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(jì)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程予以實(shí)時(shí)性檢測(cè)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(yùn)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(jì)要點(diǎn)

對(duì)于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)而言，PLC是維持生產(chǎn)線活動(dòng)和運(yùn)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(jì)算分析、指令的制定和處理等，也要對(duì)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(jì)要點(diǎn)就要落在中央處理器運(yùn)行和存儲(chǔ)器應(yīng)用方面。

2.2 程序設(shè)計(jì)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(duì)象的基本需求。因此，要在PLC程序處理工作開(kāi)始前對(duì)機(jī)械設(shè)備以及對(duì)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(duì)于工業(yè)系統(tǒng)而言，控制項(xiàng)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(yùn)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(shí)更新和改進(jìn)，為工業(yè)系統(tǒng)綜合運(yùn)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(dòng)化運(yùn)行裝置上的，匹配數(shù)字操作的電子運(yùn)行系統(tǒng)，就能在可編程存儲(chǔ)器內(nèi)完成對(duì)應(yīng)指令的讀取和分析，從而建立相應(yīng)的邏輯運(yùn)算過(guò)程、順序操作過(guò)程等，并且借助I/O控制機(jī)械過(guò)程。PLC的控制模式主要分為手動(dòng)模式、半自動(dòng)模式、自動(dòng)模式。

（1）手動(dòng)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(shí)際操作調(diào)試，需要人工手動(dòng)操作。

（2）半自動(dòng)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(wú)法實(shí)時(shí)性操作，就會(huì)切換為半自動(dòng)模式，在不影響整個(gè)生產(chǎn)線工作的情況下開(kāi)展對(duì)應(yīng)處理。

（3）自動(dòng)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(duì)于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)而言，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性控制非常必要，利用PLC建立實(shí)時(shí)性穩(wěn)定可控的運(yùn)行模式才能維持其運(yùn)行效率。但是，生產(chǎn)線工藝復(fù)雜且執(zhí)行指令的對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)較多，若是常規(guī)化的PLC系統(tǒng)難免會(huì)出現(xiàn)工位執(zhí)行效果和控制方式不合理的問(wèn)題。所以，為了盡量避免PLC因?yàn)槌绦虼a復(fù)雜以及控制性削弱引發(fā)的一系列問(wèn)題，要配合PLC系統(tǒng)建立“集中-分散”控制方式，對(duì)不同的工位匹配對(duì)應(yīng)的PLC設(shè)備，從而建立獨(dú)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(duì)分散PLC系統(tǒng)的統(tǒng)一性調(diào)控，優(yōu)化調(diào)度的實(shí)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(jì)算機(jī)控制設(shè)備等，并且配置對(duì)應(yīng)匹配的監(jiān)控系統(tǒng)，有效完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)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(gè)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(duì)應(yīng)貨物的搬運(yùn)處理，借助控制模塊就能將貨物運(yùn)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(dòng)作的連續(xù)性，而對(duì)應(yīng)的工位機(jī)床則是按照工序落實(shí)匹配的動(dòng)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(dòng)力能源的硬件設(shè)施，主要的輸送對(duì)象就是機(jī)械設(shè)備，確保驅(qū)動(dòng)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(dòng)力能源供給工作，借助液壓泵和儀表等對(duì)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(duì)應(yīng)液壓缸和液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行環(huán)節(jié)，能合理性打造完整的驅(qū)動(dòng)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(yùn)行的穩(wěn)定性。首先，PLC能有效對(duì)工位中每一臺(tái)PLC予以控制，連接輸入輸出信號(hào)線，利用PLC，輸入/輸出點(diǎn)共60個(gè)，設(shè)置1個(gè)外圍端口和1個(gè)端口。其次，PLC擴(kuò)展機(jī)借助PLC的I/O點(diǎn)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(wú)觸點(diǎn)通斷電子開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)PLC輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器，有效結(jié)合驅(qū)動(dòng)負(fù)載落實(shí)匹配指令。

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

3.3 軟件模塊

對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，軟件是控制核心，對(duì)整個(gè)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(chǔ)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(dòng)畫(huà)PC控制模塊等。

3.3.1 PLC程序

對(duì)生產(chǎn)線上的所有執(zhí)行動(dòng)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(yùn)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(dòng)作內(nèi)部存儲(chǔ)單元等，按照規(guī)則組合提升對(duì)應(yīng)的操作效率。

與此同時(shí)，為了便于開(kāi)展設(shè)計(jì)調(diào)試工作，要對(duì)生產(chǎn)線上的所有工位予以對(duì)應(yīng)模式（手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)）的控制。（1）手動(dòng)控制，生產(chǎn)線出錯(cuò)、調(diào)試指令接收，PLC程序進(jìn)入手動(dòng)模式，動(dòng)作需要配合文本顯示器控制，確保功能合理；（2）半自動(dòng)控制，生產(chǎn)線出錯(cuò)或者是接收到調(diào)試指令，進(jìn)入半自動(dòng)控制模式，動(dòng)作需要配合文本顯示器控制；（3）自動(dòng)控制，生產(chǎn)線處于自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，PLC程序直接解鎖自動(dòng)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(yùn)行工作，在連續(xù)完成控制動(dòng)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(shí)際工作中主要負(fù)責(zé)的就是對(duì)PLC給予對(duì)應(yīng)的指令信息，在寫(xiě)入執(zhí)行時(shí)間后，按照PLC讀取進(jìn)度模式對(duì)當(dāng)前狀態(tài)予以讀取，并且形成自檢時(shí)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(duì)電機(jī)軸對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩大小予以處理。若是10V對(duì)應(yīng)5Nm，則外部模擬量為5V時(shí)，對(duì)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(shí)改變力矩參數(shù)的大小，并且有效匹配對(duì)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(kù)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(shí)效性應(yīng)用的規(guī)范性[3]。

3.3.3 界面PC程序

對(duì)于界面PC而言，主控PC就是其直接對(duì)接的客戶機(jī)，有效獲取界面PC操作指令后主控PC會(huì)回傳工作狀態(tài)和出錯(cuò)信息，以保證數(shù)據(jù)命令存儲(chǔ)的及時(shí)性，也能完成計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)。

3.3.4 動(dòng)畫(huà)PC程序

對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線系統(tǒng)的基礎(chǔ)運(yùn)行狀態(tài)予以模擬，并且以動(dòng)畫(huà)視頻的形式直接在界面上呈現(xiàn)出來(lái)，配合管理人員獲取實(shí)時(shí)性生產(chǎn)線信息，為后續(xù)借助界面落實(shí)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(yǔ)

總而言之，基于PLC工業(yè)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中要匹配對(duì)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(yùn)行體系，并且配合伺服電機(jī)控制模式落實(shí)對(duì)應(yīng)指令，提升模擬量控制工作的綜合效果。