基于PLC的生產過程控制探討

摘 要:闡述了PLC的基本概念，分析了PLC的主要特點，對基于PLC的生產流水線生產過程控制進行了深入探討。

關鍵詞:PLC 特點 生產 過程控制 應用

中圖分類號:TM571.61文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0249-01

引言

PLC是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)的簡稱，是工業控制的重要元器件之一，具有工業生產環境適應性強、體積小、功能全、現場接口便捷等特點，可廣泛應用于工業生產過程控制的各個環節。隨著技術的不斷創新，特別是超大規模電子技術的不斷進步，PLC的功能進一步得到拓展，控制功能更趨完善，質量更加優良，有力加快了工業自動化的發展進程。

1 PLC的主要特點

1.1 組態靈活、通用性強

PLC的硬件實現了標準化，同時PLC的產品已實現系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成大小各異、功能各異的控制系統。在PLC構成的控制系統中，只需在PLC的端子上接入相應的輸入輸出信號線。當需要變更控制系統的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應用軟件的不同。

1.2 可靠性高、抗干擾能力強

微機功能強大但抗干擾能力差，工業現場的電磁干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能導致一般通用微機不能正常工作;傳統的繼電器—接觸器控制系統抗干擾能力強，但由于存在大量的機械觸點(易磨損、燒蝕)而壽命短，系統可靠性差。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高，從實際使用情況來看，PLC控制系統的平均無故障時間一般可達4～5萬小時。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應有各種強烈干擾的工業現場，并具有故障自診斷能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脈沖的干擾，其工作環境溫度為0～60℃，無需強迫風冷。

1.3 接口簡單、便于維護

PLC的接口按工業控制的要求設計，有較強的帶負載能力(輸入輸出可直接與交流220V，直流24V等強電相連)，接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的PLC甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復時間。

1.4 體積功耗小、性價比高

就一種小型PLC來說，就具有128個I/O接口，可相當于400～800個繼電器組成的系統的控制功能，其尺寸僅為216mm×127mm×110mm3，重2.3kg，不帶接口的空載功耗為1.2W，其成本僅相當于同功能繼電器系統的10%～20％。PLC的輸入輸出系統能夠直觀地反應現場信號的變化狀態，還能通過各種方式直觀地反映控制系統的運行狀態，如內部工作狀態、通訊狀態、I/O點狀態、異常狀態和電源狀態等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統進行監視。

1.5 編程簡單、容易掌握

PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮了現場工程技術人員的技能和習慣。大多數PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。

1.6 設計施工、調試周期短

用繼電器—接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器柜的布置和接線圖等，進行安裝調試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其靠軟件實現控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量(輸入輸出點數、內存大小)等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了硬接線實現控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。PLC是通過程序完成控制任務的，采用了方便用戶的工業編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設計、修改和調試都很方便，這樣可大大縮短設計和投運周期。

2 基于PLC的生產過程控制實踐

某生產流水線自動控制原先由于采用傳統的繼電器控制，結構龐雜，控制能力不穩定，自動化水平低。通過改用PLC對生產過程進行控制，可靠性進一步提高，生產效率進一步提升。

2.1 硬件系統設置

根據生產線生產流程及實際要求，生產線采用上位機和下位機組成，上位機使用兩臺PC機:一臺用于對生產線的監控與檢測，另一臺用于實現對相關軟件的設計與開發，以及PLC的設計與控制等。下位機則采用現場適應能力極強的PLC完成對生產流水線上各個設備的控制，實現生產線的自動化生產。系統硬件組成如下:中央控制單元選用CPU315作為PLC的核心部件，進行邏輯和數字運算，協調整個控制系統各部分的工作。電源單元采用1:1隔離變壓器進行對PLC的220V交流開關量輸入卡件進行供電，采用SITOP電源對PLC的24V開關量輸出卡件供電，自帶的PS-307/5A直流電源對CPU和部分卡件進行供電。輸入輸出單元采用兩塊8點的模擬量輸入單元AI8×12Bit、兩塊32點輸出單元DO32×DC24V/0.5A、一塊16點輸出單元DO16×DC24V/0.5A、五塊16點數字量輸入單元DI16×AC120/230V。為了確保生產流水線上各個設備通信正常(距離約360m)，在本系統選用了CP342-5通訊模塊。

2.2 PLC的接口

如伺服機構采用硬件環行分配器，則占用PLC的I/O口點數少于5點，一般僅為3點。其中I口占用一點，作為啟動控制信號;O口占用2點，一點作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統硬環的時鐘脈沖輸入端，另一點作為步進電機轉向控制信號，接至硬環的相序分配控制端，伺服系統采用軟件環行分配器。

2.3 控制設計思想

回路啟動順序由下游向上游(生產流水線的最末端為上游)，按一定延時，逐個啟動，若回路啟動過程中無故障，則為正常啟動;若有故障則為異常啟動，程序啟動遇到故障時，就不再繼續往下啟動。回路停止順序由上游向下游，它包括正常停止和事故停止，正常停止為順序停止，即正常操作時程序按一定時間延時由上游向下游逐個停止設備。事故停止是在啟動或正常運行過程中回路中某一設備發生故障時，上游的設備立即停止，下游設備可運行。在控制軟件上設置一個脈沖總數和脈沖頻率可控的脈沖信號發生器;對于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時器構成，伺服機構的步進電機無脈沖輸入時便停止運轉，伺服執行機構定位。當伺服執行機構的位移速度要求較高時，可以用PLC中的高速脈沖發生器。

參考文獻

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