PLC在工業自動化控制方面的應用

陳建中 董鳳祥

【摘 要】PLC以其豐富的接口功能、簡單的編程、靈活的結構、極強的適應性、完全的開放性而被廣泛的應用于幾乎所有的工業自動化領域，它目前已經成為工業自動化控制的支柱之一，極大地推動了工業自動化的進程。筆者根據多年工業自動化經驗結合某企業的實例淺談PLC在工業自動化控制方面的具體應用。

【關鍵詞】PLC；工業自動化；應用

1 PLC概述

PLC即可編程邏輯控制器。今天，PLC已經超越了其“控制器”的范疇，儼然以一個主宰者的身份幾乎主宰了整個工業自動化領域。PLC從不太科學的狹義上來講是“控制器”，因為它只是一小塊芯片而已；但是從廣義上講它已經是實際意義上的電腦了，因為電腦的CPU（中央處理器）、存儲器、控制器、運算器、輸入輸出單元它全都具備，且全都集成于一小塊芯片之內。而且最難能可貴的是它還具有電腦所不完全具備的實時性、堅固性、穩定性、抗干擾性、可靠性等許多工業自動化應用中所具備的優點，并因此而得到廣大工業自動化同仁們的青睞。

PLC的硬件構成：

①電源：PLC的電源其實只是其芯片上的幾個針角，由于PLC是芯片級的電腦，因此它幾乎和電子表一樣省電。

②中央處理單元（CPU）：PLC是單核的，因此它只有一個CPU。CPU相當于人類的大腦，是PLC的核心部分。主要負責運算與邏輯功能-即“思維”的過程。

③存儲器：分為運算暫存器與程序存儲器。程序存儲器存儲用來執行的編好的程序。暫存器用來調入程序在其中然后通過CPU在暫存器中的運行達到自動化的操作。所以暫存器是供CPU這個大腦一步步運算存數取數之用的。

④輸入輸出接口電路（I/O模塊）：I/O是PLC與模/數數/模控制器連接的部分，運算得出的指令要通過I/O接口轉換成操作指令送到機器上以控制機器的啟、停、操作等動作。也可以用來接收用戶的按鈕傳來的命令。

2 PLC在卷煙配料系統中的應用

2.1 系統概述及工作原理

下面就以某煙廠為例對其配料系統進行自動化改造方面的應用。煙廠的配料系統主要包括：成品倉料位控制、配料流水線、煙料倉位監控、煙料配方計量控制、混合攪煙控制。目前我們僅對其煙料配方計量控制系統和流量計量控制系統進行PLC自動化改造。配方計量控制系統由電子秤、變頻器、PLC、觸摸屏等部件組成。

當秤架上有煙絲流過時，由稱重變送器輸出一正比于煙絲重量的計量電平信號， 經A/D 轉換成重量碼Mp；由旋轉編碼器發出跟蹤皮帶速度的脈沖信號， 經計數器轉換成速度碼 Mv。再由 CPU計算得實時流量Qn=Kn×Mp×Mv及累計產量W=■Qndt，兩值經串口送顯示屏顯示。實時流量Qn與預置給定流量Qp相比較得配料偏差e=Qp-Qn，經PID調節改變DP A輸出接口電平，以控制變頻器對輸送電機的速度調節，即反向調節Mv值，從而實現定量給料。

各配料同時混合計量，并按配方工藝要求加香、加水等，經均勻攪拌后送煙絲成品柜，以待后用。

2.2 系統硬件設計

配料控制過程是一個多輸入、多輸出、滯后特性明顯的特定對象， 除要求現場生產具備一定工藝條件外， 更要求系統硬件配置高可靠。基于系統設計要求，選用羅克韋爾A—B Contrologix 5000 PLC可編程序控制器為工作主機，并配以相應的接口模塊：DI/O模塊選用1746-IB16/OW16，AI/O模塊1746-NI8V/NO4V，計數模塊為1746-HCSE。該系列PLC 采用模塊式結構， 配置靈活， 功能齊全，運行可靠，具有良好的環境適應性和抗干擾能力；且軟件編程簡單， 指令豐富，易于學習和使用。PLC負責配料工藝的算術運算及邏輯控制， 包括設備的狀態檢測、煙絲檢測；執行邏輯、算術運算；輸出執行指令（參數） ，完成級聯控制、電機速度調節、配料啟停等功能。

