浅谈自动化控制系统的设计与实现

我们常说的 PLC 技术，它是在计算机技术基础上发展而来的一种技术，本身其实也是计算机技术的一种表现，是可编程控制器的一种简称。这种技术为当前大规模产品制造创造了极高的生产效率，并且技术日趋成熟。但是，人们往往只看到了功能实现，对系统整体设计并没有进行太多的关注，从而自动化控制系统在通信、系统集成、数据交互以及后期升级改造等方面表现不足，严重影响了基于系统进行信息化建设的进程。

对于自动化控制系统来说，每一种控制系统的优化设计都是为了满足被控制对象的基本工艺要求，都是为了更好的提高自动化控制水平和生产的质量和效率。
但是在 PLC 自动化控制系统优化设计过程中，除了要按照一定的生产工艺要求以外，个人觉得还应遵循以下的优化设计原则。

1、最大限度的满足生产制造的基本工艺要求、功能实现及数据应用要求。在PLC 自动化控制系统进行设计时，首先应该进行充分的调研，从生产、设备、工艺质量、环保等各方面对其功能以及数据应用进行定位，形成完善的解决方案，从而确保该系统的建设能够满足企业生产功能实现、运营管理等的需要。

2、在满足PLC自动化控制系统基本功能实现的前提下，对控制系统硬件组成、软件架构及程序编写进行优化设计，从而实现最简单的设计达到最佳的控制效果，实现资源组织运用的最大化。

3、在系统设计时，始终围绕安全、可靠这一原则。无论是输入设备、输出环节，还是软件实现，确保外部结构及内部逻辑建立连锁机制，在确保控制系统稳定运行的同时，实现功能安全、可靠，不会因为设计缺陷导致运行过程中的设备损坏、人员伤亡。

4、在输入输出硬件接口方面留有一定的余量，在软件编程方面留有扩展空间。我们知道，PLC
自动化控制系统优化设计的主要目的就是提高生产效率，随着企业的发展壮大及市场需求的变化将会伴随着很多工艺和生产路线的的改进，因此在PLC硬件容量的选择时应合理确定容量并留有适当的余地；在软件编程时应多用定义变量来取代固定数值，为后期扩展预留接口及空间，确保后期系统可以快速升级和扩展。

结合以上优化设计的原则，下面分别从自动化控制系统硬件和编程及软件优化设计两个方面进行阐述。其中，在硬件设计方面，主要涉及到输入、输出电路以及抗干扰等。

在输入电路设计方面，为了减少外界环境对于电源的干扰，我们应该在电源上面安装电源滤波器以及隔离变压器等电源净化元件。另外，一般情况下输入电源的容量是输入功率的两倍以上，在设计时还应该在适当位置安装专门的熔断保险来保证输入电路的安全。

在输出电路设计方面，输出电路所需要的指示灯以及变频器的控制和调速应该使用晶体管进行输出；当频率过低时，我们可以首选继电器作为输出，设计简单的同时还可以提升系统整体的负载能力。另外，有些输出电路带有电磁线圈，我们在实施就应该在其直流感性负载的旁路上安装续流二极管从而吸收浪涌电流，保护PLC控制器的安全。

在PLC自动化控制系统的抗干扰设计方面，我们主要是通过三种方式进行设计：硬件隔离实现抗干扰、屏蔽阻断干扰源传播以及通过强弱电分开布线优化方式来分散干扰源。

PLC程序设计方面。我们可以遵循《批量生产控制标准》（简称ISA-88标准），通过程序语言实现生产工艺流程及控制功能时，可以按照生产过程控制要求及功能实现不同，将程序进行结构化组织编程，区分基本程序、模块化程序，对实现不同功能的程序进行分别封装，形成通过模块，这样设计后，我们就可以将这些模块进行自由组合和相互调用。从而最终实现把一个完整的任务实现分成多个具有明确任务及功能的程序模块来实现，这样模块化的设计思路，不但提高了软件系统可读性及柔性，也为有效实现后期系统扩展升级及与信息系统集成奠定了基础。