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摘要：PLC自动化控制系统的设计是循序渐进，多步骤的系统化工程，随着科学技术的进步，电气自动化控制系统也在不断发展，该系统不但提高了工业生产的效率，而且大量节约了人力、财力与物力。该系统主要是以计算机技术为基础，大量应用于自动化生产的工业中。随着计算机技术的快速发展，PLC 自动化控制系统也在不断完善，其地位也在逐渐提高。文章主要介绍了 PLC 技术的主要结构及其各部分所起的作用以及关于 PLC 自动化控制系统优化设计的简要概述。通过对其系统的优化设计，有利于解决长期存在的问题，有利于更好地应用于实践生活中。
关键词：PLC；自动化控制系统；优化设计
前言
PLC是把计算机的技术结合到了自动化的生产过程中的系统，并且发展得非常快，因为计算机技术与微电子技术的促进功能，它的功能也在逐渐地增加，产品的更新速度也不断地加快，已经成了现在自动化生产中不可或缺的系统之一。它应用在很多的工业设备生产与自动化的成产中，是现代最前沿的计算机的控制系统。
一、PLC 控制系统概述
可编程逻辑控制器简称为 PLC，它是集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体的综合性技术，主要应用在工业领域。在工业生产过程中应用 PLC 控制系统，可以通过可编制程序的存储器对内部的存储进行逻辑运算、计数与算术操作、顺序控制、定时等面向用户的指令，之后经过数字式或模拟式输入、输出控制各种工业的机械生产。另外，PLC 控制系统和外围的配套设备是一个完整的体系，设计系统时要本着简单操作、易于控制、便于扩展的原则进行，从而保障该控制系统的使用可以实现工业生产的精准化和高效化。目前随着科学技术的日益成熟，PLC 控制系统在冶金、机械、纺织、化工、食品等多个工业生产领域中得到了广泛的应用，因此应对 PLC 控制系统（如图1）进行更为深入的研究。现代化的 PLC 控制系统应配合工业以太网、网络通信以及大数据等计算机高端技术，向着全自动、高效率、高精度的智能化生产过程控制方向发展。
二、PLC 自动化控制系统的设计
PLC 程序设计的主要目的是实现对生产过程中的所有活动的控制，主要内容为采集数据、控制顺序、处理数据等。PLC 的内部结构包括 CPU 模块、内部存储器、电源模块与输入、输出单元等。
2.1 PLC 控制系统的硬件设计 硬件设计是保障PLC 自动化控制系统安全、可靠运行的关键部分，也是PLC 控制系统设计的重要部分。下面具体对其进行分析。
2.1.1 系统的输入电路设计 在进行 PLC 控制系统输入电路设计时，一般采用DC24V 的输入电源，需要注意的是若电源带有负载就需要关注电源的容量，同时做好电源的短路防护准备工作，这样可以有效地保障系统的安全、稳定运行。此外，一般情况下输入电源的容量是输入功率的两倍以上，在设计时，为了更好地保证电路的安全，还应在电源之处或是恰当位置安装专门的熔丝。另外，由于 AC85-240V 这种供电电源的适应范围较广，应用较多，所以PLC 控制系统输入电源的供电电源电压一般采用的是 AC85-240V。而为了更好的减少外界环境对于电源的干扰，还应在电源上面安装必要的电源净化原件，最主要的有电源滤波器和隔离变压器。而在使用隔离变压器的过程中，我们可以引入双层隔离技术，这样可以通过屏蔽层减少高低频脉冲干扰。
2.1.2 系统的输出电路设计 进行系统的输出电路设计要做好相应的电路设计准备工作，依据企业的生产工艺、技术对输出电路的要求进行设计。输出电路应使用晶体管对不同的指示灯、变频器控制及调速进行输出，晶体管输出更是较高频率的 PLC 控制系统的重要支持，在系统频率较低时企业可以选取继电器为其输出，提升控制系统的负载能力，这样的设计更为简洁方便。另外，对于一些带有输出带电磁线圈的输出电路来说，为了防止浪涌电流的冲击，在设计时应该在直流感性负载的旁边接上续流二极管，以便吸收浪涌电流，从而有效地保护 PLC 控制系统的安全。
2.1.3 系统的抗干扰设计 目前 PLC 控制系统设计的重要内容随着科学技术的发展以及工业自动化程度的加深，变成了如何有效降低外界因素对其的干扰。我们通常采取以下三种方法进行系统的防干扰设计：一是，隔离。系统最直接解决干扰的方式就是隔离。由于原副边绕组之间的分布电容耦合造成 PLC 控制系统的高频率干扰，我们可采用 1：1 的超隔离变压器隔离高频干扰，来实现系统的抗干扰目的；二是布线，分散干扰的重要方式是布线方法，例如把弱电信号线以及原来的强电动力线路进行分开走线，从而达到良好的抗干扰目的；三是屏蔽，阻断干扰源传播的抗干扰方式是屏蔽，因为金属柜能够对静电和磁场起到很好的屏蔽作用，所以可以将 PLC 控制系统直接置于金属柜之中，提高系统的直接抗干扰性能。
