自动化生产线中可编程序控制器（PLC）与私服系统使用的方案与探究郑慈航

自动化生产线中可编程序控制器（PLC）与私服系统使用的方案与探究郑慈航

郑慈航

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摘要：目前，国外自动化生产线的发展现状主要表现为高度智能化和高度自动化，这些生产线也有其自身的缺点。比如换了一套类似的加工产品时，操作工人需重新修改控制参数，较耗时，而且影响生产。因为其特殊性和使用局限性，并不能很好地满足控制需求，而且购买整套控制系统价格也极其昂贵，对于中小企业显然无法承受。本文分析了自动化生产线中可编程序控制器（PLC）与私服系统使用的方案。

关键词：自动化生产线；可编程序控制器（PLC）；私服系统方案；

随着经济的发展和科技的进步，工业化与信息化的结合越来越紧密。作为现代先进科学技术核心的工业自动化正在不断被广泛运用到经济发展的各领域。尤其是在我国，应用高新技术和先进技术，推进传统产业优化升级，充分发挥优势，对于提高国民经济效益，实现综合国力增强有重要的现实意义。大力发展工业自动化能够加快我国的工业化进程。

一、概述

PLC采用的是一类可编程的存储器,用于其内部的存储程序、顺序控制、执行逻辑运算、定时、计数和算术运算等质量,通过数字或模拟的输入/输出控制各类机械或生产过程。PLC及其有关外部设备,都按照便于与工业控制系统联成一体,便于扩充功能的原则设计。组态软件是具有数据采集和过程控制功能的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具,能够支持各种工控设备和常见的通讯协议。

二、自动化生产线中可编程序控制器（PLC）

1.控制总体架构。自动化生产线控制系统主要由工业摄像头、PLC、位置传感器、开关、工业计算机、三自由度滑台(电机和线性模组)及电机驱动器等组成。三自由度滑台是整个控制系统的核心执行机构，通过PLC给驱动器发送控制信号控制滑台的3个分支在各自方向按照给定的坐标来运动。方向与流水线传输带平行，采用齿轮带动皮带的驱动方式，由轴步进电机驱动。直线行驶可实现高速运行，而且定位准确，运行平稳，工作时沿垂直方向上下运行，实现工件的抓取。

2.流程分析如下:一是系统上电后，对各个端口进行初始化，包括限位开关的电平状态，位置传感器的电平状态，脉冲寄存器状态以及电磁阀门的状态等。检测电机的位置。如果不在原点，会根据设置的原点位置，移动到指定原点。原点等待就绪，对脉冲寄存器清零。位置传感器检测工件。当有工件经过时，位置传感器电平状态发生变化，然后摄像头捕获工件图像，经过图像处理计算出相应的参数。二是触发电磁阀开关完成吸气动作，抓取工件后，PLC根据图像处理后的参数给驱动器发送脉冲，控制三轴做相应的移动。调整好工件位置后，电磁阀开关断开，放置工件到相应的位置。等待下一个工件到来，一直循环到任务结束。

3.多轴联动理论分析。因为考虑到在平面上运动时，对平面的运动轨迹进行规划，通常情况下，坐标的定点移动有直线插补和圆弧插补。对于系统执行机构的动作主要是抓取和放置，不涉及复杂的曲线运动，因此这里只讨论直线插补。实现插补计算有多种方法，其中逐点比较法在插补计算方面相比其他算法而言具有更为突出的优势，主要表现为速度快、误差小。然而该算法亦有缺陷，不能实现多轴联动，在某种程度上限制了它的功能。主要用于各轴动作位置参数的修改以及维修时手动工作，调试各个子单元功能模块的功能是否完善，调试各轴动作的实际效果。如果没有手动控制，调试时只能手动拨动电机，手动开闭电磁阀。自动运行也称为全速运行。主要是手动操作循环连续执行。公共子程序是系统共用程序，包含系统初始化、启停控制、原点归零、位置控制、速度控制。当检测区域的粉尘浓度超过安全值时，系统能及时报警并作出相应的处理措施，避免了车间生产事故的发生。

