PLC机电控制系统研究

摘 要： PLC在现代机电控制中替代了传统的继电器，成为现代的主流控制器，其通过逻辑功能制定，实现了自身的控制功能。本文针对于PLC特点、控制原理以及控制系统设计进行分析，将控制系统设计过程具体划分为多个过程进行，希望可以为现代的机电控制系统提升带来帮助。

关键词：PLC 机电控制系统 研究

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0264-02

PLC作为一种新型工业控制设备，其实现控制功能的核心是微处理器和存储器组成的控制组件，该组件通过内部逻辑运算或其他运算，将处理后的信号作为PLC的输出量对外部设备进行各种控制，实现“软接线”，这恰是现代机电控制的发展趋势。PLC作为科技产物，有着自己的独特特点和实现原理，在这里针对这方面进行分析，望带来提升。

一、PLC特点

1.较强的灵活性

在传统的机电控制中，通过继电器来完成相应的控制任务，这不仅需要良好的机电过程设计，更需要良好的安装过程，而当控制任务有所变更时，需要进行大规模的线路拆除等，这也代表了这种模式消耗较大。PLC改进了这一缺点，在系统升级时，只需要进行程序改变和简单的线路修改便可以完成，所以说PLC具有更强的灵活性，适用于较多领域不同方面的需求。

2.抗干扰能力强

PLC的硬件结构及其周期循环扫描的工作方式保证其可以在强磁场、强震动、高粉尘、湿度大、温度高等恶劣的工业生产环境中正常工作，避免了采用继电器控制技术因为设备老化可能出现的各种问题，所以说PLC更为适合现代的工业生产。

3.编程简单

PLC编程简单易掌握。实际工作中，工业生产需要对于某一任务进行调整时，可依靠程序编写来实现，大大的提升了机电控制系统的工作效率。同样因编程简单，就使得在进行设计时，可以将一些简单的模块进行外包，加快设计速度。

4.功能较强

PLC具备功能指令和一定数量的特殊扩展设备，不仅可以控制开关量、数字量，同样也可以进行模拟量的控制，这种良好的多控模式适合现代工业生产的基本需求，有效拓展PLC自身的应用领域。

二、PLC机电控制系统组成

1.控制系统硬件结构

基于PLC的机电控制系统主要由两大部分组成，一部分是执行系统，一部分是电控系统。根据生产任务的不同，执行系统由不同的硬件设备构成，像机械手、传输皮带、检测器等是常用的硬件设备。电控系统主要由PLC、变频器、人机界面等部分组成。在工业控制领域，人机界面技术在与PLC技术配合使用的情况下，可以节约PLC的输入输出点数，同时它通过界面能够给运行人员直观的印象，操作简单；变频器是工业控制领域广泛采用的一种调速技术。执行系统和电控系统配合根据控制要求构成开环或闭环控制系统，实现所需控制功能。

2.控制系统应用软件

应用软件是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序，主要用于控制生产设备运行。PLC程序的准确编制和调试是系统设计的核心，只有编制调试出最优化的程序，才能有效的降低PLC的滞后性，提高实时性。利用PLC三大类指令的有机配合可以实现复杂的控制功能。

三、PLC机电控制系统设计

电控系统的准确设计是PLC机电控制系统设计的关键。以日本三菱公司PLC为例，从以下几个方面来进行电控系统设计：

1.电控系统设备选型

PLC作为一种工业控制设备，通过I/O接口完成工业生产现场信号的采集及输出信号控制工业设备。首先要根据采集的信号和生产现场所需控制信号的类型确定是否选择A/D或D/A转换模块，然后再确定输入输出点数，同时考虑所带负载的类型、实时性的要求及人机交流方便等因素，最后综合确定要选择的PLC的厂家、型号以及是否采用扩展单元或模块、特殊扩展设备等。变频器的选型应结合所驱动电动机的转速、功率、性能等方面的因素综合确定；人机界面要考虑界面友好、功能强大，与PLC、变频器等设备连接方便，且所用组态软件学习操作方便等。

2.PLC输入及输出点数优化

根据对控制系统的具体分析，考虑各种工作方式之间的切换以及手动操作等，确定PLC的输入输出点数。考虑性价比原因，对复杂控制系统通常采用PLC基本单元与扩展单元的配合，以满足控制要求；此外利用人机界面技术，在人机界面环境下，利用组态软件编辑设计相应的软开关和软按钮，也可以减少PLC的输入点数；最后要考虑预留10%～20%的输入输出端子作为备用量。为编程方便，输入输出端口的编号选择依次按从小到大的顺序编号。

