基于PLC的实验室控制系统设计

摘 要 随着PLC在工业控制中的广泛使用，其方便快捷的控制方式和稳定可靠的运行性能在实验室的控制系统使用也越来越多，本文从实验室PLC控制系统设备选型、PLC编程工具、WinCC组态软件以及控制系统硬软件的设计等四个方面简单介绍了实验室PLC 控制系统设计的相关内容。

【关键词】PLC 控制系统 组态软件 系统设计

可编程序控制器（以下简称PLC）是在程序控制器和微机控制器的基础上发展起来的微机技术和继电器常规控制概念相结合的一种计算机系统，比一般计算机具有更强的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本装置。PLC融合了计算机技术、即时通信技术以及继电器控制技术等，使其具备了很高的操作灵活性尤其是运行可靠性。

PLC依照存储器内部的特定逻辑程序对用户程序和各种工作数据进行接收、处理；对于用户程序当中的各种错误进行诊断并警示；对于系统当中的可编辑存储器、警戒定时器、I/O 接口以及电源设备的工作状态进行检测。通过扫描并接收系统输入设备的各种数据和其他信息，将数据和信息进行读取和逻辑运算再通过控制程序将数据传输给输出装置。

1 明确设计控制系统的功能要求

控制系统设计首先要明确系统需要实现的具体目的和所要完成的目的控制动作。对于一个控制系统，首先应弄清系统中所有控制机构的特征，主要包括被控设备的结构部分以及各个机构的运动、动力特性，以及返回状态信号的显示方式；同时需要考虑各个关键设备控制点模拟量信号的测量和传输路径设计和选择。系统的设计要根据其可能性与可行性对原有设计机构进行优化。在此基础之上，将各个功能要求分别列出，细化各个功能要求到每一个控制参数下。

2 PLC 系统设溲⌒

目前，PLC相关的品种和类型很多，相关产品的编程模式、指令系统、运算性能、设备容量以及系统结构等方面也存在着较大的差异，实验室控制系统作为一类特殊的控制系统，系统设计在部分范围内有别于工业生产领域控制系统的设计方式和方法。为了提高PLC实验室控制系统的应用性能，要在控制精度、运行速度和运算处理等方面考虑合理选择PLC。首先PLC的选择必须满足实验室控制所需要的实际性能为核心，而后参考性能可靠、操作维护简便、性价比高等几个因素择优选择。同时需要为系统的升级预留一定的空间，为了满足日后增加设备的需求，选型时系统应该具有相应的通信接口；实验室控制系统局域网的数据连接的普遍使用，会为将来局域网数据的传输和共享提供极大地便利。

3 PLC输入输出模块的选取

输入输出模块是PLC的主要控制结构，主要分为数字量模块和模拟量模块。PLC输入模块的工作原理是：将现场设备发出的信号转变为PLC可以识别的内部电平信号。输入模块依照电路形式的差异，可以将其分为分隔输入式和汇点输入式，依照电压的差异，可以将其分为直流式和交流式。在选取输入模块时应考虑以下几点因素：供电方式（是外部供电还是内部供电）、隔离方式（是否需要进行隔离以及隔离方式的选择）、传输距离（短距离传输还是长距离传输）以及电压大小。输出模块的工作方式则正好与输入模块的工作方式相反，主要是将PLC内部信号转变为外部设备的控制信号，实现对外部设备的驱动作用。输入输出模块在设计使用时，应该根据元件和模块之间的实际距离来确定工作电压等级；根据信号动作的时间和信号的多少来确定I/O模块的密度；尽量提高门槛电平，以提高PLC控制系统的工作稳定性；在输入端并联适当的电容和电阻，降低输入的总抗阻，同时采用稳压电源，控制好输入端的电流水平；合理确定I/O 的点数。

4 控制系统软件的设计

由于PLC的所有控制功能都是以程序的形式来实现的，因此，PLC 控制系统设计的大量工作都集中在软件程序设计上，即体现在梯形图的设计上。根据系统的控制流程图设计PLC 梯形图程序是整个应用系统设计的核心。常用的编程方法有根据继电器的电路原理图设计PLC 的梯形图，用功能流程图法设计PLC 的梯形图。其中继电器的电路原理图设计方法适用于简单控制系统的程序设计，流程图设计法适用于按条件步进控制系统的程序设计。

5 结束语

PLC具有良好的设备驱动能力和相对丰富的I/O 接口，在实际应用当中根据实验室控制需要针对具体的设备控制进行配置和设计，本文从PLC 系统设备选型、输入输出模块的选取、以及控制系统软件的设计等方面分析了PLC 系统的设计问题，作为实验室控制系统设计的参考。

参考文献

[1]王昭华.浅谈PLC控制系统的软件设计方法[J].计算机光盘软件与应用，2012.

[2]唐银，刘洋.浅谈工业PLC 控制系统设计概述[J].企业导报，2012.

[3]周银华.PLC 控制系统设计探析[J].机电信息，2012.

作者单位

中国航天空气动力技术研究院 北京市丰台区 100074