私服系统使用的方案

1.设计思路。采用带液晶监视器(LCD)显示的上位机(工控机)和PLC构成的自动控制系统来实现对整个系统的控制。每台泵配置1套PLC设备，通过对PLC进行程序组态、逻辑优化、参数修正后，使其对数据实现输入扫描、处理与逻辑运算、输出扫描，以控制现场设备;运行人员通过操作员站与PLC设备进行数据通信，不再设置常规控制仪表盘。

2.主要功能。PLC控制系统主要有以下几项功能:数据采集与处理;LCD画面显示，包括工艺流程及测量参数，控制对象状态也能显示成组参数;记录功能，包括报警打印、趋势记录、定期打印(值班记录、班报、日报、月报);历史数据存储与检索;设备的远方手动单操功能;重要设备的联锁保护功能;重要液位的自动调节功能。

3.使用方案。

（1）系统功能设计与实现。一是系统组态软件。PLC控制系统的功能设计与实现需要进行两方面的组态工作:下位机—PLC设备的程序逻辑组态，使用软件开发;上位机—操作员站的画面操作组态。二是基础功能。PLC控制系统经过程序组态，实现以下基础功能。画面显示的数据刷新频率为1次/s。所有工艺流程图画面均能在1s或是更短的时间内完全显示出来。操作员站具有系统组态、画面修改、系统诊断、程序开发以及数据库管理等功能。每台操作员站配备1个键盘。每个键盘除具有正常的数字、字母输入功能外，还应能通过编程自定义部分快捷键，使操作员能直接调出各种所需的画面。

（2）数据采集功能。一是PLC设备硬件组态及输入/输出(I/O)通道分配。统计每套PLC系统的I/O点所要求配置的点数。二是PLC数据采集。PLC需对模块采集的模拟量输入(AI)(4～20mA)、热电阻PT100、CU50等信号进行内部换算，转换成浮点数和量程标定，才能进行系统调用。三是上位机监控画面组态。监控软件组态王与PLC之间建立连接，调用I/O点、中间变量数据。在上位机上完成参数采集、数据通信、指令下达等功能。根据系统工艺过程生成工艺流程图。工艺流程图涵盖了系统设备信息、参数显示、运行工艺流程等内容，操作人员能直观地对整个系统进行监视和操作，从而实现控制系统人机交互的数据采集功能。根据工艺流程设计LCD画面，主要包括主菜单、子菜单、设备和标题4部分画面。标题画面显示当前画面的系统名称、日期及时间;子菜单画面显示每个系统的若干个按钮;主菜单显示主系统的按钮、报警栏等。LCD工艺流程图画面显示包括工艺流程、运行设备及测量参数，其中运行设备的状态也能显示成组参数。键盘和鼠标的操作应有反馈，即画面上应有反应。当发生参数越限报警、运行设备故障或状态变化时，通过不同颜色进行显示，所有被监控的信号应都能打印记录。

（3）设备操作。每套PLC均需对应1套设备操作进行逻辑组态，针对不同设备编写不同的操作程序，使控制系统能接收上位机的操作指令，根据工艺设计，有效地对现场设备进行驱动、控制。对工艺流程图进行组态，使运行人员能直观地对设备进行操作、控制，并接收现场设备的反馈信息。

从目前中国的工控及自动化市场发展来看，中国拥有世界最大的市场。但是，我国自动化技术和产品以及应用情况，虽然在个别领域取得了一些突破，但还远没有形成产业规模，名牌的支柱企业也还没有形成。随着“十二五”规划继续强调转变经济发展模式，提高工业自动化水平则是实现途径。综合来看，我国工业自动化市场前景广阔。

参考文献：

[1]孙涛[著].浅谈我国工业自动化未来发展趋势.浅谈我国工业自动化未来发展趋势.城市建设理论研究，2015年22期

[2]贺章波[著].我国自动化的发展方向.中国新技术新产品.中国新技术新产品，2015年19期

[3]梁昌鑫，贾廷纲，陈孝祺[著].工业自动化现状与发展趋势.上海机电学院学报，2015年第三期