浅析PLC控制系统的构成及其设计

(整期优先)网络出版时间:2009-04-14
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浅析PLC控制系统的构成及其设计

赵亮

关键词:PLC系统特点要求设计

1PLC系统特点

第一,可靠性高、抗干扰能力强,平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二,编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式,很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等,进一步简化了编程。第三,设计安装容易,维护工作量少。第四,适用于恶劣的工业环境,采用封装的方式,适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五,与外部设备连接方便,采用统一接线方式的可拆装的活动端子排,提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六,功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。

在应用PLC系统设计时,应遵循以下的基本原则,才能保证系统工作的稳定。①最大限度地满足被控对象的控制要求;②系统结构力求简单;③系统工作要稳定、可靠;④控制系统能方便的进行功能扩展、升级;⑤人机界面友好。

这里,为了实现能源的充分利用和生产的需要,需要对电机进行转速调节,考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性,采用ABB公司的ABBACS800变频器,系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法,大量采用代码重用,减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。

2PLC系统控制要求

2.1系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化;

2.2要求用户能够远程控制变频器的启动和停止;

2.3用户可自行设置水位的高低,以控制变频器的起停;

2.4变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上;

2.5具有水位过高、过低报警和提示用户功能;

3PLC控制系统的设计

PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

3.1PLC控制系统的硬件设计硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节,这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

3.1.1PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V,适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术,即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地,次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地,以减小高低频脉冲干扰。PLC输入电路电源一般应采用DC24V,同时其带负载时要注意容量,并作好防短路措施,这对系统供电安全和PLC安全至关重要,因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行,一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍,PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝,防止短路。

3.1.2PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求,各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出,它适应于高频动作,并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下,应首选继电器输出,采用这种方法,输出电路的设计简单,抗干扰和带负载能力强。如果PLC输出带电磁线圈等感性负载,负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击,为此,对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管,对交流感性负载应并接浪涌吸收电路,可有效保护PLC。当PLC扫描频率为10次/min以下时,既可以采用继电器输出方式,也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR),再驱动负载。对于两个重要输出量,不仅在PLC内部互锁,建议在PLC外部也进行硬件上的互锁,以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

3.1.3PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展,晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛,这带来了交流电网的污染,也给控制系统带来了许多干扰问题,防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。

3.2PLC控制系统的软件设计在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图,这是PLC应用的最关键的问题,程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中,良好的软件设计思想是关键,优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

3.2.1PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同,可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程,也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想,基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块,分别编写和调试,最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想,因为各模块具有相对独立性,相互连接关系简单,程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

3.2.2PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配,依据生产流水线从前至后,I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址,以利于维护。定时器、计数器要统一编号,不可重复使用同一编号,以确保PLC工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位),也要统一编号,进行分配。

在地址分配完成后,应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

彼此有关的输出器件,如电机的正/反转等,其输出地址应连续安排,如Q2.0/Q2.1等。

3.2.3PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了,易于编程输入,少占内存,减少扫描时间,这是PLC编程必须遵循的原则。

4PLC设计的几点技巧

PLC各种触点可以多次重复使用,无需用复杂的程序来减少触点使用次数。同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出,双线圈输出容易引起误动作,在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出,可以采用置位和复位操作(以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0)。如果要使PLC多个输出为固定值1(常闭),可以采用字传送指令完成,例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1,可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。对于非重要设备,可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端,或者通过PLC编程来减少I/O点数,节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止,就可以采用二分频来实现。模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块,正反转点动封装成为一个模块,在PLC程序中我们可以重复调用该模块,不但减少编程量,而且减少内存占用量,有利于大型PLC程序的编制。PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程,要想做到熟练自如,需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结,在实际应用中具有良好的效果。