PLC控制系统在电气设备中的设计与应用

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摘要：plc是用来取代继电器、执行逻辑、计数等顺序控制功能，而建立的柔性程控系统，由于可适应恶劣的工业环境、体积小、重量轻、性价比高，在电气设备中得到了广泛应用。本文结合具体的实例，浅谈PLC控制系统在电气设备中的设计与应用。

关键词：PLC控制系统；电气设备；设计；应用

由于可编程序控制器的技术在不断发展，它的定义也在不断修改，其主要内容基本上围绕使用某些程序控制功能来控制机器和生产过程，称为工业通用自动控制。在实现这一控制功能时，实际上是一个以PLC为核心的控制系统在进行工作。由于PLC控制系统可适应恶劣的工业环境、体积小、重量轻、性价比高，在电气设备中得到了广泛应用。

一、PLC控制系统在电气设备中的设计

1、评估控制任务

随着PLC功能的不断完善，PLC的应用日益广泛，几乎可以用PLC完成所有的工业控制任务。但是，是否选择PLC控制系统，是选择单台PLC控制还是选择多台PLC的分散控制或分级控制，应根据该系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几方面给以考虑：①控制规模。②工艺复杂程度。③可靠性要求。④数据处理速度。

2、I/O点数确定

统计系统设计中输人输出的种类及数量，以决定选用I/O模块的种类及数量。此外，还要分析控制对象与PLC之间的信号关系、信号性质，以便估算PLC系统的用户存储器的容量。

3、PLC机型的选择

PLC是控制系统的核心部件，因此，合理选择PLC机型，对于提高PLC控制系统的各项技术、经济指标起着重要作用。一般来说，PLC的选择主要包括容量选择、机型选择、输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。

4、控制系统设计

系统设计分硬件设计和软件设计两部分。系统硬件设计主要包括PLC 控制器及线路的设计、电气线路设计和抗干扰措施设计、系统软件设计主要是编写PLC控制程序。

系统硬件设计的主要内容是电气控制系统的设计；抗干扰措施设计；电气控制元件的选择。

系统软件设计主要分三部分：主程序、子程序和中断程序。一般来说，PLC程序设计除用一般的编程方法外更重要的是凭设计者的经验来完成的，平时多积累和总结经验很重要。常用方法有状态表法、功能图法、流程图法、逻辑代数法等。程序设计的一般步骤归纳如下：①找出输出对象和启动条件和关断条件；②如果输出对象的启动或关断有制约条件，则找出制约条件；③ 一般情况下，输出对象按照Fk=(X开+k)•X关进行编程，如有制约条件时，按另一个公式进行编程：Fk=(X开+X关的)；④把各种条件代入方程中，按PLC编程的要求，设计出梯形图；⑤对程序进行全面检查和修改。

系统程序设计采用梯形图编程比语句表编程要直观、形象，而语句表直接编程，但修改量大。如果是清晰的单顺序、选择顺序、并发顺序的控制任务，最好是采用功能图来设计程序。

5、系统调试

系统调试分为两个阶段，第一阶段为模拟调试，第二阶段为联机调试。

当PLC系统的软件设计完成之后，应首先在实验室进行模拟调试，看是否符合工艺要求。模拟调试可以根据所选机型，外接适当数量的输入开关作为模拟输入信号，通过输出端子的发光二极管，可观察PLC的输出是否满足要求。

当现场施工和软件设计都完成以后，就可以进行联机统调了。在统调时，一般应首先屏蔽外部输出，再利用编程器的监控功能，采用分段分级调试方法。通过运行检查外部输入量是否无误，然后再利用PLC的强迫置位/复位功能逐个运行输出部件。

最后对系统的所有安全措施作彻底检查，准确无误后即可投人试运行。待一切正常后，为防止程序遇到破坏和丢失，可通过外设将程序保存起来，制作备份，或将程序固化到EPROM或EEPROM中。

