《装备维修技术》2021年第8期
—127— PLC的工业控制系统的设计与实现 赵永军 （贝加莱工业自化（中国）有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110003） 摘 要：现代高新技术为工业生产注入活力，工业企业为了提高市场竞争力，使用先进的工业控制技术提高生产效率，让工业生产向自动化方向发展。为了更好的开展生产活动，将PLC技术应用在工业控制系统中，本文考虑到PLC控制系统对生产活动开展特有的重要作用，对其进行深入的研讨，介绍PLC技术，在此基础上引出PLC工业控制系统设计与实现方面的内容。 关键词：工业控制系统；PLC技术；系统设计；实现 工业企业为了提高生产效率，满足市场对产品的需求，将PLC技术应用到工业控制系统中，解决传统工业控制无法解决的问题。工业领域正在研究PLC技术和数据库技术、移动互联网等技术的融合方法，希望凭借研究成果促使工业控制技术向自动化方向转型，下面将分析工业控制系统中PLC技术的应用情况。 一、PLC技术概述 可编程逻辑控制器英文名称是Programmable Logic Controller，PLC是其的简称，经过学者长时间研究，加深了对PLC的掌握程度，在此基础上总结PLC概念，一种应用在工业环境中的电子装置，可以根据工作需求数字化设置。PLC应用在工业领域中，借助装置内部的储存器执行指令，完成工业生产任务。PLC应用在工业控制系统中，可以提高工业系统的工作效率，促使系统运行具备安全性、可靠性与实用性，在工业系统中使用PLC，简化系统的架构，大幅度降低维护管理工作的难度，还可以削减无用能源的损耗量，对工业生产活动的进行有不小的帮助[1]。 PLC技术应用在工业控制系统后，可以完成生产活动、工业系统开关量、模拟量的控制工作。另外，PLC技术因为编程容易、可靠性高、安装容易、组态灵活、运行迅捷等优势，所以在互联网通信、数据处理等领域也有不俗的表现，目前很多行业均发现PLC技术的价值，不难判断其拥有非常大的发展潜力[2]。 二、PLC工业控制系统的设计 （一）设计原则 PLC技术应用在工业控制系统中，为达到预期目标必须遵循以下原则： （1）科学性原则：工业控制系统应用PLC技术，考量实际工作需求与被控制对象进行设计，从而可以提高PLC工业控制系统的实施效果，强化系统的控制能力。PLC工业控制系统在设计阶段必须着眼实际状况，勘察生产现场环境，收集与工作需求相关的数据资料，测试电气设备的运行表现，按照工作需求编写系统控制方案[3]。 （2）经济性原则：PLC工业控制系统在设计阶段，必须在保证功能齐全且满足工作需求的前提下，考虑到系统运行成本，控制系统需要为企业带来盈利，所以PLC控制系统设计环节，应该对各环节内容进行优化，控制系统运行消耗的成本，还可以削减系统维护工作的数量，带来经济效益。 （3）安全原则：PLC工业控制系统直接影响到生产活动的运行效果，应该对系统进行合理的设计，还应该在系统投入使用前进行安全测试，结合测试结果进一步优化系统各项参数，提高系统设计的合理性，防止系统在运行期间出现安全问题。 （4）适用性原则：PLC工业控制系统需要满足生产需求，在我国技术与经济高速发展的过程中，PLC工业控制系统需要随着技术发展与生产需求进行调整，优化控制系统，发挥PLC技术的功能特性，合理应用PLC技术，完善控制系统的内容，对系统参数进行适当变动，保证PLC工业控制系统拥有良好的适应性，为工业生产活动的开展提供便利条件。 在科学性、经济性、安全、适用性的原则下设计PLC工业控制系统，按照生产工艺的需求，确定系统硬件的机型、模块数量、电源等参数，选择显示器、控制开关、传感器、继电器等装置。PLC梯形图、流程图是PLC工业控制系统设计必须关注的内容，合理应用PLC梯形图、流程图，对系统进行调试，不断优化系统程序，直至系统可以获得预期设想的运行效果为止。 （二）硬件设计 PLC工业控制系统对监视设备、电气设备、控制设备、通信互联设备、液压设备、机械设备进行设计。电气设备是系统硬件设计的内容之一，将PLC的工业控制系统的设计与实程序安装在控制柜、配电柜与其他外部设备中。设备控制系统在监视器、摄像头、解码器等装置下完成监管任务。生产活动的进行离不开机械设备，其是生产活动进行的执行工具，在机床、传送带、机械手、送料带等装置下发挥生产功能，按照接收的指令运作生产。液压设备在PLC技术下控制液压站、液压缸、液压阀，提高设备运行的效率[4]。 PLC工业控制系统拥有存储器、CPU模块、输入输出单元、电源等硬件。相关硬件缺一不可，在各硬件共同作用下，促使控制系统可以按照程序运行，完成生产任务。CPU是PLC工业控制系统中的重要元件，负责程序的扫描、逻辑运算、储存用户的信息，完成现场生产活动数据采集的任务，记录设备工作状态，还可以诊断系统电路与电源。在控制系统中，内部存储器拥有记忆功能，按照功能将其分为用户存储器与系统程序（包含编译程序、管理程序、监控程序），用户存储器完成系统程序储存任务。另外，电源模块在众多模块中异常重要，为其他模块提供电能，保证系统可以安全、可靠的运行。 （三）软件设计 软件设计是PLC工业控制系统设计的关键内容，其包含PLC程序设计、PC程序设计与界面动画设计等内容。PLC程序设计阶段编写PLC程序，在程序运行下实现数据采集、顺序控制、运算等。对程序进行多次调试，提高PLC程序参数的合理性。主控PC程序设计环节，分析程序是否合理，确定PC主控程序的特征，从实际出发考量程序参数，发现设备与程序间的联系，接着划分PC程序，合理的分配PC主控程序模块，保证各功能模块可以发挥功能效用。界面动画设计，收集生产线活动数据，通过PC动画程序平台模拟生产活动，借助界面PC程序为用户提供状态信息系，同时用户可以利用PC程序对生产线活动进行合理的调整与控制[5]。 三、PLC工业控制系统的实现 在PLC工业控制系统中可以高效、统一的调动独立模块，控制系统在多次调试下，参数得到合理的调整，促使系统在可靠运行的同时可以满足生产活动需求。调试工作进行期间会遭受外界因素的干扰，对硬件形成不小的影响，但是在PLC技术协调下可以将外界因素对硬件形成的不良影响降到最低。除此之外，利用PLC程序初始化控制系统，系统完成初始化后可以继续可靠的运行。控制系统初始化通过设备自检与复位设备实现，正式启动系统，操作人员通过PC界面发出指令，控制生产线。PLC程序应用在生产线中，按照生产需要提供三种运行模式，分别为半自动控制、自动控制与手动控制，在生产活动进行期间按照活动需求灵活的选择生产模式。 结语： 工业行业必须随着时代的发展改变传统工作模式，意识到传统技术无法让工业控制系统满足任务要求的实际状况，为了加快现代工业建设速度，合理的应用现代技术提高工业控制系统的运行效率。在工业控制系统中加入PLC技术，必须在科学性、安全等原则下进行，通过调试优化系统参数，在调整控制与自检等方式下，降低外界因素对控制系统运行形成的影响，提高系统运行的可靠性。 参考文献： [1]刘远.工业机器人控制系统中PLC技术的应用[J].中国新通信,2020,22(03):97-97. [2]王智.工业控制中PLC编程方法探讨[J].科技创新与应用,2020,000(004):144-145,148. [3]陈坤,朱淼.机电一体化生产系统PLC的应用与研究[J].电子世界,2020,589(07):168-169. [4]徐金龙,单伟,余灿.多种PLC数据采集系统的实现[J].软件,2020,479(03):246-249. [5]李阳.关于工业控制系统信息安全的研究[J].信息系统工程,2020,314(02):71-72.
