PLC控制系统的硬件设计

PLC控制系统在工业控制中的选型、设计与调试

【摘 要】在现代化的工业生产设备中，plc是专为在工业环境应用而设计的，广泛应用于工业控制领域。plc控制系统如何在工业控制中选型、设计与调试，本文就此提出了一些的认识和见解，以期对实际应用有一定借鉴作用。

【关键词】plc；工业控制；选型；设计；调试

plc即可编程控制器（programmable logic controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，它是一种数字运算操作的电子系统。工业生产设备中有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而plc技术是解决上述问题的最有效、最便捷的电子数控工具。

1 plc系统设备在工业控制装置选型

plc最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的plc有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行i/o点数和i/o点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型。

1.1 依据plc控制系统的规模选型

小规模plc控制系统：即单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且i/o点数小于128点，一般选用微型plc；中等规模plc控制系统：生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，i/o点数在128-512点之间，应该选用具有模拟量控制、pid控制等功能的plc；大规模plc控制系统：生产过程是大规模过程控制、dcs系统和工厂自动化网络控制，i/o点数在512点以上，应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档plc，再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。

1.2 确定plc i/o点的类型

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行i/o点数和i/o点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。

科技信寓　裂隙轴面夹角和有效裂隙率在矿山治水畦幕注浆巾响应用　

华北有色工程勘察院有限公司　畅秀俊　

［摘要】在帷幕注浆的实际施工过程中，通过对大量数据的统计整理，发现了对帷幕注浆工作有重要意义的两个新参数：裂隙轴面　夹角和有效裂隙率　［关键词］帷幕注浆　裂隙轴面夹角　有效裂隙率　重要意义　

一、前言　帷幕注浆工艺广泛应用在水库大坝建设中，近些年在矿山地下水　治理中也进行了许多的尝试并收到较好的堵水效果。水电系统的帷幕　注浆有多年的实施经验和较详细的实施细则，对选置、勘察、试验、设　计、施工等各阶段的工作内容、方法、技术要求也有明确的规定和要　求。相比之下用于矿山治理的帷幕注浆工艺显得有些粗旷，到目前为　止尚无任何指导性的方针和规范。各矿山在实施帷幕注浆方案治理地　下水时，一般根据本矿山的地质及水文地质条件，自行编制设计和施　工。通过研究水文地质条件与注浆影响“半径”之间的关系时发现，裂　隙的发育情况和产状对帷幕注浆工程来说是非常有价值的参数。　二、有效裂隙率的应用　１、有效裂隙率的引用　多年以来，工程类、水文地质类钻孔在基岩施工的编录都有一个参　数是要统计的，即回次裂隙率。回次裂隙率是在回次进尺中岩芯上可　观测的裂隙宽度和回次进尺之比。详细分析，裂隙率的统计存在两方　面的弊端：一是忽略了岩芯的采取率，一般来说回次采取率高则可观测　的裂隙就较多，裂隙率也就大，反之则小；二是消耗的岩芯并没有列入　统计的范围内，却以分母的形式列进计算，造成统计的裂隙率偏小。　钻探岩芯采取率与岩性、岩石破碎程度有关，同时与钻机的性能、　钻探的方法和口径、工人操作的技术水平等因素都有重要关系。不管　什么因素，消耗掉的岩芯一般都是软弱岩层或较破碎的岩层，它是无法　观测到的，不应该参与到统计中来。因此裂隙率的统计应是：在采取的　岩芯上，观测到的裂隙宽度与岩芯的真实长度之比，这样统计的裂隙率　更接近合理。为与原有裂隙率概念有所区别，将裂隙宽度与岩芯真实　长度之比称为“有效裂隙率”。　２、有效裂隙率在帷幕注浆的应用　（１）帷幕注浆孔的吸浆量大小与裂隙的多少和裂隙的宽度有关，一　般有效裂隙率大，裂隙宽度大，注浆量偏大。根据注浆孔岩芯编录统计　的有效裂隙率和裂隙宽度，结合压水试验结果，可以确定注浆的起始水　灰比，估算注浆量，指导注浆工作。　（２）有效裂隙率是研究含水层的富水性和不均匀性的重要指标，它　也是帷幕注浆设计中，计算注浆材料用量不可缺少的参数。　三、裂隙面的轴面夹角的应用　１、轴面夹角的作用　众所周知，帷幕注浆的吸浆量及扩散半径大小与含水层的裂隙大　小、注浆压力、浆液浓度、注浆材料的性质等诸多因素有关。在实际工　作中发现裂隙岩溶的产状也是不可忽视的因素，岩层裂隙倾角越陡其　吸浆量、扩散半径越小。　岩层裂隙面的产状，一般仅能在地表的露头测得，随着深度的变化　其产状是无法观测到的。但是岩芯层面裂隙面的轴面夹角是可以观测　到的，轴面夹角虽然不是“真倾角”，但能真实反映层面、裂隙面在钻孔　中的分布状态，它们的变化直接影响注浆量和注浆扩散半径。根据大　量钻孔资料统计发现，轴面夹角大于４５。时吸浆量偏大，有利于浆液的　扩散　２、轴面夹角观测方法　测量轴面夹角的方法比较简单。测量工具：一个量角器和一对三　角板即可。　测量方法见图１。　＼　

