應(yīng)分別加屏蔽層，初級(jí)的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線；次級(jí)的屏蔽層和初級(jí)間屏蔽層接直流端。開頭穩(wěn)壓電源可抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，保持供電電壓的穩(wěn)壓。(2)分離供電系統(tǒng)PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電時(shí)，不會(huì)影響到控

8、制器的供電。2.1.2外部配線的抗干擾設(shè)計(jì)外部配線之間存在著互感和分布電容，進(jìn)行信號(hào)傳送時(shí)會(huì)產(chǎn)生竄擾。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號(hào)與直流輸入、輸出信號(hào)應(yīng)分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號(hào)線，要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)要懸空，而在控制器側(cè)要接地。配線時(shí)在30m以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號(hào)線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配線管時(shí)，輸入信號(hào)要使用屏蔽電纜。30300m距離的配線時(shí)，直流和交流輸入、輸出信號(hào)線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號(hào)線一定要用屏蔽線。對(duì)于300m以上長(zhǎng)距離配線時(shí)，則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號(hào)，或使用遠(yuǎn)程I/O通道

9、。對(duì)于控制器的接地線要與電源線或動(dòng)力線分開，輸入、輸出信號(hào)線要與高電壓、大電流的動(dòng)力線分開配線。2.2軟件抗干擾措施為了提高輸入信號(hào)的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號(hào)真實(shí)性。對(duì)于有大幅度隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣5次，若某一次采樣支援遠(yuǎn)大于其他幾次采樣的幅值，那么就舍取之。對(duì)于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往在一定范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)，則采用算術(shù)平均法。(1)信號(hào)保護(hù)和恢復(fù)：當(dāng)偶爾性故障發(fā)生時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障現(xiàn)象消失，就可以恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。(2)故障診斷：系統(tǒng)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)反映和處理

10、。(3)加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)：一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行程序。(4)設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT：如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。四、PLC還能設(shè)計(jì)完善的故障報(bào)警系統(tǒng)在自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)計(jì)3級(jí)故障顯示報(bào)警系統(tǒng)，1級(jí)設(shè)置在控制現(xiàn)場(chǎng)各控制柜面板，用指示燈指示設(shè)備正常運(yùn)行和故障情況，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)指示燈亮，當(dāng)該設(shè)備運(yùn)行有故障時(shí)指示燈以1Hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設(shè)備工作情況，專門設(shè)置了故障復(fù)位燈測(cè)試按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行任何時(shí)間持續(xù)按該按鈕3s，所有指示燈應(yīng)全部點(diǎn)亮，如果這時(shí)有指示等不亮說明該指示燈已壞，應(yīng)立即更換，改按鈕復(fù)位

11、后指示燈仍按原工作狀態(tài)顯示設(shè)備工作狀態(tài)。2級(jí)故障顯示設(shè)置在中心控制室大屏幕監(jiān)視器上，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對(duì)應(yīng)的設(shè)備閃爍，歷史事件表中將記錄該故障。3級(jí)故障顯示設(shè)置在中心控制室信號(hào)箱內(nèi)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，信號(hào)箱將用聲、光報(bào)警方式提示工作人員，及時(shí)處理故障。在處理故障時(shí)，又將故障進(jìn)行分類，有些故障是要求系統(tǒng)停止運(yùn)行的，但有些故障對(duì)系統(tǒng)工作影響不大，系統(tǒng)可帶故障運(yùn)行，故障可在運(yùn)行中排除，這樣就大大減少整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)可靠性運(yùn)行水平。五、總結(jié)語(yǔ)21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。參考文獻(xiàn)：【1】于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，2004.【2】徐科軍.自動(dòng)檢測(cè)和儀表的共性技術(shù)M.北京:清華人學(xué)出版社,2000.【3】孫同景.可編程序控制器(PLC)應(yīng)用技術(shù)M.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007，06.    你可能感興趣的畢業(yè)論文    · 基于Modbu