关于可编程控制器控制系统总体设计的分析

摘 要:社会进入了信息化时代,可以说周围大部分事物都是由信息化进行控制,一个小小的可编程控制器就能控制整个系统的工作,那么它是怎么进行控制的,本章中,主要根据可编程逻辑控制器的一些原理,还有它在现实中的应用简要的分析讨论下。

关键词:可编程逻辑控制器 系统设计 设计不足

中图分类号:TP391.8文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0018-02

随着社会的不断发展和进步,可编程控制器得到了广泛的应用,什么是可编程控制器呢？它是一种专门在工业环境下,能应用数字进行运算的电子系统。它采用的是可以编程的存储器,因为这样的存储器能在它的内部执行逻辑性的运算,还有一些顺序控制计时等指令,以此来控制着各式各样的机器。就目前的情况来看,大部分的计算机集散控制系统中都存在着可编程控制器,下面,我们就可编程控制器控制系统总体的一些设计作简要的浅析。

1 可编程控制器控制系统设计的原则

可编程控制器所要执行的任务就是要满足被控对象提出的各项性能指标。被控的对象也就是工业中生产的控制设备、生产工艺过程、还有就是自动化的生产线。想要在生产中,劳动生产率最高,产品的质量还要得到保障,劳动强度和危害程度也要保持在最低的状态,就要合理的进行设计PLC控制系统,PLC是可编程逻辑控制器,那么就要遵循这几个原则。

1.1 最大限度最合理的满足被控对象的各项指标

想要合理的设计PLC控制系统,就要先对被控的对象有所了解,进入工厂,进行实地的考察,对它想要达到的指标进行最合理的分析设计。然后综合考虑,拟定电气控制方案,为之后的设计做好铺垫。

1.2 控制系统要安全可靠

在电气控制系统中,最重要的就是安全可靠性,如果安全可靠性没有保障,那么在以后的使用应用中,不仅不能长期的投入生产,还能对人的生命健康带来危害。所以必须把安全可靠性放在首要的位置上,这样才能保障产品的数量和质量符合生产的标准。

1.3 系统最简化

在满足各项性能指标的前提下,使控制系统的结构最简化,这样可以方便操作,而且造价也比较低,在工厂的生产中也具有很强的使用性。简单的结构在以后的使用和维护中也是比较容易。

1.4 留出适当的余地

工厂中的生产规模不是一成不变的,生产工艺也是在不断改进的,因此在设计PLC系统的时候,要考虑到这点,要在设计中留有余地,这样就要选择有适当余量的PLC。

2 PLC控制系统的主要设计方法

2.1 设计任务的了解

在系统设计之前,要对被控制的对象进行深刻的了解,还要对生产中的工艺流程以及主要设备的性能进行熟悉,知道他们的工作原理,以此来确定想要设计的系统要完成的一些任务和性能。在设计过程中还要拟一份设计任务书,将设计中的一些设计要点和控制的方式写入进去,便于之后的系统设计。

2.2 选择合适的PLC

设计中选择合适的PLC是很重要的,一般要考虑这几个方面:(1)系统的控制目标。设计系统的时候要先明确系统的控制目标,在工厂中,主要的控制目标就是要保证生产的安全可靠性,使其能稳定的长期进行运作,还要保障产品的质量和数量,在不影响产品的质量的同时提高生产效率,还有就是改善信息管理。要根据需要选择合适的PLC机型。(2)PLC的硬件性能。在进行PLC设计时要先对其的硬件有一定的了解,主要看的硬件就是CPU,它是PLC主要组成部分,只有CPU的能力强了PLC的能力才会好;指令系统,不同机型的PLC指令系统也是不相同的,这就要根据实际情况的应用来确定是什么指令,从而选择出适合该指令的PLC;I/O系统,这是PLC系统设计中必须知道的参数;相应速度,在一般的情况下PLC的相应速度都是可以满足现状的,因为大部分PLC都是以数字量控制为主的控制系统,而对于少数含有模拟量的PLC控制系统来说,就必须的考虑响应速度了。除了以上的这几个重要的硬件配置,还有一些其他的考虑的方面,例如说工程总投资、备品配件的统一性、技术支持等等。

2.3 PLC控制系统中硬件的相应设计

对于PLC控制系统中硬件的设计,其实就是指PLC外部设备的设计,主要的外部设备是输入设备、执行元件、控制台和柜、操作版面等。这些设计中我们要知道,每个设备都包含什么,都要具有什么样的特点,然后根据需要进行合理的设计。

