基于PLC控制的流水線自動控制系統設計

沙 印

（江陰職業技術學院,江蘇 江陰 214400）

0 引言

隨著計算機網絡通信、電子信息技術的發展，工業控制系統對自動化控制也逐漸提出了更高的要求，從過去的電氣化控制發展到現在的自動化、智能化和遠程化控制，也提出了無人值守的控制要求。在這樣的背景下，有必要對傳統的控制系統進行自動化和智能化控制的升級改造。

本論文以工業生產中常見的流水線自動控制系統為研究對象，提出了下位機與上位機相結合的控制模式，實現了流水線自動控制系統的遠程化和智能化控制，以期能夠為工業自動控制系統的無人值守提供可供參考與借鑒的控制方法與控制模式，并以此和廣大同行分享。

1 流水線自動控制系統總體設計

1.1 主要功能

（1）數據采集功能。要實現流水線的自動運行和自動化控制，首先要獲取流水線及其他必要機電裝備的工作參數、狀態參數等數據信息，這依賴于傳感器獲取。

（2）數據管理功能。傳感器采集到的數據信息通過網絡傳輸到上位機中，上位機需要開發專用數據管理程序，對數據信息進行編輯和再加工，從而通過友好的人機交互界面將數據信息以合適的方式表現出來，以供用戶獲取相關信息。

（3）自動生產功能。通過PLC的編程，要能夠實現流水線系統全部機電裝備的自動運行，在不需要人工控制干預的前提下自動完成全部生產動作及功能。這需要對流水線系統全部動作進行編程控制來實現。

（4）遠程控制功能。上位機通過計算機發出相關控制指令，能夠實現對流水線系統的相關裝備進行遠程控制，從而真正實現流水線自動控制系統的遠程化、智能化。

1.2 系統結構設計

基于PLC技術的流水線自動控制系統，其整體結構主要分為上位機與下位機兩個層次，下面逐一進行分析探討。

（1）上位機：上位機主要是指基于PC機或者工控機實現的數據管理終端。上位機要實現對數據的管理和遠程控制功能，就必須借助于第三方軟件開發系統專用的管理程序，同時要具備良好的人機交互性。通常可以借助于組態軟件進行人機交互程序的開發，組態軟件最大的優勢在于所見即所得，能夠再現真實的生產狀態與被控對象的狀態和動作。

（2）下位機：下位機主要是以傳感器、PLC為核心的底層數據采集、獲取設備，以及必要的數據傳輸網絡裝備，如交換機，路由器等。傳感器負責采集流水線自動控制系統的狀態信息、位置信息、生產信息、工位信息等一切必要的數據信息，經過PLC內部程序的處理，轉換為需要的物理量數據，并由網絡傳輸裝備進行傳輸，最終將數據信息傳送到上位機中，實現數據統一管理和遠程控制功能。

3 流水線自動控制系統的實現

3.1 系統層次分析

基于PLC的流水線自動控制系統，從系統的實現來分析，主要可以從以下三個層次入手實施系統的實現：

（1）底層——數據感知層。底層主要布置傳感器、PLC設備、數據采集卡等用于獲取數據信息的設備。在布置底層的時候，應當結合不同的設備類型，不同的數據類型，不同的接口類型，合理的選擇傳感器、數據采集卡，確保所有的數據信息都能夠通過傳感器與數據采集卡進入到PLC內部。

（2） 中間層——數據傳輸層。中間層主要布置網絡傳輸設備，底層數據和頂層管理中心之間的數據通信完全依賴于中間網絡層的設計，因此在采用傳統的基于TCP/IP網絡通信協議的基礎上，還需要考慮數據傳輸的安全性、可靠性等問題；另一方面，在布線的時候，還應當充分考慮到防雷、接地等問題，確保網絡通信的穩定可靠。

（3）頂層——數據管理層。數據管理層一般采用B/S或C/S模式進行開發。B/S模式的優點在于分布式遠程控制，只要能夠聯網，借助于瀏覽器就能夠實現對系統的遠程控制；C/S模式的優點在于控制的穩定性和可靠性，但是需要開發專用的人機交互程序。目前普遍采用B/S模式進行數據管理中心的布局與開發。對于流水線自動控制系統而言，由于需要管理的數據比較多，可以采用數據庫管理軟件實現所有數據信息的統一管理。

3.2 PLC系統的實現

結合流水線自動控制系統的控制要求和功能，這里選用三菱FX2N-48MR系列PLC，該PLC具有繼電器輸出及輸入24點，輸出24點。FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC，內置用戶存儲器8Kb，可擴展到16K，最大可擴展到256個I/O點，可有多種特殊功能擴展，實現多種特殊控制功能（PID、高速計數、A/D、D/A等）。

在具體接線上，將傳感器或者數據采集卡所獲取的數據信息，按照數據的類型，直接接入PLC的模擬量輸入點或者開關量輸出點，當24個輸入點不夠用時，可以直接采用輸入端口擴展模塊進行輸入點的擴展。PLC采用基于TCP/IP的網絡通信協議和上位機PC機直接通信，從而實現上位機與下位機的數據通信和傳輸。

4 結語

PLC控制技術目前已經壟斷了工業自動控制系統的半壁江山，得益于PLC控制系統具有控制簡單、組網成本低、控制可靠及后期維護簡單方便等優點。將PLC技術與上位機技術結合起來，借助于上位機強大的數據處理和圖像表達能力，能夠更加直觀的對工業控制系統進行無人值守式的遠程控制。本論文以流水線自動生產系統為具體研究對象，設計了基于PLC的自動控制系統，給出了系統的具體實現方案，對于PLC技術在工業生產控制系統中的應用，以及無人值守遠程控制模式的應用，都具有較好的指導和借鑒意義。

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