摘要：应用PLC实现对自动监测系统的控制，可实现远程、脱机、普通电话线连接的自动监测，具有实时信号采集、集中图形显示、智能化数据处理、自动打印记录等诸多优点。这种系统功能齐全、性能稳定、价格比高，对远程数据传输以及其它无人值守的系统均有一定的实用价值和指导意义。
关键词：监测系统 PLC 模块控制
1 引言
利用可编程序控制器(PLC)组成远程自动监测系统时，首先遇到的是PLC的选型问题。在选用PLC时，除把可靠性、环境适应性放在首位外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。
关于可编程控制器选型的一般原则可从以下几方面考虑：
(1) 明确控制对象要求。本系统要求改善信息管理，把PLC与上位微机的通讯能力远程I/O与微机通讯方式和手段作为选择的依据。PLC响应时间的影响因素有：输入信息时，CPU读解用户逻辑网络时间和输出时间。PLC的实时响应性还受到系统中最慢仪器的限制，与上位机的通讯也将增加服务时间。
(2) 功能选择要根据不同的控制对象确定。具体有：替代继电器、数学运算、数据传递、矩阵功能、高级功能、诊断功能以及串行接口。
(3) 输入输出模块选择。输入/输出模块是PLC与被控对象之间的接口，模块选择得当否直接影响控制系统的可靠性。
(4) 存储器类型及其容量选择。小型PLC作为单机小规模控制使用时，由于工艺简单、程序固定，多数使用EPROM或EPROM加RAM。对于中、大规模的PLC，往往用于工艺比较复杂，且多变的场合，程序改变较多，因此一般都使用CMOSRAM存储器，且有后备电池，以便关机时保存存储信息。根据控制规模和应用目的，我们按下列公式进行估算：
① 代替继电器 M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）］
② 模拟量控制 M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］
③ 多路采样控制 M＝Km｛［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］＋（1+采样点×0．25）｝
式中DI为数字(开关)量输入信号；
DO为数字(开关)量输出集中；
AI为模拟量输入信号；
Km为每个节点所占存储器字节数；
M为存储器容量。
我们还可在编完程序以后精确地计算出存储器实际使用容量。
(5) 控制系统结构和方式的选择。用PLC构成的控制系统有集中控制、远程I/O控制和分布式控制等三种方式。
(6)支持技术条件。在选用PLC时，有无支持技术条件也是重要的选择依据。支持技术条件主要有：编程手段、程序文本处理、程序贮存方式和通讯软件包。通讯软件包往往是和通讯硬件一起使用的，如调制解调器等。
2 PLC构成的控制系统
PLC构成的控制系统流程图如图1所示：
图1 PLC构成的控制系统设计步骤
此种设计方法与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。
我们采用一台PLC控制多台监测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象(仪器)所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合。如图2所示。
图2 集中控制系统
该系统采用的PLC(SZ-4)模块是：
① 8点DC12/24输入模块Z-8ND1
② 8点集电极开路输出模块Z-8TD1
③ 4通道12位模拟量输入模块Z-4AD1
④ SZ毓CPU模块(2端口通讯、CCM协议、从机功能)以及S-20P指令编程器、S-10D通用操作面板等。
I/O点数是指要求PLC能够输入输出开关量、模拟量总的个数，它与继电器触点适当留有余量。同时要注意尽可能简化I/O点数来降低成本。
用PLC构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。在进行完总体设计以及具体的硬件系统设计和软件系统设计后，除要分别对其进行调试外，必须对整个系统进行联合调试和试运行，反复进行硬件系统和软件系统的修改调整，使整个系统全部投入正常工作为止。
PLC在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输 出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来弥补。上位微机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或警报信息，驱动打印机实时打印各种图表。
系统的设计步骤如图3所示。
图3
3 控制软件
PLC梯形图所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号极其相似，人们能迅速熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都采用继电器系统电路图的设计方法。对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的问题较多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。根据功能图表设计PLC的梯形图程序，可以有效地解决以上问题，达到事半功倍的效果。
我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。
下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑判断及声光报警输出、通信数据格式的转换。
数据通讯与分离模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量。
显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。
定时存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。
系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。
报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现超值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便采取措施。
为提高PLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，消除或减弱共模和瞬变干扰。
在软件设计和编程上，加上一些抗干扰模块。
系统从开始到运行的流程如下：
A) 把CPU的动作方式设定为STOP方式，(不在STOP方式时)
S—20P的操作和显示
*在在线方式下，CPU处于STOP或TEST—STOP方式时可进行编程。
*在显示程序时可进行编程。
*平时，显示命令语不显示程序地址，必要时，用键显示程序地址
S—20P操作次序
编程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模块连接，也可进行编程(离线编程)。在S-20P上编程时，
通常是要连在CPU模块上进行(在线编程)。
4 结论
根据远程自动监测系统的要求，完全可以采用PLC来实现对系统的控制。以PLC为核心的自动监测系统下位机的控制设备，具有体积小、接线简单、测试精确，特别是可实现脱机工作。该系统运行高速、简单、可靠，实现了上位机与下位机的互连和实时通讯任务。
