PLC控制系统在电气设备中的设计与应用探讨

【摘 要】PLC控制系统比较先进，它主要通过运用软元件替代继电器，来执行逻辑，最终实现有效的控电气设备。本文主要分析了PLC控制系统的涵义和特性，探讨了PLC控制系统在电气设备中的设计，以及其在电气设备中的应用。

【关键词】PLC；控制；系统；电气；设备；设计

近些年，社会经济得到了迅猛的发展，可编程序控制器技术也得到了突飞猛进的发展，而PLC控制系统作为一种先进的可编程序控制技术，被广泛运用于环境恶劣的工业中。这种控制系统体积小、重量轻、性价比高，应用效果相当明显，可以有效提高电气设备的运行效率。

1.PLC控制系统的涵义及特性

1.1 PLC的涵义

PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器。PLC控制系统主要通过将可编程的存储器设置在存储程序内部，从而实现指令的有效算术、逻辑运算、顺序定时和控制等。PLC控制系统主要通过模拟和数字的输入/输出来控制各类生产和机械设备操作。

1.2 PLC控制系统的构成

从本质上说，PLC控制系统是一种运用在工业中的专业性控制计算机，所以它的系统设备的构成跟一般的微型计算机大致相似，基本构成涉及到存储器、CPU、电源、输出输入接口、功能模块和通信模块等。

1.3 PLC控制系统的优点

PLC控制系统使用便捷、编程简单；适应性和功能性强；性价比高；硬件配套齐全；可靠性强；抗干扰性强，设计、调试和安装的工作量少；维修起来方便，最关键的是它能利用内部编程软元件换成以前继电器中逻辑控制电路的中间和时间继电器，简化了线路控制，真正提高了电气设备的控制稳定性和安全性。

2.PLC控制系统在电气设备中的设计

电气设备当中的PLC控制系统设计主要涉及到以下几方面：

2.1评估控制任务

进行电气设备PLC控制系统的设计，首先的工作就是评估任务，看该设备能否应用PLC控制系统和PLC控制系统的分级控制和分散控制运行方式。在评估PLC控制任务时，应重视下列几个方面：

PLC系统在应用的过程中要注意可靠性要求、规模大小、工艺复杂程度和数据处理速度的相关情况。

2.2选择适当的机型

PLC机是整个控制系统中的核心部件。所以，在设计电气设备的PLC系统时，应该选择合适的PLC机型，以便切实提高PLC控制系统在各项经济指标和技术指标上的水平。一般而言，在选择PLC控制系统机型时要注意以下内容：

优选合适的机器型号、合适的容量大小、配套的输入和输出电源模块。

2.3确定l/0的点数

设计人员在确定I/0模块点数和种类时，要结合系统设计统计输入、输出的数量级种类，还应全面分析控制对象跟PLC之间的信号性质、信号关系等等，进而合理估算PLC控制系统中的用户存储器容量。

2.4 PLC控制系统的设计

PLC控制系统完整的设计主要包括软件系统设计和硬件系统设计两个部分。软件系统设计是指RCPLC控制系统程序的编写，PLC程序主要包括主程序、子程序和中断程序等，被运用在电气设备的软硬件中；而对于硬件系统设计来说，一般有抗干扰措施的设计、电气设备控制元件的选用以及电气设备控制系统设计等。

PLC控制系统的软件设计：PLC控制系统的软件设计并没有固定的方法，也没有捷径可走，只能依靠编程人员自身的能力和经验。所以，要做好编程，编程人员应该具备较强的个人能力和经验。但是PLC的软件设计还是有基本的设计方法，主要包括流程图法、逻辑代数法以及功能图法等。PLC程序设计的一般步骤主要包括：第一步确定控制系统的启动条件、关断条件等；第二步是判断控制程序中的输出对象是否存在启动或者关断的制约条件；第三步是输出对象按照标准方程进行编程。无制约条件时，使用方程；有制约条件时，使用方程；然后将已知条件代入，设计出程序的梯形图；最后是对所编写程序的检查修改。还需要引以注意的是，一般的控制系统设计的编程方式最好采用梯形图，因为梯形图相对于语句编程来说更为直观形象。

