PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置原則與組態(tài)參數(shù)分析

引言

隨著科學(xué)技術(shù)及信息技術(shù)的快速發(fā)展， 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究也越來(lái)越得到人們的關(guān)注。通常情況下，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以分為兩大部分，分別是：控制端以及執(zhí)行端。這兩大部分的功能均可由自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而控制端與其他外界端進(jìn)行執(zhí)行互動(dòng)的連接則可以通過(guò)光通信的方式實(shí)現(xiàn)。本文將重點(diǎn)研究基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置及組態(tài)分析。

1 PLC的原理剖析

1.1 PLC的基本組成

PLC，也就是可編程控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，是繼電器技術(shù)及控制技術(shù)相結(jié)合的重要產(chǎn)物，可以看作是借助于微型處理器而實(shí)現(xiàn)控制功能的終端。PLC的組成與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)非常類(lèi)似，主要涉及到：處理器、存儲(chǔ)設(shè)備、接口以及電源等。其基本組成如圖1所示：

此外，PLC還包括了編程方面的設(shè)備與軟件。

其中，編程設(shè)備是實(shí)現(xiàn)程序編輯以及調(diào)試的重要平臺(tái)，甚至還可以監(jiān)控PLC的參數(shù)狀態(tài)。編程軟件的發(fā)展也是近幾年來(lái)的執(zhí)點(diǎn)，PLC可以為用戶(hù)提供軟件平臺(tái)，用戶(hù)借助于計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)的模式可以實(shí)現(xiàn)編程的共享，甚至還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真。

1.2 PLC的的工作流程

PLC的工作流程是在中央處理器CPU的監(jiān)控下完成的。PLC在供電的情況下，可以循環(huán)地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的各種業(yè)務(wù)。整個(gè)工作流程如下描述：

1）對(duì)PLC進(jìn)行供電以及初始化處理，將PLC內(nèi)部的繼電器等部件進(jìn)行清零操作，將所有定時(shí)器進(jìn)行Resert復(fù)位。同時(shí)，PLC進(jìn)入周期性的自診斷，進(jìn)行相關(guān)的語(yǔ)法檢查，涉及到的部件有：電源、電路以及程序等。

2）PLC進(jìn)入掃描階段， 完成PLC與其他設(shè)備之間的信息交互，并檢查PLC與外界設(shè)備之間的連接狀態(tài)，保證掃描階段與外界設(shè)備之間信息交換的順序完成。并啟動(dòng)用戶(hù)程序，仍然是以?huà)呙璧姆绞竭M(jìn)行某一條語(yǔ)句的按序執(zhí)行，保存執(zhí)行結(jié)果。

3）PLC完成輸入輸出方面的信息處理，將保存的執(zhí)行結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的映像區(qū)， 同時(shí)傳送到外部被控設(shè)備。PLC循環(huán)地掃描，持續(xù)地完成上面的工作流程，直到機(jī)器停止為止。

2 基于P LC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置研究

2.1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置原則

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的最基本的配置原則是：

從粗到細(xì)。當(dāng)某一配置操作完成好后，可以重復(fù)配置，并對(duì)配置進(jìn)行更新，從而實(shí)現(xiàn)不斷完善的配置處理。具體的配置原則如下描述：

1）借助于類(lèi)比法基本確定一下所選擇的產(chǎn)品以及對(duì)應(yīng)的機(jī)型，選擇產(chǎn)品時(shí)應(yīng)該按照可繼承、可發(fā)展的基本原則。

2）計(jì)算模塊數(shù)的時(shí)候應(yīng)該遵循完整性原則，并充分考慮備份的相關(guān)設(shè)置，確定系統(tǒng)的可靠性。

3）PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的投入都要有經(jīng)費(fèi)的支持， 因此經(jīng)濟(jì)可行性原則是選擇配置方案的一個(gè)重要方面，必要的時(shí)候可以選擇一些實(shí)物性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)配置作進(jìn)一步修正處理。

2.2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置方法

1）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸入與輸出點(diǎn)。

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸入可按下式（1）進(jìn)行配置：

其中，PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸入件的個(gè)數(shù)由加以表示；輸入器件的工作狀態(tài)由加以表示，而輸入器件的類(lèi)型個(gè)數(shù)則是由I參數(shù)加以表示。

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸入可按下式（2）進(jìn)行配置：

其中，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出件的個(gè)數(shù)由加以表示；輸出器件的工作狀態(tài)由加以表示，而輸出器件的類(lèi)型個(gè)數(shù)則是由I參數(shù)加以表示。

2）PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的模塊數(shù)。

配置好PLC系統(tǒng)的輸入與輸出點(diǎn)后，還要明確系統(tǒng)的模塊。針對(duì)輸入點(diǎn)，必須確定電壓的不同，主要區(qū)別一下是交流電還是直流電， 電壓信號(hào)之間有沒(méi)有相應(yīng)的隔離條件；針對(duì)輸出點(diǎn)，必須確定輸出的具體模式，主要涉及到：半導(dǎo)體、回路以及繼電器等輸出模式。最后，在確定模塊數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇合適的槽位，并確定對(duì)應(yīng)的機(jī)架數(shù)。

