PLC控制下的工業自動化生產線設計

梁雄基

摘 要：隨著社會和經濟的高速發展，對各種工業產品的需求量持續增加，對工業自動化生產線設計提出了更高要求。為了提升工業自動化生產線的設計效果，可以在其中應用PLC控制技術，提升自動化生產線的自動化運行效果。為此，筆者在文章中對PLC控制下的工業自動化生產線設計進行探討，希望對促進我國工業的發展可以起到有利的作用。

關鍵詞：PLC控制;工業自動化;生產線設計

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）04-022-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.011

自動化技術自20世紀以來發展非常迅速，經過多年的發展，技術已經相對成熟。其可以在無人條件下實現對各種元件的控制和對儀表的監控。自動化技術是現代科技發展的重要標志，在工業生產中的應用不斷增加，使用的安全程度相對較高，能夠有效提升生產的安全性。

1 PLC技術介紹

PLC又可稱為可編程控制器，其是計算機技術發展的產物，在其內部一般都含有數片的單片機系統。其具有運行簡單計算機指令的功能，為了加強這些單片機的功能，這些單片機的擴展功能也很強大，很多單片機都具有通信功能，這在很大程度上對PLC的功能進行了擴展[1]。在PLC的外部有很多輸入和輸出接口，輸入接口可以對外部各種開關輸入量進行輸入，再經過其內部微處理器的運算加工后，就可以通過外部端口輸出各種控制信號，對外部設備進行有效控制。現在很多PLC都具有通信功能，內部會集成各種通信協議，可以和上位機甚至和設備進行數據通信，可以控制設備完成復雜操作，或者將重要數據及時上傳到上位機，讓操作人員對整個系統的運行狀態有一個非常清晰的掌握，從而使其及時對系統控制進行調整。

PLC技術在實際使用過程中，主要具有以下幾個特點：通用性較強。各種編程模塊的使用相對簡單，能夠通過對各種模塊的合理使用組成各種不同的控制系統。系統運行的可靠性與安全性相對較強。由于PLC采用了獨特硬件結構，可以保證其在運行過程中能夠有效避免外界干擾，在各種惡劣環境中實現自動化生產控制。其輸入和輸出點都是各種開關量或者模擬量，且輸入和輸出的開關量采用了光耦隔離技術，進一步提升了PLC運行的抗干擾能力。調試相對靈活，體積較為小巧。在生產控制系統實際應用過程中，如果需要改變控制方式，只需要進行少量修改就可以完成控制系統控制功能的調整。PLC技術實際應用過程中，應對現場應用環境進行認真考量，確保PLC系統具有足夠的抗干擾能力。

2 工業自動化生產PLC控制系統設計

在軟件設計過程中，應與硬件設計工作同步進行，能夠根據控制的具體要求將生產工藝圖轉變為梯形圖。這是軟件設計的主要任務，也是PLC技術應用的關鍵所在，這就需要設計人員認真做好程序編寫工作。工程技術人員在工業控制應用和調試過程中，應掌握必要的軟件和硬件知識，并具有調試PLC系統和各類元件、儀表的能力。在工業生產過程中，可以根據控制要求復雜程度的不同，將控制分為簡單控制和復雜控制。在結構方式設計過程中，其采用的設計思想主要可以分為三類：條件與分支結構、順序結構和循環結構。如果采用模塊化設計思路，各個模塊之間的連接關系相對簡單，各個模塊的獨立性也相對較強，程序修改和調試比較容易，可以將總控制目標分為多個任務比較明確的程序模塊，最后完成一個比較完整的總任務程序。其中，各個模塊可以分別進行調試和編程，能夠實現對復雜過程的控制[2-3]。

2.1 硬件設計

PLC硬件設計效果對PLC控制系統運行的安全性、可靠性和穩定性，有著非常直接的影響，其主要包括輸入和輸出兩個部分的設計：

輸出電路設計。在輸出電路設計過程中，其主要包括變頻器、指示燈、數字直流調速等，可以直接采用晶體管輸出形式，這樣會更加有利于高頻動作。PLC的輸出頻率在5次/min以下，如果采用繼電器輸出形式，可以有效提升帶負載能力，且輸出電路設計會更加簡單。如果PLC的輸入為感性負載，則在負載斷電的過程中會造成電流浪涌現象。因此，對于交流感性負載，可以采用浪涌吸收電路。如果是直流感性負載，就需要在旁邊接續流二極管，避免PLC在使用過程中出現破壞現象。

輸入電路設計。PLC的電源適應范圍相對較寬，通過使用電源凈化元件，可以進一步提升抗干擾能力。為了有效避免高低頻脈沖干擾現象發生，可以直接對隔離變壓器采用雙隔離技術。在PLC輸入電路電源帶負載的過程中，可以直接使用直流24伏電源，為了避免在PLC運行過程中出現電源短路現象，就需要認真應用防短路措施，這對提升安全域系統的供電安全是非常重要的。為了進一步避免發生短路現象，可以直接在輸入電源支路加裝熔絲，直接使用輸入電路功率兩倍的電源容量設計。

