基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

蘇嘉健

（佛山市技師學(xué)院 廣東 佛山 528237）

1 引言

工業(yè)控制系統(tǒng)就是集成計算機(jī)技術(shù)、控制理論以及相關(guān)信息方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能對工業(yè)生產(chǎn)過程予以實時性檢測和控制，確保優(yōu)化調(diào)度工作的合理性和規(guī)范性，不僅能減少能源消耗，還能維持運行安全性，因此，要匹配適當(dāng)?shù)腜LC技術(shù)流程，滿足生產(chǎn)需求。

2 基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)概述

2.1 程序設(shè)計要點

對于整個工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)而言，PLC是維持生產(chǎn)線活動和運行操作效率的關(guān)鍵區(qū)塊，涉及數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的計算分析、指令的制定和處理等，也要對生產(chǎn)線予以順序化控制。在PLC技術(shù)應(yīng)用方案內(nèi)，中央處理單元是核心部分，因此，其程序設(shè)計要點就要落在中央處理器運行和存儲器應(yīng)用方面。

2.2 程序設(shè)計原則

第一，基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用方案要滿足科學(xué)性原則。在科學(xué)、合理、規(guī)范性要求的基礎(chǔ)上，最大程度上滿足應(yīng)用對象的基本需求。因此，要在PLC程序處理工作開始前對機(jī)械設(shè)備以及對應(yīng)電氣元件的原理予以了解，保證控制系統(tǒng)最優(yōu)化。

第二，基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用方案要滿足經(jīng)濟(jì)性原則。對于工業(yè)系統(tǒng)而言，控制項目的基礎(chǔ)成本非常關(guān)鍵，要在節(jié)約資金的基礎(chǔ)上滿足生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量的要求，維持運行合理性。

第三，基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用方案要滿足安全性原則。要配合其適用性、安全性標(biāo)準(zhǔn)流程，結(jié)合用戶的基礎(chǔ)需求完善安全操作模式，確保及時更新和改進(jìn)，為工業(yè)系統(tǒng)綜合運行效率的提升提供支持。

2.3 控制模式

PLC技術(shù)是建立在以微處理器為核心模式的自動化運行裝置上的，匹配數(shù)字操作的電子運行系統(tǒng)，就能在可編程存儲器內(nèi)完成對應(yīng)指令的讀取和分析，從而建立相應(yīng)的邏輯運算過程、順序操作過程等，并且借助I/O控制機(jī)械過程。PLC的控制模式主要分為手動模式、半自動模式、自動模式。

（1）手動模式，主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中生產(chǎn)線的基礎(chǔ)維修和實際操作調(diào)試，需要人工手動操作。

（2）半自動模式，生產(chǎn)線若是一直處于維修或者是應(yīng)用調(diào)試的階段，人工無法實時性操作，就會切換為半自動模式，在不影響整個生產(chǎn)線工作的情況下開展對應(yīng)處理。

（3）自動模式，利用遠(yuǎn)程程序完成操作[1]。

工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)要匹配編程要求和具體工序標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)代控制理論，確保能提高操作的合理性、規(guī)范性和可行性。

3 基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 整體框架

對于整個工業(yè)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)而言，工業(yè)現(xiàn)場的實時性控制非常必要，利用PLC建立實時性穩(wěn)定可控的運行模式才能維持其運行效率。但是，生產(chǎn)線工藝復(fù)雜且執(zhí)行指令的對應(yīng)機(jī)構(gòu)較多，若是常規(guī)化的PLC系統(tǒng)難免會出現(xiàn)工位執(zhí)行效果和控制方式不合理的問題。所以，為了盡量避免PLC因為程序代碼復(fù)雜以及控制性削弱引發(fā)的一系列問題，要配合PLC系統(tǒng)建立“集中-分散”控制方式，對不同的工位匹配對應(yīng)的PLC設(shè)備，從而建立獨立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制體系，然后借助遠(yuǎn)程總控PC完成對分散PLC系統(tǒng)的統(tǒng)一性調(diào)控，優(yōu)化調(diào)度的實效性，也能更好地建立以太網(wǎng)上位/下位機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，優(yōu)化工業(yè)控制系統(tǒng)綜合管控效率。

3.2 硬件模塊

基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)硬件模塊主要包括機(jī)械設(shè)備、液壓設(shè)備、電氣設(shè)備以及計算機(jī)控制設(shè)備等，并且配置對應(yīng)匹配的監(jiān)控系統(tǒng)，有效完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)對應(yīng)分析和管理工作。

3.2.1 機(jī)械設(shè)備

機(jī)械設(shè)備是整個生產(chǎn)工業(yè)系統(tǒng)的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，涉及生產(chǎn)線流程的機(jī)械手、傳送帶、工位機(jī)床等，其中，機(jī)械手能負(fù)責(zé)對應(yīng)貨物的搬運處理，借助控制模塊就能將貨物運送到指定的位置上。然后，借助傳送帶完成獲取的輸送的傳遞，確保執(zhí)行動作的連續(xù)性，而對應(yīng)的工位機(jī)床則是按照工序落實匹配的動作指令，保證不同的工序由不同的機(jī)床執(zhí)行操作完成。最后，送料帶輸送拆卸部件。

3.2.2 液壓設(shè)備

液壓設(shè)備是為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供基礎(chǔ)性動力能源的硬件設(shè)施，主要的輸送對象就是機(jī)械設(shè)備，確保驅(qū)動指令的合理性。包括液壓站、液壓閥、壓力繼電器等。

