基于PLC控制的流水線自動控制系統(tǒng)設計

沙 印

（江陰職業(yè)技術學院,江蘇 江陰 214400）

0 引言

隨著計算機網(wǎng)絡通信、電子信息技術的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)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(fā)展到現(xiàn)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(tǒng)的控制系統(tǒng)進行自動化和智能化控制的升級改造。

本論文以工業(yè)生產(chǎn)中常見的流水線自動控制系統(tǒng)為研究對象，提出了下位機與上位機相結(jié)合的控制模式，實現(xiàn)了流水線自動控制系統(tǒng)的遠程化和智能化控制，以期能夠為工業(yè)自動控制系統(tǒng)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(tǒng)總體設計

1.1 主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集功能。要實現(xiàn)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(shù)、狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，這依賴于傳感器獲取。

（2）數(shù)據(jù)管理功能。傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)缴衔粰C中，上位機需要開發(fā)專用數(shù)據(jù)管理程序，對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息以合適的方式表現(xiàn)出來，以供用戶獲取相關信息。

（3）自動生產(chǎn)功能。通過PLC的編程，要能夠?qū)崿F(xiàn)流水線系統(tǒng)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(chǎn)動作及功能。這需要對流水線系統(tǒng)全部動作進行編程控制來實現(xiàn)。

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

1.2 系統(tǒng)結(jié)構設計

基于PLC技術的流水線自動控制系統(tǒng)，其整體結(jié)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(xiàn)的數(shù)據(jù)管理終端。上位機要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理和遠程控制功能，就必須借助于第三方軟件開發(fā)系統(tǒng)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(tài)軟件進行人機交互程序的開發(fā)，組態(tài)軟件最大的優(yōu)勢在于所見即所得，能夠再現(xiàn)真實的生產(chǎn)狀態(tài)與被控對象的狀態(tài)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(shù)據(jù)采集、獲取設備，以及必要的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)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(tǒng)的狀態(tài)信息、位置信息、生產(chǎn)信息、工位信息等一切必要的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過PLC內(nèi)部程序的處理，轉(zhuǎn)換為需要的物理量數(shù)據(jù)，并由網(wǎng)絡傳輸裝備進行傳輸，最終將數(shù)據(jù)信息傳送到上位機中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和遠程控制功能。

3 流水線自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)層次分析

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

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

（2） 中間層——數(shù)據(jù)傳輸層。中間層主要布置網(wǎng)絡傳輸設備，底層數(shù)據(jù)和頂層管理中心之間的數(shù)據(jù)通信完全依賴于中間網(wǎng)絡層的設計，因此在采用傳統(tǒng)的基于TCP/IP網(wǎng)絡通信協(xié)議的基礎上，還需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃缘葐栴}；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(wǎng)絡通信的穩(wěn)定可靠。

（3）頂層——數(shù)據(jù)管理層。數(shù)據(jù)管理層一般采用B/S或C/S模式進行開發(fā)。B/S模式的優(yōu)點在于分布式遠程控制，只要能夠聯(lián)網(wǎng)，借助于瀏覽器就能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的遠程控制；C/S模式的優(yōu)點在于控制的穩(wěn)定性和可靠性，但是需要開發(fā)專用的人機交互程序。目前普遍采用B/S模式進行數(shù)據(jù)管理中心的布局與開發(fā)。對于流水線自動控制系統(tǒng)而言，由于需要管理的數(shù)據(jù)比較多，可以采用數(shù)據(jù)庫管理軟件實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理。

3.2 PLC系統(tǒng)的實現(xiàn)

結(jié)合流水線自動控制系統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計數(shù)、A/D、D/A等）。

在具體接線上，將傳感器或者數(shù)據(jù)采集卡所獲取的數(shù)據(jù)信息，按照數(shù)據(jù)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(wǎng)絡通信協(xié)議和上位機PC機直接通信，從而實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)通信和傳輸。

4 結(jié)語

PLC控制技術目前已經(jīng)壟斷了工業(yè)自動控制系統(tǒng)的半壁江山，得益于PLC控制系統(tǒng)具有控制簡單、組網(wǎng)成本低、控制可靠及后期維護簡單方便等優(yōu)點。將PLC技術與上位機技術結(jié)合起來，借助于上位機強大的數(shù)據(jù)處理和圖像表達能力，能夠更加直觀的對工業(yè)控制系統(tǒng)進行無人值守式的遠程控制。本論文以流水線自動生產(chǎn)系統(tǒng)為具體研究對象，設計了基于PLC的自動控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案，對于PLC技術在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)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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