摘要：随着PLC技术的发展，PLC自动化控制系统的应用也越来越广泛，在提高企业经济效益的同时，并且具有安全和快捷的特点。PLC控制系统具有较高的智能性，在应用自动化控制系统的过程中，只有选择先进的设备和科学完善的管理体系，并且正确操作，才能充分发挥自动化系统的优势，大大提高工业生产的效率，促进我国工业的不断发展。本文针对PLC自动化控制系统优化设计进行了探究，以供参考。
关键词：PLC自动化控制系统；优化设计
1.PLC自动化控制的简述
PLC也就是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），PLC是一种数字操作电子装置，进行数字控制，该种装置是专门开发的，目的是为了满足在一些特定工业环境下的要求。PLC的组成包括6部分，分别为电源、储存器、CPU、功能模块、通信模块、输人输出接口电路。其中，PLC中的储存器具有编制程序的功能，能够存储数据并执行一些操作命令，如执行顺序运算、计数计时、逻辑及算术运算等命令。
PLC的数据识别和传输功能主要是通过识别I点数及0点数实现的，完成数据的传输和识别之后，然后下达一些操作命令，如管理电机的电磁闸或者是开关，控制一些设备参数流量、压力、温度等。实现PLC自动化控制的关键就是选择合适的、型号正确的PLC设备，这些PLC设备的自动化程度和智能化程度均较高，在实现一些设备的自动化控制的过程中，需要的人员参与较少，只需一些专业业务能力强的技术人员进行集中管理和控制即可。PLC自动化控制技术的应用，大大提高了工业生产的效率，减少了控制过程中的人为失误，大大提高了工作生产和控制的质量。
2.PLC自动化控制系统工作原理
PLC的程序分为系统程序和用户程序，系统程序是不能更改的。PLC对用户程序进行逐行扫描，扫面结束再重新开始，周而复始，即采用的是循环扫描的工作方式。PLC的一个扫描周期可以分为五个阶段，分别是内部处理、通信服务、输入采样、程序执行和输出刷新。内部处理阶段，PLC检查CPU模块中的硬件是否正常，并将监控定时器等元件复位。通信服务阶段，PLC与计算机、触摸屏、变频器等带CPU的智能装置进行通信。
输入采样阶段，PLC一次性读取外部信号，并存入到输入映象寄存器中，在某个扫描周期中，即使外部信号改变，输入映象寄存器中的数据在当前周期也不会改变，只有当进入下一周期后才会发生改变。程序执行阶段，PLC按照从上到下、从左到右的顺序依次扫描程序，调取输入映象寄存器和输出映象寄存器中的数据进行计算，并将运算结果存入到输入映象寄存器中。输出刷新阶段，即PLC将元素映像寄存器中的元件状态全部输出到外部电路，来驱动负载，每个扫描周期输出一次元件状态，新的数据会将原有的数据全部覆盖。
3.PLC系统的优化设计步骤
3.1熟悉工艺过程、确定被控对象的类型
要了解并熟悉工艺过程，应以经过优化的工艺过程为主线，进行系统硬件和软件组态。首先是确定被控对象的类型。从大类来划分，有离散型、连续型、批量（间歇）型和混合型四大类型，如机械制造及汽车制造企业属于离散型制造业，石油和化工企业属于连续型流程工业，大量的中小型企业有的属于批量（间歇）制造业，有的属于混合型制造业。在设计PLC系统时，首先应确定被控对象的类型。
3.2确定控制系统的类型及被控变量的数目，根据被控对象的类型来确定控制系统的类型
根据工艺要求，确定系统的输入点数和输出点数。如果有运动控制，如交流调速或直流调速系统，则可选用模拟量输出（D/A）单元，确定输出模拟量的点数。选用D/A单元时，应了解该单元是否有自己的CPU，是否能独立工作，因为这关系到调速器的采样周期。采样周期一般为毫秒级。如果还有位置控制，可选用位置控制单元，确定控制轴数。如果系统还包括过程控制，如温度控制，则要选用温度控制单元，确定温度控制的点数，了解该单元的控制算法，是否有模糊控制和自整定算法。如果温度控制的回路较多，则可选择回路CPU单元。
3.3PLC控制系统组态