2.2 PLC 控制系统的软件设计 PLC 控制系统设计中的另一个重要环节是软件设计，软件设计的具体化表现就是程序的编制，这也是 PLC 控制系统应用的关键部分，同时软件设计是以根据企业的生产过程控制的相关要求，将工艺流程图转换为梯形图为主要任务。PLC 控制系统的程序按结构形式可将程序设计分为模块化程序设计和基本程序设计。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。模块化程序设计是指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，最后组合完成总任务的完整程序。这种设计思想和方法有助于系统软件设计更为简捷和适用。
三、PLC 控制系统的调试与实践
PLC 控制系统设计完成后要对其进行调试和实践，主要包括调试、测试、验收等过程，以此来保障设计的系统可以满足生产工艺的要求。对系统进行模块调试主要是对 PLC 控制系统中的软件系统及硬件设备进行调试，并且综合考虑外界因素对设备的影响，对生产线系统进行初始化设置，确保系统更好地满足生产工艺的需要。将内部程序设计、PC 设计完备后，操作人员通过界面 PC 进行实际操作，完成对生产过程的全面控制。另外工业控制系统生产性能指标包括生产效率、工作时间、工作人数、工作复杂程度、安全程度、灵活程度等，通过这些性能指标对系统进行初步的估测，不断反馈与优化，逐步达到拟定的技术要求。
四、PLC 自动化控制系统未来的发展
随着半导体技术、大规模集成电路技术和通讯技术的发展，以前的PLC只做单机控制，现在很多大型的PLC和传统的PLC融合，不仅能处理逻辑，还能做过程控制，也能实现数据采集等功能。所以今后的PLC将会向大型分布式、网络化、集控化的方向发展。
4.1 PLC的应用会朝网络化、数字化的趋势发展。PLC网络化技术的发展有两个趋势：一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过光缆链接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩展更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。
4.2PLC正向高性能小型化方向发展，PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。现有三菱的FX-IS系列PLC最小型号的体积仅为60×90×75mm，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品，开始具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。也就是说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。
4.3 PLC的操作将向简易化发展。PLC的复杂编程使一些用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。PLC技术正向着网络化、数字化、功能丰富化、操作简易化的方向发展。譬如PLC、HMI、Drive、Servo等。将来用户只用一个软件套件或软件框架，其主要优势是能够一次性处理所有的变量和参数化，不需要进行复杂的映射或协调工作。用户可以一次性定义相关变量，然后可以同时在PLC、HMI和Drive中应用该参数。这种“易用性”的概念还要考虑到工程技术人员的经验丰富程度，经验不太丰富的技术人员可以利用Windows鼠标操作和运行预先定义好的功能块轻松完成编程。而经验丰富和受过良好教育的技术人员如果希望详细优化解决方案，可以利用C语言或BASIC语言等来编写应用程序。
结束语
PLC自动化控制系统的广泛应用证明了其在工业生产中存在的巨大优势，但是当发生电磁干扰等特殊情况时，该系统便有可能出现一系列错误导致工作无法顺利开展。因此，目前从事系统设计的工程师应不断掌握科学技术发展的趋势与方向，掌握PLC自动化控制系统在实际生产中存在的问题，理论与实际相结合设计出更为完善的运行方案。PLC 自动化控制系统属于电子运行系统，具有不可忽视的应用潜力，设计者的设计方案应不断地与工作人员的实践经验相磨合，从整体上提高系统的安全性、稳定性与高效性。对 PLC 自动化控制系统进行优化，符合实际的生产需要，符合现代科技的发展，优化方案将有利于工作人员的管理，有利于扩大该系统的应用领域。
参考文献
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[3]高尚军，高杰.PLC自动化控制优化探析.科技传播，2013.9
[4]王玉铎.PLC 自动化控制系统优化设计探究.中国科技投资.2013.11
论文作者:匡斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/24
标签：控制系统论文; 系统论文; 电源论文; 技术论文; 干扰论文; 自动化控制系统论文; 程序设计论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;