PLC控制系统的硬件设计：在电气设备的PLC控制系统的硬件设计过程中，最核心的就是电气设备的控制系统设计，其用于控制整个电气设备的硬件运行。电气设备的控制系统设计的好坏与否对于电气设备能否正常使用具有十分重要的影响；电气设备中的抗干扰措施设计主要是用于提高控制系统软硬件工作的稳定性以及对外界环境影响的适应能力。一般的PLC抗干扰设计包括三个部分，一个部分是电源的抗干扰设计，主要是为了控制电网的干扰。另一个部分是输入输出的抗干扰设计，主要是为了控制输入输出的电流干扰。最后一部分是外部配线的抗干扰设计，主要是为了防止外部配线之间的干扰；元件的选用在硬件设计中也占据非常重要的位置，如果选用的元件不合适，对于整个控制系统的硬件设计影响很大。

2.5 PLC控制系统的调试

PLC控制系统的调试有两个部分的调试，首先是模拟调试，然后才能在模拟调试正常的条件下完成联机调试。

2.5.1模拟调试

在进行硬件模拟调试之前必须将控制系统与主电源断开，以此将硬件独立出来进行模拟调试。在模拟调试过程中，软件部分的调试主要是利用各种输入控制和观察信号指示灯的变化来实现的，即使用开关、电位表以及万用表等模拟输入信号，在观察PLC的输出逻辑关系来验证软件部分能否正常运作。如果模拟测试软件部分出现了逻辑错误，要反复修改测试，直至输出逻辑正确的位置。

2.5.2联机调试

在模拟调试合格的前提下，就可以进行系统的联机调试了。联机调试是为了测试PLC控制系统软件和硬件之间的兼容性，即将模拟测试合格的软件程序载入到PLC控制电路之中进行实际情况下的运行。如果联机调试结果不符合预期的要求，则要重新调试和修改控制系统，直至达到相关要求为止。

3.PLC控制系统在电气设备中的应用

PLC控制系统在电气设备当中的应用主要包括以下内容：

3.1选择合适的机型和功能模板

首先应考虑机型运行的可靠性及功能；其次还要考虑控制系统的类型。在选择机型时，除了要满足确定的要求外，还应留有一定的余量，以便调试和扩展。

3.2选择I/0（输入/输出）点数

第一步，确定I/0点数。要考虑未来扩充和备用（典型10%～20%备用）的需要。第二步，离散输入输出。标准的输入/输出接口可用于从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制开关设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号，典型的交流输入输出量程为24～240V，直流输入输出为5～240V。若输入输出设备由不同电源供电，应当有带隔离公共线路。第三步，模拟输入输出。模拟输入输出接口是用来感知传感器产生信号的，这些接口测量流量、温度和压力的数量值，并用于控制电压或电流输出设备，典型接口量程为-10～410V、0～+10V、4～20mA或10～50mA。第四步，特殊功能输入输出。在选择一个PIE时，用户可能会面临着需要一些特殊类型的且不能用标准I/0实现的f/0限定（如定位、快速输入、频率等）的情况，用户应当考虑商家是否提供一些特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。第五步。智能式输入输出。模块本身带有处理器，对输入或输出信号作预先规定的处理，将其处理结果送入中央处理机或直接输出，这样可提高PLC的处理速度和节省存贮器的容量。智能式输入输出模块有：高速计数器、凸轮模拟器、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器及RS―232/422接口模块等。

3.3选择电源

通常情况下，在选择电源时，要着重考虑电流的输出情况，即确保电源额定的输出电流大干I/0模块、处理器模块以及专用模块等所消耗的电流总和。

3.4设计系统控制的元器件

在设计系统控制的元器件时，主要包括的内容有：设计系统的初始化程序；分配存储器的空间；编制各功能的子程序；确定专用存储器；设计其他辅助程序以及故障应急措施等等。

3.5系统的接线和安装

即将控制系统中的PLC、接触器、熔断器以及转换开关等装置在同一块配线板上面。并按照PLC系统的接线图进行相应的安装。

3.6调试控制系统

在进行PLC控制系统的调试工作时，要着重进行对其软件进行调试工作。

3.7试运行控制系统

对PLC控制系统调试完成后，就可以进入系统的试运行阶段。在这期间，设计人员要密切的观察和注视PLC控制系统的全部运行情况，当遇到相应问题时，要及时的进行停机处理，并认真的分析问题产生的原因，进而运用正确的措施进行解决。■

【参考文献】

[1]张明辉.电气设备的控制系统设计与应用[J].科技传播，2012（5）.

[2]姜仲秋.电气设备PLC控制系统的设计与应用[J].金陵科技学院学报，20l2（3）.

[3]熊建伟.PLC控制系统在电气设备中的设计与应用[J].华章，20l0（36）.