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摘要：PLC技术和PLC自动化控制系统的优化设计是当前工业发展的趋势。为了实现这一技术的进步和完善，必须将产业结合起来，对PLC自动化控制系统进行分析，并对应用程序的运行进行有效的改进，从而深化输入电路和输出电路及抗干扰技术，避免故障的影响。
关键词：PLC自动化控制系统；优化设计；应用
前言
对自动化控制系统进行优化，从而提高了工作效率，降低了生产成本，同时也给企业带来经济效益。但是对自动化控制系统进行优化时，一定要遵守相关的优化设计准则，从满足被控制对象的工作需求出发，结合自动化控制系统的功能和应用环境，从而达到优化自动化控制系统的目的。
1 PLC的工作原理
1.1基本结构
PLC可编程逻辑控制器的基本结构，由宏单元、可编程连线、输入输出模块（I/O控制块）三部分构成。宏单元是PLC技术的基本模块，相当于CPU，实现控制器最基本的逻辑功能。可编程连线在宏单元之间发挥信息传递的功能，I/O控制模块负责扫描输入、输出的电气特性。
1.2工作方式
可编程逻辑控制器的工作方式，一般有两种工作状态：运行状态和停止状态。在运行状态时，控制器通过不断地执行程序来实现需要的功能，直至到停止状态。其工作过程主要分为以下四个阶段：
（1）内部处理阶段：主要进行可编程序控制器的检查；检查内容包括内部硬件功能和运行正常与否，同时能够将监控定时器复位。
（2）通信服务阶段：控制器需要与其它智能装置进行互相通信，以便对编程器键入的命令进行响应，同时更新其显示内容。
（3）输入输出处理阶段：控制器把所有外部输入电路的接通断状态读入输入映像寄存器。
（4）程序执行阶段：输入映像寄存器的状态一般不会随外部输入信号的改变而发生改变，因此，当输入信号变化时，新的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
2 PLC自动化控制系统的优势
2.1 程序编写语言难度较小
PLC计算语言比较简单，学习难度较小；一般包括逻辑图、简单语句模块。语句模块使得部分工作人员虽然没有相应的程序编写经验，也可以深入学习和理解PLC计算语言，并能够简单控制PLC自动化控制系统。同时，在PLC自动化控制系统运行过程中，技术人员能够随时调整给定信号，结合各种调试问题，针对性的对控制系统进行修改和完善。
2.2具有丰富的功能和较高的安全性
传统的控制系统，工业生产过程中很容易出现安全事故；其主要原因在于系统不具备足够的可操控系数，导致有接触不良的问题出现。而PLC自动化技术则将继电器硬件发展为了软件，这样事故发生几率就得到了大大降低；且其具有十分完善的功能，不同规模下的工业生产领域皆可适用，并能够向云数据端实时传输数据，通过分析处理数据，优化工业生产流程。
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3 PLC技术在自动化控制中的实践
3.1基于PLC的矿井通风机自动化控制系统设计
本文将矿山企业常用的主扇风机自动监控系统作为研究对象，对基于PLC实现的自动化控制应用进行分析。在矿山通风系统中，其自动化控制需要涉及到两个方面：通风机变电站的控制以及通风机各项参数的控制。具体而言，基于PLC的自动化控制系统，不仅需要控制通风机的风速、压力、电流、电压、温度等参数，还需要具备通风机风门的启动/停止控制功能以及故障诊断功能。因此，基于PLC的矿井通风机自动化控制系统的设计与实现要点如下：
（1）控制系统的整体架构设计。具体的控制流程如下：变频技术主要负责主扇风机的调速，PLC会根据主扇风机的运转速度进行电动机运行台数的控制，从而实现整个通风系统的闭环控制。与此同时，还需要在主扇风机附近安装相应的传感器，用于监测主扇风机的运行状态。传感器采集到的主扇风机运行参数会被传输到PLC控制系统中，PLC会对接收到的数据进行计算与分析，从而制定相应的控制策略。矿井通风自动化控制系统包括PLC、变频器、速度传感器以及数模转换模块等部分。通常情况下，自动化控制系统通过1台变频器对多个主扇风机的控制，实现主扇风机的循环运行，并将PLC作为中心控制器，通过对主扇风机的运行速度和反馈速度的有效控制，实现通风系统的闭环控制调节。
（2）控制系统的PLC数据信号分析。在矿井通风机自动化控制系统开启后，主扇风机附近安装的速度传感器会采集主扇风机当下的运行速度，并将采集到的速度信号转变为相应的电信号，通常是4~20mA的模拟电流信号；模拟电流信号将会传输到PLC中，作为主扇风机的实际速度值，PLC会将实际速度值和控制系统中预先设定的主扇风机给定速度值进行对比，并结合其他传感器传输的数据信息，采用PID算法进行控制量的计算，从而输出对应的4~20mA的控制信号；控制信号将会传输到变频器中，变频器按照控制信号的数值，对电动机进行调节，控制具体的主扇风机的运行数量，以此实现矿井通风机的自动化控制。
3.2基于PLC的矿井通风机自动化控制系统的实现
在上述设计流程下，技术人员可以根据矿井通风机自动化控制系统的实际需求，进行硬件设施及软件设施的配置，保障自动化控制系统的有效运行。一般来说，PLC软件设施主要包括系统程序和用户程序两部分。系统程序主要包括监控程序以及编译程序等内容，实现对系统的故障诊断。但需要注意的是，系统程序是由PLC生产厂家直接安装于EPROM中，不可以由现场操作人员进行人工干预。用户程序主要是指工作人员控制PLC控制系统的应用程序。在实际的矿井通风机自动化制系统的运行过程中，PLC仅能够识别输入的数字信号，但是主扇风机安装的传感器采集信号为4~20mA的电流模拟信号，这就要求应用D/A以及A/D转换模块，将模拟信号转变为具体的数字信号。在实践应用中，技术人员选择西门子STEP7的标准功能模块FC105（SCALE）作为转换模块，保障控制系统各种数据信号的有效转换。与此同时，在矿井通风机的运行过程中，自动化控制系统也会出现故障。因此，技术人员需要在自动化控制系统中添加故障诊断功能。一般来说，自动化控制系统最常出现的是传感器故障，技术人员需要根据主扇风机安装传感器的实际状况，设定传感器参数的正常范围，一旦故障诊断程序发现传感器的参数超过正常范围，PLC将会启动子程序，对传感器的各项参数进行扫描诊断，从而分析传感器是否出现故障。故障诊断子程序主要是将传感器的实际运行参数和自动化控制系统所允许的最大数值进行比较，如果实际运行参数接近或者超过最大数值，就表明传感器出现故障。在上述基于PLC的矿井通风机自动化控制系统的设计实现后，将其用于矿山企业的实际生产中，可以有效提升控制效果；一方面不仅能够降低操作人员的工作强度，另一方面还可以避免人为因素对矿井通风机的影响，有效避免了误操作和乱操作的现象，值得推广应用。
结束语
社会经济的发展需要科技不断的发展，PLC自动化控制系统在工业生产中的应用越来越广泛，在实际应用中，还应该避免电磁干扰情况，对PLC自动化控制系统进行优化，符合生产的需要，专业人员应该根据PLC在实际应用中存在的问题，不断优化系统，设计完善的运行方案。
参考文献：
[1]朱明伟.PLC自动化控制系统优化设计探究[J]信息通信,2016(09).
[2]薛建斌.电气设备PLC控制系统的设计与应用[J].科技展望,2016(34).
论文作者:赵磊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
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