所谓系统组态，就是选用或制作恰当的硬件和软件，组成一个有机的整体，达到系统整体最佳的目标。在硬件方面，以满足工艺要求为准，选用或制作控制器、执行器、传感器、动力装置及机械装置，不但要求每个部分本身具有高性能，更强调控制器、传感器、执行器、动力装置、机械装置这五者之间的协调与配合；在软件方面，应选用中文版的工业控制组态软件及PLC编程支持软件，编写控制程序。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果使用可编程终端（触摸屏等），还要选用配套的软件，要注意这三种软件是否相互兼容。下面，着重介绍PLC控制系统中PLC选型方面的有关问题。
3.3.1 CPU单元--- I/O点数
开关量输入点数取决于各种开关量输入元件的数量，如各种按钮、钮子开关、组合开关、接近开关、光电开关、行程开关、限位开关、接点式压力开关以及接点式液位开关等。在确定开关量输入点数时，应注意PLC的开关量输入单元中同时接通的输入点数是受限制的，在厂商提供的资料中均有说明。使用时应将常开和常闭开关元件进行搭配，以延长输入单元的使用寿命。
3.3.2开关量I/O单元
1）开关量输入单元
在选用开关量输入单元时应注意以下几点：①有源开关元件的输出电压应在开关量输入单元的工作电压范围之内；②开关量输入单元的响应时间应与开关元件的动作频率相适应；③开关量输入单元同时接通的输入点数受限制，应将常开和常闭开关元件进行搭配，以延长输入单元的使用寿命；④必要时选用输入分组（公共端隔离）的单元。
2）开关量输出单元
开关量输出点数取决于接触器、电磁铁、电磁阀、电动阀以及小型电动执行器的数量。开关量输出单元通常有触点输出单元、晶体管输出单元以及双向晶闸管输出单元。在选用开关量输出单元时应注意以下几点：①当负载为感性负载时，应采用浪涌吸收器；②对于触点输出单元，应考虑触点的开关频率；③必要时选用输出分组的单元：④同时接通的输出点数受限制，应将经常处于通态和经常处于断态的负载进行搭配，从而延长触点输出单元的使用寿命。如果不能做到，则要适当增加输出单元的数量。
3.3.3特殊I/O单元PLC的水平往往表现在特殊I/O单元的种类和功能上。除了一般的特殊单元如A/D单元、D/A单元、高速计数单元、中断单元及链接单元外，能够反映产品特点的是运动控制单元和过程控制单元。
1）定位控制单元
在选用定位控制单元时应了解以下指标：①联动操作轴数；②插补功能；③控制方法；④定位；⑤补偿；⑥返回原点方法；⑦程序）；⑧绝对位置系统：⑨视窗支持软件；⑩接口功能。
2）闭环控制单元
在选择用于过程控制的闭环控制单元时应了解以下指标：①适应范围；②独立的闭环控制回路数；③预置的控制器结构；④操作模式；⑤智能控制算法；⑥模拟量输入类型、点数及范围；⑦模拟量输出路数；⑧数字量输出点数；⑨组态软件：⑩通信协议。
3.3.4视窗支持软件PLC生产厂商大多提供配套的编程软件和模拟软件，即视窗支持软件，由于厂商采用的指令系统不同，故相应的编程软件和模拟软件也不同。
3.3.5通信及网络在PLC控制系统中，通信是指PLC与计算机、PLC与可编程终端（触摸屏等）、PLC主单元与远程I/O单元、PLC与PLC、PLC与变频器（或伺服驱动器）以及PLC与编程设备之间的通信。
结语
随着PLC技术的发展，PLC自动化控制系统的应用也越来越广泛，在提高企业经济效益的同时，并且具有安全和快捷的特点。PLC控制系统具有较高的智能性，在应用自动化控制系统的过程中，只有选择先进的设备和科学完善的管理体系，并且正确操作，才能充分发挥自动化系统的优势，大大提高工业生产的效率，促进我国工业的不断发展。
参考文献：
[1]李怀智.试析PLC自动化控制系统的优化设计[J].中国新技术新产品，2011，11.
[2]高尚军，高杰.PLC自动化控制优化探析[J].科技传播，2013，09.
[3]PLC自动化控制系统优化设计探究[J]. 王玉铎.中国科技投资. 2013(Z4)
[4]李军, 张春龙. 谈PLC自动化控制系统优化设计[J]. 中国新技术新产品, 2010(2):121-121.
郑琪（1988.11-），男，湖北潜江人，长江大学工程技术学院，自动化专业学士，本科
论文作者:郑琪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/12
标签：单元论文; 点数论文; 系统论文; 软件论文; 程序论文; 元件论文; 组态论文; 《电力设备》2017年第22期论文;