3.设计PLC输入/输出接线图

在设计输入部分时，要充分考虑几方面的问题。一是PLC输入点数不充裕情况下，可利用编码输入法、矩阵输入法、编程法等有效的减少占用PLC的输入点数；二是与输入端口直接相连的各类起保护作用的输入接点及停止按钮，一般采用常闭接点。三是有源开关使用PLC内部电源时，要注意PLC的输入形式是源型还是漏型；四是输入侧的+24V电源一般不提供给输出单元负载使用，因为涉及功率问题。

同样在设计输出部分时也要考虑几点。一是PLC输出点数不充裕情况下，可利用外部译码输出法、矩阵输出法等有效的减少占用PLC的输出点数。二是当PLC输出形式分别为晶体管输出、晶闸管输出时，要注意外部电源的极性，否则负载不工作。三是驱动步进电机等相关负载时，一定要设计外电路，而不是利用PLC输出的开关量信号直接驱动。

4.程序设计

PLC的编程语言主要有两种，一种是图形化编程语言，一种是文本化编程语言。图形化编程语言分为梯形图、顺序功能图及功能图，而文本化编程语言分为指令语句表及结构文本两种。梯形图简单明了；顺序功能图是程序设计的发展趋势和方向；功能图并不是按顺序执行，是将程序集中构成一个功能模块，例如设计一个电梯控制程序，可以构造多个功能模块，再组合，使用时就调用相应功能模块；指令语句表相当于汇编语言，由汇编语言演变而来，PLC中的指令有三种，分别是基本指令、步进指令及功能指令，其中一些功能指令的有效使用可以使编程大大简化，例如IST指令；结构文本主要用于大型PLC中，中小型PLC基本不用，比较难掌握，有电脑语言基础者例外。基于以上分析，结合机电控制系统的具体要求，选择合适的编程语言，设计最优化的程序是电控系统的控制核心。

变频器参数的设置。在PLC与变频器正确接线的基础上，首先通过参数设置使变频器处于操作模式，在该模式下根据控制系统的要求，利用变频器的多段速设定交流电机的速度调节，在参数设定完成之后，再使变频器处于外部操作模式。检查主回路和控制回路接线正确，通电后此时POWER和操作面板显示正确数据。

在人机界面组态画面的设计过程中，利用组态软件，打开工程浏览器，找到设备COM1设定好数据位和停止位为7和1；在窗口上双击“新建”按钮，安装相应厂家、型号的PLC；在数据库词典下根据PLC的I/O分配表设定PLC的I/O离散量；设计人机界面画面，全部保存，设计主画面，运行。

5.可靠性设计

在进行可靠性设计过程中，主要包括两个方面的内容：一方面是保证设计科学合理；另一方面是保护措施以及自身的安全性能要到位。在设计过程中，一般从这两个方面对设计的可靠性进行评价。一般来说，首先考虑的是硬件保护能力，在系统设计中，通过短路保护、互锁联锁措施、失压保护与紧急停车措施来应对这方面的问题；其次是软件措施，在PLC程序中设计消抖程序及实现故障的自诊断和自处理程序来提高PLC的抗干扰能力。

6.通信设计

在进行电控系统各设备之间的通信过程中，涉及PLC与变频器、PLC与人机界面之间的通信。PLC和变频器之间进行通讯，通讯规格必须在变频器的初始化中设定，假如没有进行初始设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输；PLC在进行计算机链接（专用协议）和无协议通讯（RS指令）时均需对通讯格式（D8120）进行设定，其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等，在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。PLC与人机界面之间的通信，在组态软件中定义相应串口类设备，通过串行口与PLC和数据采集模块进行通信，这样可实现对各个开关量的控制以及现场数据的采集和处理。

四、总结

本文分析PLC机电控制系统，从PLC特点入手，讨论其控制系统组成，针对其设计过程进行分析，希望文中的分析可以为PLC应用带来借鉴。

参考文献

[1]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].3版.北京：清华大学出版社，2015：367-375.

[2]陈清彬.PLC使用制作快速上手[M].北京：电子工业出版社，2012：1.

[3]三菱FX系列PLC与三菱变频器通讯应用实例（RS485）[DB/OL].中国百科网2011.