2.2 抗干擾設計

如今，變頻調速裝置和晶閘管可控整流技術廣泛應用，電網污染現象越來越嚴重，對控制系統抗干擾設計提出了更高的要求。因此，在PLC控制系統設計過程中，需要認真思考抗干擾問題。通常情況下，可以采用以下抗干擾方式：

屏蔽。在這個過程中，可以直接將PLC系統安放在金屬柜中并認真做好金屬外殼屏蔽工作，通過合理使用接地金屬，避免出現嚴重的空間輻射問題。隔離。在這個過程中，可以使用隔離變壓器并將中性點經過電容接地。

2.3 系統調試

只有采用良好的調試步驟，才能有效完成系統調試工作。在PLC控制系統調試過程中，調試主要分為I/O端子測試、系統程序調試。在系統程序調試過程中，需要將整個系統按功能劃分為多個部分，首先對各部分進行單獨調試，完成各部分的單獨調試再進行整體調試。通過反復調試系統，及時消除系統運行出現的問題。只有保持足夠的調試時間，才可以充分暴露問題并及時進行修改。在調試過程中，應認真做好程序修改、硬件檢查、設備調試工作，并對現場控制量和信號進行綜合調試。盡管如此，在設備生產過程中，通常還是會發現程序漏洞，所以在編寫程序時要盡量考慮到會出現的各種情況。

3 自動化生產線中PLC技術應用案例

新材料分揀碼垛物流自動化工站應用。原來的碼垛工作是人工將接近11kg的絲錠碼垛成4層，每層16個;或3層，每層16個。現在改用機器人拆錠、碼垛：首先，人工將裝滿絲錠的絲車推到上料線，然后在上位機建立碼垛任務;拆錠機器人對絲車的每個絲錠進行拍照，并且將拍照結果傳送給PLC，PLC對比后再反饋結果給拆錠機器人，拆錠機器人收到合格信號才將絲錠放到碼垛位，然后碼垛機器人執行碼垛;整垛碼完后，再進行打帶、纏膜、稱重、貼標、掃描等工作。PLC在整條生產線中需要與上位機、機器人進行通訊，將生產任務信息從上位機傳遞到機器人，再將最終碼垛完的整垛重量等信息反饋給上位機，同時通過接收機器人的信號，對夾具和運輸線運行進行監控。PLC控制各輸送線、掃碼槍，還要與變頻器、伺服、掃描槍等執行通訊，從而實現對它們的控制。

在PLC系統設計中，選用了一個S7-1500PLC作為主PLC，另外還有三個S7-1200PLC，這三個PLC又都帶滿8個擴展模塊。用S7-1500PLC作為主PLC，再用S7-1200PLC和其模塊作為輸入輸出信號，既可以降低項目總成本，也可以提高程序運行速度，增加設備的可靠性。S7-1500PLC需要與上位機進行OPC通訊，與6臺機器人、4臺伺服進行PROFINET通訊，而覆膜機、打帶機、纏膜機、稱重機等外包設備使用S7-200PLC，與其進行S7通訊。利用總線通，既減少接線的工作量，又提高通訊的穩定性。

壓鑄島處理自動化應用。該項目實現工件從壓鑄機壓鑄成型后，前工序機器人從壓鑄機取出壓鑄件，然后放到水箱冷卻，再放到刻印臺利用激光刻印機對工件進行明碼和二維碼刻印，并進行二維碼檢驗。刻印和檢驗完成后，后工序機器人從刻印臺取走工件，分別放到切邊機、鋸床和鉆床進行加工，最后從鉆床取走工件，再根據PLC給出的OK或者NG信號，確定工件是發到下料線，還是NG品放置臺。

整套設備中包括壓鑄島、前工序、后工序、切邊、鋸床和鉆床，分別使用了6個S7-1200PLC。PLC之間進行PROFINET通訊，其中后工序PLC作為IO控制器，與其余5臺設備的PLC作為智能IO設備。這樣就優化了項目管理，使每臺設備的PLC程序可以作為一個單獨工程，可以多人分別對每臺設備進行單獨調試。PLC系統整體框架如圖1所示。

4 結語

隨著時代的不斷發展，對工業自動化生產提出了更高的要求。為了進一步提升自動化設計效果，可以將PLC技術合理應用到其中，實現各種操作的自動化控制，并能夠對整個生產過程進行監控，保證系統運行的安全性和穩定性。

參考文獻

[1] 解磊，吳風武，田萌.在生產工作中工廠電氣自動化控制技術的應用[J].冶金管理，2020（3）：22-23.

[2] 王冬梅.計算機控制技術在工業自動化生產中的應用淺析[J].信息記錄材料，2019（2）：37-38.

[3] 吉強.機械設備電氣工程自動化與工廠供配電節能控制研究[J].通訊世界，2018（7）：55-56.