PLC控制系统设计步骤

PLC（可编程逻辑控制器）控制系统是一种广泛应用于工业自动化中的数字计算机控制系统。它由中央处理器（CPU）、输入/输出模块（I/O模块）、通信模块等基本组成部分组成，可用来控制各种不同的设备和机器。PLC控制系统设计的步骤包括需求分析、系统设计、编程开发、调试与验收等多个阶段。下面将详细介绍每个步骤。

第一步：需求分析

需求分析是PLC控制系统设计中的第一步，通过与用户、工艺工程师等相关人员的沟通与交流，了解用户的需求和要求。在这个阶段需要明确系统的功能、控制要求、输入/输出点数、控制逻辑等方面的要求。在需求分析的过程中，可以使用流程图、时序图等工具来整理和梳理需求，确保清晰明了。

第二步：系统设计

在需求分析的基础上，进行系统设计。系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。

硬件设计主要涉及PLC的选择与布置、输入/输出模块的选型与布线、通信模块的选择等。在进行硬件设计时，需要考虑系统的可靠性、安全性、扩展性等方面的要求。

软件设计主要包括PLC程序的设计。在进行软件设计时，需要根据需求分析的结果，将系统功能模块化，设计合理的程序架构。同时，确定输入/输出设备的算法和逻辑，编写相应的控制程序。

第三步：编程开发 在系统设计的基础上，进行编程开发。编程开发是PLC控制系统设计的核心环节。

在编程开发过程中，将软件设计的结果转化为PLC程序。通常使用专用的编程软件，如Ladder语言、SFC语言、ST语言等来进行编程。根据系统需求，编写代码，实现控制逻辑、处理输入/输出信号、实现各种功能。

第四步：调试与验收

验收是测试系统是否满足需求，并提交给用户进行确认。通过与用户的反馈以及现场实际运行的情况进行对比和评估，确认系统是否能够满足用户需求。

第五步：系统维护与更新

系统维护与更新是PLC控制系统设计的最后一步。在实际运行中，难免会遇到一些问题，需要进行系统维护和修复。同时，随着技术的发展和用户要求的变化，需要对系统进行更新和升级。

1 ．系统设计的主要内容

（ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；

（ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；

（ 3 ）选定 PLC 的型号；

（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图；

（ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；

（ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；

（ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件；

（ 8 ）编写设计说明书和使用说明书；

根据具体任务，上述内容可适当调整。

2 ． 系统设计的基本步骤

（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求

a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。

（ 2 ）确定 I/O 设备

根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。

（ 3 ）选择合适的 PLC 类型

根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。

（ 4 ）分配 I/O 点

分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

（ 5 ）设计应用系统梯形图程序