液体混合PLC控制系统设计
液体混合是一种广泛应用的工业制程。为了实现可靠和高效的控制，现代工业中常常采用PLC（可编程逻辑控制器）控制系统。本文将介绍PLC控制液体混合的系统设计。
一、系统功能需求
液体混合的系统功能需求通常包括：液体流量计量、液体掺杂比例控制、液体混合搅拌等。在系统设计过程中，应考虑该制程的特殊性需求，例如液体成分、流速以及搅拌程度等。
二、PLC选择
PLC控制系统是液体混合制程中最常用的自动化控制器，因为它拥有很高的控制精度和可靠性。在选择PLC时，应考虑其I/O点数、处理器性能、扩展性、通信口数量和支持的编程软件等因素。
三、系统功能模块
1.流量计量模块。通常采用电磁流量计或者重力流量计，用于测量液体的质量流量，与PLC通讯以获取液体流量数据。
2.比例控制模块。通常采用调节阀或者脉宽调制控制方式，用于控制液体的掺杂比例，比例控制事件可根据PLC内存程序进行设定。
3.搅拌控制模块。通常采用调速电机，用于控制搅拌桨的转速，PLC控制搅拌桨的转速等参数。
四、编程设计
针对系统功能模块，需要进行编程设计。PLC编程可以采用多种编程方式，如Ladder
Diagram（LD）、Function Block Diagram（FBD）、Structured Text（ST）、Instruction
List（IL）等。其中Ladder Diagram是最常使用的一种方式，是一种类似于电路图的编程格式。在设计过程中需要定时存储数据，数据库可以自行搭建或者直接采用PLC内部的存储器。
五、系统控制策略
在液体混合制程中，系统的控制策略应尽量保证其稳定性和精准度。系统控制策略通常包括以下几种方式：
1.滞后控制。在处理液体混合制程时，只有等到液体流动到特定位置时才开始进行搅拌操作，这使得混合不是非常均匀。 2.脉冲控制。通过控制调节阀或者脉宽调制的方式，设置掺杂比例，可以较精确的控制液体混合。
物理与电子工程学院
《PLC原理与应用》
课程设计报告书
设计题目：
PLC控制的物料混合系统
专 业： 自动化
班 级： XXX
学生姓名: XX
学 号: XXXX
指导教师： XXXX
2013年 12 月 16日
2 物理与电子工程学院 课程设计任务书
专业： 自动化 班级： 3班
学生姓名 XX 学号 XX
课程名称 PLC原理与应用 设计题目 基于PLC的物料混合控制的设计
设计目的、主要内容（参数、方法）及要求 设计目的：
1、掌握PLC功能指令的用法
2、掌握PLC控制系统的设计流程
设计主要内容及要求：
1、 1、设计一个物料混合控制程序，具体要求如下:
2、 （1）设计装置由一个物料混合容器、两台进料泵、一台出料泵和一台搅拌机构成。
（2）要求先启动进料泵1，进料完毕后，进料泵1关闭，再启动进料泵2，进料完毕后，进料泵2关闭，搅拌机开始工作，先正转5分钟，然后反转5分钟，搅拌机停止工作，打开出料伐出料。待料出完后，重复上述过程。当按下停止按钮后，如果正在一个循环中，那么等待当前循环结束，即出料完毕后，程序停止运行。
2、 画出实现程序流程图。
3、列出输入、输出端口。
4、写出梯形图程序。
5、调试程序，直至符合设计要求。
工作量 2周时间，每天3学时，共计42学时
进度安排 第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料
第2-3天：学习课程设计中用到的PLC相关知识
第4-5天：根据课程设计的要求画出程序流程图
第6天：列出I/O分配表
第9章 网络综合布线系统设计实例
本章主要是为用户提供一份完整可行的布线系统方案。其内容包括信息点数及点位的确定，电缆、线槽、桥架、管线的敷设方式及规格、型号的选择；最终确定各有关子系统的布线产品型号和数量，然后绘出布线系统图；从而得出材料清单和工程概算。
9.1 网络综合布线工程项目建议书样例
本样例列出了网络综合布线系统的通用结构，可以根据实际的项目大小和内容进行取舍。也可以采用不同的机构以适应特殊的项目要求。
一、 概述
二、 需求分析
三、 建网目标
1. 近期目标
2. 远期目标
四、 参照的标准及建网原则
1. 设计标准
2. 施工及验收标准
3. 建网原则
五、 总体设计
1. 总体设计方案介绍
2. 网络管理设计
3. 网络安全性设计
4. 网络可扩充性设计
六、 网络布线详细设计
1. 建筑群系统布线设计
2. 管理子系统设计
3. 设备间子系统设计
4. 干线子系统设计
5. 配线子系统设计
6. 工作区子系统设计
7. 测试与文档
8. 布线材料的选择
9. 施工材料和设备的选择
七、 技术服务与支持 双页为部分名，没有部分时为书名 2
八、 附录
1. 工程预算清单
2. 设计位介绍
3. 项目设计人员介绍
4. 资格证书
9.2 综合布线施工图设计
9.2.1 设计内容
提供可供施工的图纸，主要由图纸目录、设计说明、设备表、材料表、图例、系统图、楼层平面图、建筑群平面图和供电系统图等组成。
9.2.2 施工图设计要求
施工图设计就是将设计人的设计意图和施工要求以图纸的形式准确的表达出来，用以指示施工人员具体操作安装。施工图设计根据方案设计进行编制，其内容在9.2.1中描述。
施工图设计应满足以下要求：
1．根据图纸，可进行施工和安装；
2．根据图纸，可编制施工图预算；
3．根据图纸，可安排材料、设备订货和非标准设备的制作；
4．根据图纸，可进行工程验收。
9.2.3 系统图