3）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通訊涉及到不同地理位置的控制裝置，因此必須借助于通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的連接與信息的傳遞。通常情況下，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)涉及到三大方面：設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層、控制網(wǎng)絡(luò)層以及信息網(wǎng)絡(luò)層。分別實(shí)現(xiàn)設(shè)備、PLC間以及管理層之間的信息連通。

2.3公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體配置

公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及到的控制設(shè)備較多，安裝點(diǎn)也不太集中。從成本以及可靠性的角度進(jìn)行考慮的話(huà)，公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以配置兩個(gè)遠(yuǎn)程終端柜以及兩個(gè)操作平臺(tái)。系統(tǒng)相關(guān)的變頻器可以統(tǒng)計(jì)安裝在PLC室。兩個(gè)遠(yuǎn)程終端柜中的一個(gè)可以直接安裝在液壓站，完成相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)處理；另一個(gè)可以安裝在切割站，完成設(shè)備的控制處理。在整個(gè)工作的過(guò)程中，可以借用于DNB模塊，實(shí)現(xiàn)PLC編輯器的數(shù)值讀取以及反饋。

公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 公用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)

圖2中的輸入輸出柜可以借助于ControlNet的模式完成與變頻設(shè)備之間的通訊，采用分布式的連接布局，可以有效減少了拉線、安裝等相關(guān)的費(fèi)用，也很好地提升了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠及穩(wěn)定性。通過(guò)PLC對(duì)變頻設(shè)備的有效控制，實(shí)現(xiàn)了利用一根電纜就可以完成，從而避免安裝復(fù)雜的外部連接線， 簡(jiǎn)化r變頻設(shè)備的線路連接，也在一定程度上減少了變頻設(shè)備可能發(fā)生故障的機(jī)率。此外，變頻設(shè)備的共同穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，通訊網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)以及信息數(shù)據(jù)的讀取與反饋，并能夠很好地實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用。

3 基于P LC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組態(tài)分析

3.1組態(tài)的基本內(nèi)容

組態(tài)是PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的模擬，是把中央處理器、模塊以及電源等相關(guān)器件進(jìn)行安裝，同時(shí)設(shè)置并修改模塊參數(shù)的一個(gè)過(guò)程。如果用戶(hù)提出修改的請(qǐng)求，則應(yīng)該對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，或者通過(guò)外設(shè)與主站進(jìn)行連接，這個(gè)時(shí)候就要進(jìn)行組態(tài)的操作。

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，機(jī)架主要涉及到主機(jī)架以及擴(kuò)展機(jī)架的組態(tài)，而且機(jī)架的配置應(yīng)該遵循一定的規(guī)范，規(guī)定哪些槽位安裝電源、哪些槽位安裝中央處理器，哪些槽位安裝接口模塊等等。其中，主機(jī)架的組態(tài)必須嚴(yán)格按照分布狀態(tài)進(jìn)行配置，而擴(kuò)展機(jī)架可以按照網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程柜以及變頻器件這三大類(lèi)組態(tài)進(jìn)行分析。首先要明確擴(kuò)展機(jī)架的安裝位置，其次按照組態(tài)原則進(jìn)行模塊的添加。

3.2模塊組態(tài)的參數(shù)分析

模塊組態(tài)的參數(shù)涉及到：模塊的名稱(chēng)、機(jī)架安排號(hào)以及組態(tài)匹配模式等。針對(duì)模擬信號(hào)的I／0，PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組態(tài)處理應(yīng)該嚴(yán)重根據(jù)被測(cè)量數(shù)值，對(duì)一些重要參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定， 比如：信號(hào)的類(lèi)型、偏移數(shù)值以及過(guò)濾時(shí)間等等。這個(gè)標(biāo)定主要是為了實(shí)現(xiàn)組態(tài)轉(zhuǎn)換后的數(shù)值設(shè)定。

如果標(biāo)定的數(shù)值使能時(shí)，那么相關(guān)器件將會(huì)把模塊數(shù)值根據(jù)一定的比例實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，從而完成器件上限與下限之間的轉(zhuǎn)化。如果器件設(shè)置了一定的過(guò)濾時(shí)間，那么PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中央處理器就在系統(tǒng)循環(huán)掃描周期前獲取模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)的輸入?yún)?shù)值，可以直接將該輸入?yún)?shù)值作為系統(tǒng)采樣的一個(gè)平均數(shù)值。如器果PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)并沒(méi)有設(shè)定相關(guān)的過(guò)濾參數(shù)，那么中央處理器將不會(huì)在循環(huán)掃描周期前獲取模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)的輸入?yún)?shù)值，而是直接在用戶(hù)對(duì)通道進(jìn)行訪問(wèn)操作時(shí)，獲取當(dāng)前的輸入?yún)?shù)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅可以代替一些繼電系統(tǒng)，而且可以使硬件軟化，提高控制系統(tǒng)的靈活性與穩(wěn)定性，甚至還具有調(diào)節(jié)、通訊以及聯(lián)網(wǎng)的功能，可以看作是控制系統(tǒng)的一個(gè)有利系統(tǒng)。而且以PLC為核心的其他控制系統(tǒng)也得到了越來(lái)越多人的關(guān)注，包括集散控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等，相信在不久的將來(lái)，基于PLC的各類(lèi)控制系統(tǒng)將得到越來(lái)越廣泛的研究與應(yīng)用。