设备中I/O的地址分配,要根据用户输入和输出设备的分析和整理进行制定的。对于I/O来说,在它的设备表中,应该具备I/O地址还有设备代号和名称以及一些其他的信息,这样才能根据各自的特点进行正确的安排,通常情况下都是相同型号的信号和相同的电压等级安排在一起,以此确定施工的主要布局,最后绘制出I/0接线图。

2.4 系统软件的设计

控制系统软件的设计就是利用梯形图,来编写主要的控制程序,我们通常采用的方法是经验设计法和逻辑设计法。方法的使用要根据实际的情况来定。如果要设计控制系统规模比较大的系统时,可以将流程分成很多小步骤进行设计,设计中要注意,要确定每个步骤中的转换条件和跳转等功能,以便最后转换成梯形图时比较好操作。然而对于传统的控制线路改造就方便的多,可以直接根据原系统中的控制线路图,根据梯形图的编程规则进行改造。用梯形图编写程序操作起来比较简单,而且出错率比较低,设计的周期也很短暂,因此在设计中总会应用到。

2.5 系统的运行

上面就是系统设计的基本步骤,步骤完成后,PLC控制系统有了一个大概的形体,我们这时可以进行模拟调试,在运行中,要保证硬件的正常运行,然后在这基础上对软件进行调试,来达到最好的效果。

3 可编程控制器控制系统的可靠性设计

3.1 从外围电路提高系统的可靠性

3.1.1 关于接地

实现PLC接地良好,是保证正常运行的基础。在设计时,应分开PLC接地和动力接地,采取专门接地;若不能分开,则采取同设备共同进行接地;如果禁止串联接地,也不可将接地端子与大金属框架连接,因为设备间会存在电位差,不利于PLC的运行。接地点应选择在PLC临近点,往地下打入角铁,深度约为1m,用不小于4mm2扁铁或导线焊接接地桩,接地电阻小于10Ω。尤其对于PLC三菱,如输入端存在接地的符号,若没有更好的接地方法,尽量不要接地。一般在现场的调试过程中,如无法消除干扰,撤除接地后,即可可靠运行PLC。

3.1.2 关于接线

PLC接线主要包含输出和输入接线。输入接线的长度一般保持小于30m,根据实际100m也能可靠低工作。不能将输入与输出接线的COM端连接在一起,根据PLC的型号不同,输出接线的方式也会不同。如PLC三菱信号的输出端,COM1、2、3等都可根据执行元件分组设立电压的等级,可连接长220VAC、36VAC、380VAC电源电路。如输出电源的负载相似,则必须连接所有的COM。如输出端电源的负载不同,则需连接相同的电源。分开设置输入和输出接线,特别是实际现场,必须进行分开设置。但尽量信号的输出线和输入线不存在同一电缆。输入线可选择接线鼻子连接牢固。

3.1.3 关于电路

PLC通过接受输入电路的模拟量、开关量等信号,输入电路元器的连接方式和质量的好坏,对系统的可靠性造成影响。例如,行程、按钮开关输入开关量是否具有良好的触点接触,接线牢固与否,设备机械限位的开关合格与否。如果条件允许,在设计时,最好选择可靠性较高无触点的开关,以代替机械行程开关。另外,按钮常闭、常开触点选择也会对系统可靠性造成影响。以简单的停止、起动控制线路为依托。

PLC构建了两个典型的起、停控制线路图,以及它们对应的梯形图。两条线路完全一样的功能,起动按钮指定输出动作。停止按钮指定输出断开,但它们可靠性不同。预设安全状态为输出断开,那图1可靠性比图2要地,这是由于SB1、2发生故障的可能性较大,而常见现象为输入电路开路。当选用图2的线路,则无论开关是接线开路或本身开路,输出都为安全状态,保障了系统的可靠及安全。

3.2 从程序编制提高可靠性

3.2.1 关于分设功能块

PLC其工作原理主要包含输入采样、公共处理、执行用户程序、输出刷新等扫描阶段。即从第0步向最后一步逐一扫描,执行符合标准的指令。如果程序过长,运行过程中发生输入故障,则可能导致事故的发生。可划分控制要求功能,编制成包含许多功能的程序块。例如:专门为实现一种功能、工作开始复位、紧急处理、自动或手动等程序块,可通过调用、跳转指令来实现。