（1）液壓站。主管系統(tǒng)動力能源供給工作，借助液壓泵和儀表等對應(yīng)設(shè)備完成指令傳遞工作。

（2）液壓閥。建立基本控制環(huán)節(jié)和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，主要涉及溢流閥、單向節(jié)流閥和電磁換向閥等，并且對應(yīng)液壓缸和液壓馬達(dá)實現(xiàn)執(zhí)行環(huán)節(jié)，能合理性打造完整的驅(qū)動模式，維持應(yīng)用效率。

（3）電氣設(shè)備。涉及控制柜內(nèi)的相關(guān)設(shè)備，其中防爆控制柜要在工位的外側(cè)位置，以保證PLC核心關(guān)鍵電氣控制元件運行的穩(wěn)定性。首先，PLC能有效對工位中每一臺PLC予以控制，連接輸入輸出信號線，利用PLC，輸入/輸出點共60個，設(shè)置1個外圍端口和1個端口。其次，PLC擴(kuò)展機(jī)借助PLC的I/O點數(shù)擴(kuò)展功能模塊維持其應(yīng)用規(guī)范。再次，利用串口服器建立網(wǎng)線和串口的轉(zhuǎn)換體系，從而將專用串口線和PLC外圍端口連接，確保以太網(wǎng)線和控制室之間交換機(jī)連接的合理性[2]。其中，串口服務(wù)器應(yīng)用的是5V直流電壓源。最后，固態(tài)繼電器應(yīng)用無觸點通斷電子開關(guān)，對應(yīng)PLC輸出信號驅(qū)動固態(tài)繼電器，有效結(jié)合驅(qū)動負(fù)載落實匹配指令。

（4）計算機(jī)裝備，利用主控PC、界面PC以及交換機(jī)等保證信號接收和傳遞。

3.3 軟件模塊

對于整個系統(tǒng)而言，軟件是控制核心，對整個系統(tǒng)的控制調(diào)度以及數(shù)據(jù)處理等單元予以管理，保證參數(shù)存儲的合理性。涉及PLC主程序模塊、主控PC程序模塊、界面PC控制模塊以及動畫PC控制模塊等。

3.3.1 PLC程序

對生產(chǎn)線上的所有執(zhí)行動作予以集中的順序管理和控制，按照數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯運算分析等方式整合相應(yīng)數(shù)據(jù)，并且配置CPU模塊、電源、輸入/輸出單元以及執(zhí)行動作內(nèi)部存儲單元等，按照規(guī)則組合提升對應(yīng)的操作效率。

與此同時，為了便于開展設(shè)計調(diào)試工作，要對生產(chǎn)線上的所有工位予以對應(yīng)模式（手動、半自動、自動）的控制。（1）手動控制，生產(chǎn)線出錯、調(diào)試指令接收，PLC程序進(jìn)入手動模式，動作需要配合文本顯示器控制，確保功能合理；（2）半自動控制，生產(chǎn)線出錯或者是接收到調(diào)試指令，進(jìn)入半自動控制模式，動作需要配合文本顯示器控制；（3）自動控制，生產(chǎn)線處于自動運轉(zhuǎn)狀態(tài)，PLC程序直接解鎖自動控制模式，需要受到遠(yuǎn)程主控PC的直接指導(dǎo)，配合觸發(fā)指令完成循環(huán)運行工作，在連續(xù)完成控制動作的基礎(chǔ)上，并不受控于文本顯示器。

3.3.2 主控PC程序

主控PC程序是PLC的上位機(jī)，在實際工作中主要負(fù)責(zé)的就是對PLC給予對應(yīng)的指令信息，在寫入執(zhí)行時間后，按照PLC讀取進(jìn)度模式對當(dāng)前狀態(tài)予以讀取，并且形成自檢時間參數(shù)和工作狀態(tài)反饋參數(shù)，有效完成相應(yīng)內(nèi)容的處理。

例如，應(yīng)用轉(zhuǎn)矩控制模塊，借助外部模擬量的輸入信息對電機(jī)軸對外輸出轉(zhuǎn)矩大小予以處理。若是10V對應(yīng)5Nm，則外部模擬量為5V時，對應(yīng)的電機(jī)軸輸出量就是2.5Nm，利用主控PC程序?qū)δM量的設(shè)定數(shù)值予以修正，就能及時改變力矩參數(shù)的大小，并且有效匹配對應(yīng)的地址數(shù)值，從而完成PLC指令的傳達(dá)。

另外，主控PC還包括PLC通訊模塊、數(shù)據(jù)庫模塊以及PC間的通訊模塊，能建立控制指令和數(shù)據(jù)的傳輸處理，維持時效性應(yīng)用的規(guī)范性[3]。

3.3.3 界面PC程序

對于界面PC而言，主控PC就是其直接對接的客戶機(jī)，有效獲取界面PC操作指令后主控PC會回傳工作狀態(tài)和出錯信息，以保證數(shù)據(jù)命令存儲的及時性，也能完成計算和轉(zhuǎn)發(fā)。

3.3.4 動畫PC程序

對整個生產(chǎn)線系統(tǒng)的基礎(chǔ)運行狀態(tài)予以模擬，并且以動畫視頻的形式直接在界面上呈現(xiàn)出來，配合管理人員獲取實時性生產(chǎn)線信息，為后續(xù)借助界面落實程序操作提供保障，打造更加直觀、合理、規(guī)范且可靠的指令應(yīng)用模式。

4 結(jié)語

總而言之，基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中要匹配對應(yīng)模塊的應(yīng)用流程，建立健全完整的控制框架，發(fā)揮軟件模塊和硬件模塊的作用，打造和諧的運行體系，并且配合伺服電機(jī)控制模式落實對應(yīng)指令，提升模擬量控制工作的綜合效果。