可编程序控制器(PLC)及技术初探
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摘要：随着时代发展，21世纪已进入了崭新工业控制领域，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，主要是由于在最初其采用计算机的设计思想和适应各种现场应用，随着电子事业的飞速发展，PLC已经可以在各个领域去适应不同的客户要求。本文就PLC的特点、工作过程和抗干扰技术做一定探讨。
关键词：可编程序控制器PLC技术
引言：
可编程序控制器（PLC）主要以计算机的微处理器为基础，综合计算机的应用技术、通讯技术以及自动控制技术而发展起来的一种通用控制器。PLC将电气、仪表、控制这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，是实现机电一体化的理想控制设备。随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业，日益跃居现代工业自动化三大支柱(PLC,ROBOT,CAD/CAM)的主导地位。
一、PLC的特点
(1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。
(2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
(3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
二、可编程序控制（PLC）的基本工作过程
PLC及相关外围设备的设计原则应满足“与工业控制系统为一个整体、方便功能扩展”，所有的电气控制系统的实现都是根据工艺要求，最终提高生产效率及产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的基本要求，并对实际工作现场进行研究、收集资料，并实现设计人员与操作人员的密切配合，共同拟定可操作方案，对可能潜在的问题进行共同分析、共同解决。并在满足各方控制要求的前提下，考虑控制系统的简单性与经济性，方便后期的使用及维修，并确保电气控制的安全性、稳定性。PLC在电气控制中的基本工作过程为：
（1）现场信息的输入：在系统软件的控制下，按照顺序对输入点进行扫描，并读取输入点的状态。
（2）程序的执行：对用户程序中的指令按顺序扫描，并根据输入的状态及指令进行逻辑性运算。
(3）控制信号的输出：根据以上逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各个输出点同时发出相应的信号，以实现所需的逻辑控制功能。
以上过程完成后，再重新开始，并反复执行，每执行一次即完成一个扫描周期。 在实际应用时，很多机械设备的工作流程可分为一系列不断重复的顺序动作，而PLC的工作程序恰与其相似，因此PLC程序能很好地与机器动作相对应，且程序的编制简单、直观，易于修改，减少了开发软件的费用，并缩短软件开发周期。
三、影响PLC控制系统稳定的干扰因素及对策分析
1、影响PLC控制系统稳定的干扰因素
PLC作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置。因为其本身的高可靠性，它的应用场合越来越广，环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。在PLC控制系统中，就PLC本身来说，其薄弱环节在I/O端口。来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的祸合、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。研究影响PLC控制系统的干扰因素，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用
2、抗干扰的技术对策分析
为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是主要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。软件抗干扰技术作为硬件措施的辅助手段，减少随机性信号的干扰，其设计简单、修改灵活、耗费资源少，在PLC测控系统中同样获得了广泛的应用。
2.1硬件抗干扰对策
2.1.1电源系统引入的干扰对策
电网的干扰、频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。
(1)加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统
滤波器可抑制干扰信号从电源线传导到系统中。使用隔离变压器，屏蔽层要良好接地；次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。开头稳压电源可抑制电网大容量设备起停引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压。
(2)分离供电系统
PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。
2.1.2外部配线的抗干扰设计
外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生窜扰。为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆。集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线，要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，而在控制器侧要接地。配线时在30m以下的短距离，直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆，如果要走同一配线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。30～300m距离的配线时，直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300m以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。
2.2软件抗干扰措施
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。
(1)信号保护和恢复：当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作。
(2)故障诊断：系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理。
(3)加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序。
(4)设置警戒时钟WDT：如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
四、PLC还能设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中应设计3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位／灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
五、总结语
21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献：
【1】于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.
【2】徐科军.自动检测和仪表的共性技术[M].北京:清华人学出版社,2000.
【3】孙同景.可编程序控制器(PLC)应用技术[M].济南：山东科学技术出版社，2007，06.
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