二、PLC控制系统的应用举例――两种液体混合装置控制系统

两种液体混合装置控制系统该装置结构如下图所示，其中，H、I、L为液面传感器，液面淹没时为ON；Xl、X2、X3为电磁阀，控制液体的进入和排出，为ON时阀门打开；M为搅拌电动机，由接触器KM控制，KM为ON时，电动机工作。

1．控制要求

①初始状态。各阀门关闭，容器是空的；Xl＝X2=X3=OFF；H＝I＝L=OFF；KM=OFF。

②起动操作。按下起动按钮，开始下列操作：

1)Ⅺ=ON，液体A流人容器；当液面达I时，I由OFF变为ON，使X1=OFF，X2=ON。当液面达L时，L由OFF变为ON，使X1=OFF，X2=ON。

2)液体B流人，液面达H时，X2=OFF，KM=ON，开始搅拌。

3)延时10s后，认为已经搅拌均匀，KM=OFF，X3=ON，放出混合液体。

4)当液体下降到I时，I从ON变为OFF，再延时20s后认为容器放空，使X3=OFF，完成一个操作周期。

5)只要没按停止按钮，则自动进入下一操作周期。

③停止操作。按一下停止按钮，则在当前混合操作周期结束后才停止操作，系统停止于初始状态。

2、PLC选型、I/O通道分配及外部接线

在了解了系统工艺要求后，根据系统输入输出点数等信息，选用OMRON公司的C系列P型机中的C40P型PLC。它有24个输入点，分配为0000―0015触点和0100―0107触点；有16个输出接点，分配为0500―0511和0600―0603触点；有136个内部继电器，即1000―1807触点。

现将已知的输入和输出信号分配给PLC的指定I/O端子。具体分配如下：

①输入。启动按钮SB1为0000；停止按钮SB2为0001；液体传感器H为0002；L为0003；I为0004.

②输出。电磁阀X1为0504；X2为0505；X3为0506；搅拌电动机M的控制接触器KM为0500。

根据通道分配情况，可画出PLC外部接线图，如下图所示：

3、系统设计

根据系统的控制要求，及I/O通道分配情况，设计出锁存器顺序控制的梯形图。这里，为了控制方便，采用一些中间继电器：1100、1101、1102、1103、1104、1105。在初始状态，各继电器均为OFF；按启动按钮0000后，使中间继电器1115置为ON，为电路循环做准备；同时1100使0504为ON并保持。当液体到达I时，1103使0504复位，同时使0505为ON，放入液体B；当液体到达H时，1102使0505复位，同时使0500为ON，打开X3，放出混合液体，待液体下降到I时，I从ON变为OFF，下沿微分指令DIFD使1104为ON保持一个扫描周期，从而使1114为ON并保持，启动定时器TIM01，20s后，T01动合触点接通0504的置“1”回路，进入下一个操作周期。

当按下停止按钮时，1101使1115为OFF，待混合液体放完后，T01不能使0504为ON，系统执行完本周期的操作后，停留在初始状态。

4、调试

把程序输入到PLC内存后，利用PLC的强迫置位恢复位功能，可进行程序的调试和模拟运行。由于输入端子在执行强迫置位/复位命令时，只能为ON一个扫描周期，不能反映按钮或开关的动作过程，为此，在输入点0000-0004上并联内部继电器1000-1004，通过强迫1000―1004置位/复位，来模拟0000-0004的操作状态。此时观察PLC的输出指示灯的亮灭即可知道程序运行是否正确。各步调试运行正确后，再加上控制台板的制作，这个PLC控制系统的设计、制作就完成了。

三、结束语

电气设备自动控制系统应用PLC 控制后，大大简化了复杂的继电器逻辑， 提高了系统的可靠性。而且操作简单，实践证明，该系统可以保持零故障运行， 技术性能稳定、维护方便，为PLC 控制系统的推广应用提供了一定的借鉴作用。