3.2.2 关于处理功能块

如果根据功能块进行程序编制,采取跳转、调用指令。当PLC处于工作状态时,不会从第0步向最后一步逐一扫描,只逐一扫描符合要求的功能块。选择跳转指令,要确保跳转到所需执行的功能块。对其余不需执行功能块,采用入口条件进行锁死,否则难以确定跳转的方向。采用调用指令,需确完成功能程序块的执行后,能回到所需执行程序。执行程序块结束后,在进入下一程序块之前,应清零不需要元件。否则就导致计数器、定时器完成执行后,处于无输入条件下是,数据不为零。寄存数据器由于数据未清零,而导致结果错误。

3.2.3 关于监控程序的编制

当程序中,所需重点监控部分,可编制监控程序,监控程序力求简单、实用。

3.2.4 关于处理紧急状态

在可编程控制器控制系统处于工作状态时,若出现紧急情况,执行机构必须例暂停动作。禁止向PLC输出,根据执行结构和现场状况,执行结构处于保持当前状态,程序需返回为原始的状态,且清零。值得注意的是,不能选择切断输出端结构线路,以停止执行机构运行。因为程序并未停止执行,当故障排除后,PLC再次运行时,执行机构会错误动作,产生现场事故。

4 可编程控制器控制系统的自检设计

4.1 键盘的故障自检

许多按键组成了键盘,主要凭借两个接点的开关闭合,以进行工作。按键的故障主要是有三种故障:开路、短路、接触不良,反映特征也不同。其一,短路。当未按键时,触点会自行的闭合。如果初始化程序,可查检程序是否短路。如按键自行短路,可通过显示键故障灯,提醒操作者键盘接口存在故障。操作者按照短路指示灯的亮起,可轻易扎到发生故障的器件;其二,开路。按键出现开路故障,操作者直接观察即可得知。当PLC初始化程序后,显示执行程序,设计时LED显示全亮,则键盘处于正常的工作状态。刚通电开机时,为按键且系统未工作,LPC对显示程序反复执行,操作者可通过观察看到LED的全部各段点亮。若按下按键,显示器处于分时显示工作方式,PLC查到存在键输入,则要关显示,再通过处理程序执行键功能。若按键出现开路故障,即使按下按键,PLC也查不到存在键输入,此时的LED各段仍全亮,则表示按键发生开路故障;其三,接触不良。机械出现接触不良,主要有两种影响:一方面没按键与按下键状态相同,类似于按键开路,则可将其作为开路故障对待。另一方面按下键后触点随即闭合,这属于正常情况,按照震颤情况进行处理。

4.2 显示器故障的自检

自检显示器故障非常简单,当刚开机时未按下键时,无短路故障,即可进行全部LED点亮。若一按下键,微机查到按键输入即立刻关闭显示,且在释放按键后,分析执行键和通过处理程序执行功能键。按键抑制处于保持状态,显示器一直熄灭,键盘若无故障,一般可按照按键时显示器的全熄状态,开机后显示器的全亮状态,来判断显示器的接口是否正常。

4.3 指示灯的故障自检设计

在可编程控制器控制系统中,指示灯很容易发生故障,也经常发生故障。导致操作者对指示状态易产生错觉。所以,需对指示灯的故障自检进行设计。可在系统中添加一个输入点,连接改输入点与操作台的按钮。当按下按钮时,输入点为“1”指示,点亮全部指示灯,若某灯仍处于熄灭状态,则表示该灯本身存在故障。我们可将这个按钮称为指示灯故障自检按钮。其编程方法:在每个灯的继电器输出支路中,联接一个敞开的触点,该敞开触点即为故障自检的输入信号。图3即为电机处于工作状态时的指示梯形图。图中,Y1为与电机接触器线圈进行连接的输出点,当Y1=0时,电机停止,当Y1=1时,电机运转。操作台存在两个绿、红指示灯,分贝代表电机运转和停止的状态,对应两个灯的输出点为Y2、Y3,故障自检输入点为X0。

5 结语

文中我们就可编程控制器控制系统的总设计进行了讨论研究,从中我们了解了可编程控制器的一些基本原理和作用,在实际的工业生产中,可编程控制器可以说是全面得到应用,它的出现使得工业越来越向信息化发展,在以后的生活中,可编程控制器的应用肯定会更为广泛,而且随着科技的发展,可编程控制器还会得到更好的改造和完善,以求更好的应用在工业中。

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