plc控制系统在工业中的应用

plc控制系统在工业中的应用

0控制装置的应用领域编程逻辑器（lc）被称为算术逻辑器。它是一种基于微控制器的通用工业控制装置，广泛应用于各种设备和生产过程的自动控制装置中。它的应用包括开关逻辑控制、运动控制、封闭过程控制、通信网络等场合。笔者在某大型液压设备控制系统的设计过程中采用S7-300系列PLC构建控制系统。该系统要对现场84个I/O点进行数据采集监控,与电机保护控制器3UF5进行Profibus-DP总线通讯,与远端监控计算机进行RS422实时通讯并可实现PID控制等复杂算法。1台交流异步电动机进行PLC控制系统设计,首先要对控制对象进行分析,了解控制对象,明确控制任务。通过分析得液压系统参数如表1所示。液压设备中共有15台交流异步电动机,主要用来拖动泵类负载。系统中配有各种位移、压力、温度传感器以监测相应物理量的变化,比例电磁阀接收4~20mA控制信号以调整阀门开度,行程开关监测各手动阀门的开关状态,电磁继电器控制电磁阀动作。3UF5是一种基于Profibus-DP现场总线的新型电机保护控制装置,系统采用3UF5实现电动机的启停控制和故障保护,一台电动机需要配置一台3UF5,故系统中设计有15台3UF5。2接口设计及结果分析系统接口设计,是根据系统I/O点数,选择合理的接口模块点数。PLC生产厂家在生产接口模块时其点数是系列化的,常见点数有2点、4点、8点、16点、32点。这样在系统接口模块总点数的选取时需遵守以下原则:从系统的可扩展性和成本两方面考虑,若系统有扩展性要求,可适当增加点数留有余量,若系统无扩展性要求且增加点数会带来系统成本上升时,可以不保留余量。接口设计满足以下公式:总点数=模块点数×模块数量=系统点数+余量(1)由公式(1)可得表2所示结果。为了达到较好的点数匹配,系统选择了一个4输入/2输出模拟量集成模块,实现模拟量的信号传输。选择集成模块是平衡扩展性与成本的有效方法。3plc与3uf5通讯在本控制系统中,通讯任务有两类:一是PLC与15台3UF5设备完成信息交互,实现电动机的启停控制和故障保护;二是PLC与远程监控计算机实现信息交互,完成计算机对PLC控制系统运行状况的监控。PLC与3UF5通过Profibus-DP现场总线实现网络通信。PLC与计算机距离较远(大于50m),且为点对点通讯,故采用RS422通讯方式,满足通讯的可靠性和实时性要求。实现方法为PLC端的通讯模块选用CP340-RS422/485,监控计算机端采用RS422通讯板卡实现双方的通讯。系统通讯体系图如图1所示。4plc控制系统系统组态即使用组态软件最终完成PLC控制系统的硬件配置并编译成组态信息下载到PLC存储器中。S7-300PLC的组态软件为STEP7。在系统组态之前还要解决两大问题:PLC电源功率和PLC的CPU型号。PLC的电源功率主要考虑各PLC模块和二线制传感器的功率需要。在本系统中二线制传感器共15个,合计功率7.2W,PLC模块合计功率约38W,PLC系统总功率为45.2W,故在S7-300PLC系列电源模块中选择24VDC/5A电源。PLC的CPU选择从通讯方式和运算能力两方面考虑,选择可进行Profibus-DP总线通讯的高性能CPU315-2DP。系统组态如图2所示。PLC控制系统模块共计12个,分布在两个安装槽架上,通过扩展模块IM365实现两部分的信息连接。该PLC控制系统模块由电源模块、CPU模块、扩展模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块所组成。组态详细信息见表3所示。5pid运算模块PLC程序设计包括程序流程设计和用户程序编写两大部分。由于PLC采用循环扫描的工作方式运行程序,笔者采用了顺序结构和选择结构相结合的方式设计程序流程,程序流程图如图3所示。用户程序任务细分可得两大类任务:全局任务和过程任务。全局任务(例如:数据处理、实时通讯等),在每次PLC程序扫描时都要执行,因此应将这类任务采用顺序结构串入程序流程中。过程任务(例如PID控制、过程控制、故障诊断等),只需在特定过程中执行,应采用选择结构并入程序流程中,根据系统执行进程,选择相应的任务执行。S7-300系列PLC的编程软件为STEP7,其支持国际标准IEC6-1131/3,提供以下五种编程语言:SFC(顺序功能图)、LD(梯形图)、FBD(功能块)、SCL(结构化文本)、STL(指令表)。其中前三种为图形化编程语言,后两种为文本式编程语言。对于编程语言的选择,若系统没有复杂的数学运算可以使用图形化的编程语言,其结构清晰、编程简单。若系统需要复杂计算,可使用SCL语言,其类PASCAL的语法规则使数学运算编程十分简洁。若对系统结构认识十分深刻,编程非常熟练,可以采用STL语言,其相当于汇编语言,可以实现一些用高级语言无法实现的功能。本系统需要实现PID运算,所以选择SCL(结构化文本)作为编程语言,其实现顺序结构和选择结构的用户程序代码如下:DataProcessing();//数据处理子程序Communication();//数据通讯子程序CASETaskNUMOF//根据任务号调用相应子程序1:PIDControl();//PID控制子程序2:ProcessCtrl();//过程控制子程序……9:FaultDiagnosis();//故障诊断子程序ELSE:;//空闲操作END_CASE;6plc：数据控制系统为检验程序功能能否正确实现,需要对PLC控制系统进行调试。PLC系统的调试分为硬件调试和软件调试两类,如图4所示。硬件调试主要检查PLC能否正确读入信息和输出控制信号,若PLC输入输出存在问题,则应检查线路连接是否正确,电控元件是否有故障,是否采取了必要的抗干扰措施。经过多次调试直到PLC输入输出完全正常。软件调试主要检查程序功能是否正确实现,使用STEP7可实现三种软件调试方法:变量表、在线编程状态调试和软件仿真。在本PLC系统的软件调试中,笔者使用了变量表和软件仿真功能,变量表可以在线监视过程变量以检查该变量值是否正确,软件仿真可检查程序逻辑是否准确无误,最终保证系统功能的可靠实现。7干扰锣鼓系统在PLC控制系统设计过程中抗干扰是一个关键问题,其关系到系统运行的可靠性。现结合实际经验介绍几点抗干扰措施。(1)模拟量元件电源电磁阀、行程开关等数字量元件应采用开关电源供电;传感器等模拟量元件应采用线性电源供电,两者不可共用一个电源。开关电源具有很高的输出噪声和波纹,若对模拟量元件供电将会产生很大干扰,而线性电源效率低、体积大,若为开关元件供电不经济。(2)注意动力线与控制线的间距采用屏蔽线可有效避免辐射电磁干扰,由于动力线周围具有较强的电磁辐射,信号线应避免靠近动力线,在实际敷设电缆时,动力线与控制线应从有一定间距的地沟中分别走线。(3)硬件滤波应选用具有较好的硬件滤波电路的PLC接口模块,此外软件上也可采用平均值法等算法对测量信号进行处理,滤除干扰信号。(4)良好的融合PLC控制系统应采用单点接地方式接地,且不与动力电系统共地。8系统结构的设计PLC控制系统设计由控制对象分析、系统接口设计、通讯系统设计、系统组态、PLC程序设计与调试等部分组成。