在人機交互的操作、顯示界面上，采用GP370彩顯智能觸摸屏，實行全程漢化人機對話觸摸工作方式，性能穩定，操作靈活。以串行通信方式完成與PLC之間通信，在線運行配比參數設定和信息查詢，實現監控配料過程。

2.3 系統軟件設計

（1）PLC軟件設計

根據煙絲各原料在計量運算、配制控制方式上具有一定共性的特點，采用模塊化結構方式設計系統控制程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設計時首先按工藝流程確定配料系統中各運行狀態的先后次序及連鎖關系；畫出PLC各輸出信號與輸入信號的邏輯、運算關系；再由關系轉化為梯形圖。該程序分別由煙絲計量、PID運算、過程監控、故障診斷等程序段組成，采用模塊化結構方式編制后，程序流程有序、邏輯清晰。煙絲配料過程時間短，條件多，運算復雜，為此，將系統的運行和故障聯鎖等全部由PLC控制，以提高系統的可靠性；在軟件設計中適當添加聯鎖條件，使各電子秤嚴格確保相互約束或定時關系；建立合適的狀態標志位，并準確應用于各控制狀態的設計中；設置識別及處理故障的能力，對系統中的煙絲料位、變頻器異常等采用延時確認方式。

（2）人機交互界面設計

系統人機交互操作、顯示界面是基于Windows XP環境下設計， 選用Digital公司的ProTool軟件編程，該組態軟件具有較高的穩定性和兼容性，直觀的圖形界面便于學習和使用。

2.4 系統優化

（1）煙絲重量檢測采用球頭拉桿裝置，由球頭拉桿承載于計量支架與重量傳感器間。由于儲柜喂料對皮帶經常產生顫動及秤架工作運行時的震動，使傳感器檢測失真。改用垂直受力的拉桿結構后，可減少檢測誤差。

（2）添加皮帶糾偏裝置。在秤架兩側安裝皮帶導輪及跑偏調整托輥，實現皮帶運行時自動糾偏，以利于電子秤運行穩定、計量準確。

（3）控制電機選用進口SEW電機， 它動態性能好，運行平穩，轉矩大，變速反應迅速、準確，有效消除配料因執行機構反應滯后產生的誤差。

（4）為抑制電源及變頻調速器對控制系統的噪聲干擾，采用線路濾波器、 隔離變壓器及分離開關單獨供電。線路濾波器安裝時盡量靠近 PLC 電源，用最短雙絞線連接，且將其輸入、輸出配線分開。

（5）對檢測開關、PLC I/O信號、重量變送器、速度編碼器等采用專用凈化電源供電， 以提高信號線路的抗干擾能力及整套設備的電磁兼容性。

（6）采取合理的配線方式。控制線路、電源線路和信號線路分別獨立配線， 且相互間保持一定距離， 設法避免長距離平行配線，采取垂直交叉走線方式，以及輸入、輸出信號線分槽布置。對速度調節、流量計量、測速脈沖等信號采用雙絞屏蔽電纜傳送。

3 PLC 在工業控制應用中的注意事項

3.1 溫度

對于PLC而言，它所要求的環境溫度是0～55℃，那么，在進行安裝時，不可以把它放在發熱量較大的元件下面，周圍要有足夠大的通風和散熱空間。

3.2 濕度

空氣的相對濕度要保持在小于85%的范圍內，并且沒有凝露，目的是對PLC 的絕緣性進行保證。

3.3 震動

PLC不應該靠近強烈的振動源，要盡可能的遠離，防止振動頻率為10～55Hz的頻繁振動或者連續振動。

3.4 電源

PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓，以減少設備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端。

4 結語

改造以后的煙廠自動化控制系統經過一段時間的運行，一切正常，大大提高了以往單靠人工操作的運行效率。而且由于PLC的電腦控制，使得配料更為精確，保證了香煙的品質。

【參考文獻】

[1]魏雪松.淺談工業自動化控制中PLC 的應用[J].民營科技，2008（12）.

[2]鄧高壽，潘宏俠.PLC 在工業自動化控制領域中的應用[J].機械管理開發，2006（6）.

[責任編輯：王靜]