试论基于PLC的过程控制系统设计与实现
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[摘 要]现阶段，是信息化飞速发展的阶段，因此对于过程控制系统而言，需要不断地对其进行优化设计。本文主要探讨了PLC的组成部分和特点，以及PLC的过程控制系统的具体设计方案。
[关键词]PLC；过程控制系统；设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0101-01
PLC控制方式，是目前自动化领域内的一种主要的控制方式。这个控制方式，和以往的方式相比，具有成本低、控制灵活、维护简单的优势，因此值得在自动化领域进行广泛的推广。
PLC，即为一种可编程控制器，它主要是借助控制功能软件来实现系统的编程功能的，因此可以适用于较为恶劣的工业环境，它具有较强的抗干扰能力。PLC主要由以下几个特点：一、性价比较高；二、较为突出的可靠性；三、可编程强；四、在线编程较为简便。PLC的实质，是用于工业控制的计算机，其硬件结构类似于微型计算机。它的主要结构包括以下几个方便，具体如图1所示：
其工作原理为：它的工作过程主要包括三个方面，即为输入采样和用户程序执行，以及输出刷新。进过这三个阶段的流程，即可完成一个扫描周期。目前，该控制系统多用于工业制造之中。
过程控制系统属于一个封闭的控制系统。它主要包括四个组成部分，即为计算机、被控对象、测量变送、执行装置。其中，过程控制系统的控制机，就是这四个组成部分中的计算机。它依赖于现代的控制理论，以及经典的控制理论，来实现工作运行的。基于计算机的控制器，它的技术基础就是：计算机技术和自动控制化理论这两个方面。
德国西门子PLC公司生产的可编程程序控制器，在我国主要应用在冶金、化工、食品等领域内。西门子生产的可编程程序控制器，其产品主要包括LOGO、S7-200、S7-300等，这些产品具有以下几个特点：体积较小、速度较快，同时其网络通信能力较强，具有更加可靠的性能，因此可以在冶金、化工、食品等领域内进行更为广泛的推广。
2.基于PLC的过程控制系统设计
基于PLC的过程控制系统设计主要包括以下几个流程：
2.1 做好前提准备工作
用PLC做控制核心，要充分考虑在工业生产中的独特性，因为生产过程涉及多个流程，而生产机械也不尽相同。所以在底层以PLC来作为生产的基本控制时一定要多方监控和操作，做到数据合理统计分析。只有将细化了的工业生产流程和机械的特点和特性全面把握，才能在控制过程中提高运作质量水平。总的来说，在进行具体受控对象操作时，一定要从逻辑、时序和模拟上充分了解受控体机、电之间的具体联系和区别，从而在PLC控制程序设计上精确其参数，优化结构，满足要求。
2.2 过程控制具体方案流程
1）对生产工艺步骤的了解
这篇文章主要研究的是在PLC控制下裂化催化剂成胶工艺流程的具体控制方案。（此次研究过程有两个反应器）下面是裂化催化剂成胶的具体工艺控制步骤：第一点要在反应器Ⅰ中加入两种物料，分别记做物料A和物料B，在物料全部加入完毕时启动搅拌机，将搅拌工作时长控制在10min；第二点，在第一次加入物料A和B搅拌完成停止后再将物料C加到反应器Ⅰ中，将搅拌工作时长调整到15min接着搅拌，然后以同样的工作流程加入物料D进行10min搅拌，将物料E最后放入反应器Ⅰ中进行最后15min的搅拌，当加入物料E搅拌完成后，停止搅拌机。除了进行反应器Ⅰ的工作，同时还要进行反应器Ⅱ的工作，反应器Ⅱ的工作内容和流程和反应器Ⅰ相同，但是它们是相互独立和分离的，之间无任何干扰项。只是反应器Ⅰ和Ⅱ之间要进行每25min的交替运行工作，从而组成一个整体化的生产步骤流程。
2）确定控制要求
在生产设备处于初始工作状态的情况下时，其进口阀门关闭，循环阀门打开，而计量罐则保持空闲；当过程控制系统开启时，整个系统开始运转，这时情况发生反转，进口阀门会变为打开状态，而循环阀门则会转为关闭状态，而计量罐则会开始容纳所需物料；当物料加满时，进口阀门再次关闭，循环阀门再次打开，这就完成了一次完整的物料添加过程。根据反应器的需要，上述动作会呈现出循环重复的状态。
3）确定控制方案
由于在整个过程控制系统控制过程中，开关量扮演着输出和输入信号的角色，所以，在设定任务时，就将其设定为一套单机逻辑控制系统。具体流程如图2所示：
2.3 PLC输出与输入设备的选择
严格遵照过程控制系统的控制要求和设计方案是选择PLC设备的先决条件。输出设备由信号指示灯/执行设备和电磁阀组成；而输入设备由电磁阀/传感器和位置开关组成。
2.4 PLC设备的类型选择
不同的厂家生产的不同型号的PLC设备的结构、性能、容量和成本也都不同，在进行选择时，要从PLC设备的机型、容量等方面进行综合的考量。首先是机型方面，不但要保证功能可靠、维护方便，还要在性价比上占据优势，只有符合这些要求才能纳入考量范围。
2.5 设计控制软件与调试
根据该系统的具体要求，所需要的编程软件主要包括STEP7 V5.5和WinCCSP4。STEP7 V5.5主要完成逻辑控制部分程序；WinCCSP4主要实现人机界面程序设计。设计步骤完成之后，需要对其进行测试和调试。主要包括两个方面，其一是实验室的模拟，科研人员需要在实验室内对该设计进行测试，根据测试的各项数据来设计现场的调试的方案。基于PLC的过程控制系统的设计与实现，需要经过这两个步骤的测试，最终才能投入实际的生产使用之中。
3.结束语
在基于PLC的过程控制系统的设计，可以有效的节省这个系统所需的研制费用，节省了其单机手动，以及半自动控制的按钮数量，也可以最大程度的节省PLC的占用输入点数。这些运行程序方面的节省，最大程度的减少了这个系统所需的安装工作量，以及接线工作的任务量，也在最大程度上为操作这个系统的工作人员带来了很大的便利。因此基于PLC的过程控制系统设计与实现对于工业生产而言，具有十分重要的意义，因此值得对其进行广泛的推广。本文选取的设计方案，可以在恶劣的工作环境中进行有效的运行，它可以承受住现场施工的考验，其较高的通信速率、较低的出错率、较好的运行效果，均体现了其广阔的市场应用前景[1]。
参考文献
[1] 常智鹏.探讨基于PLC的过程控制系统的设计[J].科技风，2013，07：53.