PLC技術模式下的自動化控制系統集成設計與實現

李棟

【摘 ?要】隨著時間的發展，在先進的計算機控制技術以及電氣自動化控制技術的基礎之上所發展開來的 PLC 自動化控制系統，已經在許多的領域被積極地運用，并且自身迅速地發展。

【關鍵詞】自動化控制系統;PLC 技術;集成設計

在衡量一個國家生產力發展水平以及生產發展中，工業自動化水平是一個重要的指標，并且在工業自動化中，電氣自動化是其重要的組成部分。在基于可編程控制器基礎之上PLC 技術的發展和生產，不僅僅克服了之前控制的許多缺點，還提升了電氣自動化控制的水平，解決了甚多技術上的難題，有著較好的應用和推廣前景。該研究中所提到的單片機選擇變頻器與 PLC，方便用戶管理，維修相對比較方便。為了較好地發揮 PLC 自動化控制系統所產生的積極作用，論文就從 PLC 自動化控制系統以及 PLC 技術優化設計的基本論述出發，對基于 PLC 技的自動化控制系統的集成設計展開討論。

1 PLC 技術及在汽車領域的應用現狀

PLC 是由模仿原繼電器控制原理發展而來，它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令;并通過數字輸入和輸出操作，從而實現對各種機械的控制，完成自動化生產。在油田開采領域，PLC 系統得到廣泛應用，主要體現在以下方面：一是自動計量系統在油田計量中應用，在自動計量系統的基礎上，通過對儀表、執行機構實現智能化和電氣化改造，同時設計 PLC 控制站和中央控制室，由 PLC 集成系統可以完成計20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發展最快的時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。

20世紀末期，可編程邏輯控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。這個時期發展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業控制設備的配套更加容易。

為了適應工業環境使用，與一般的控制裝置相比較，PLC有很多的優點。可靠性高，抗干擾能力強;通用性強，控制程序可變，使用方便;功能強，適應面廣;體積小、重量輕、功耗低、維護方便。但是，PLC在汽車檢測線上還沒得到廣泛應用，因此，推廣PLC在汽車檢測線上的應用，具有重要意義。

2 PLC 技術模式下的自動化控制系統集成設計與實現

汽車檢測線的測控方式又有兩種，集中式和分布式控制方式。分布式方式具備很多優點，如結構層次化，任務分散化、系統調整比較靈活、可擴展性強、故障分散、可靠性高，便于維護、系統重復性好，抗干擾能力強，因而得到了廣泛應用，將PLC應用到汽車性能檢測線上也基于這一思想，采用PLC控制器和分布式I/O組成一個分布式的測控系統。

檢測線系統采用分布式I/O、PLC和工控機網絡系統組成的二級層次網絡結構。由分布式I/O模塊來對各個工位進行信號采集和輸出控制，再通過工業現場總線與主控制器PLC連接，最后通過以太網與工業計算機形成一個汽車檢測線的分布式測控系統。分布式I/O模塊配合工業現場總線DeviceNet的好處是不僅傳輸距離遠、傳輸效率高，而且穩定性好。PLC將各工位的現場數據采集到內部存儲器中，并發送給各個工位的工位計算機。工位計算機軟件通過OPC接口讀取PLC傳輸過來的實時數據，進行相應數據處理、顯示和操作提示。實現檢測業務流程的過程控制，并將動作控制指令再通過OPC接口返回給PLC控制器，由PLC控制分布式I/O執行相應動作。工位計算機由主控計算機實現檢測流程的調度和檢測結果的存儲。最后的檢測結果和檢測工況數據通過網絡匯總存入服務器計算機中。

2.1硬件設計

設計 PLC 控制系統時首先要做好相應裝置的設計。這些裝置包括電源、抗干擾原件等。電源應選擇 80 至 240VAC 的電源，除此之外還應當增加電源凈化元件，可有效的減少干擾，一般情況下建議選用 1：1 的隔離變壓器、電源濾波器等。例如選用雙層隔離設計，也就是將隔離變壓器應用其中，能夠利用屏蔽層降低高低頻脈沖的干擾。設計輸出電路時，首先要在基本的生產工藝要求下開展設計，接著通過晶體管將輸出電路所需要的各式變頻器的調速和控制以及指示燈輸出，且需要晶體管作為支撐，最主要為頻率過高的 PLC 控制系統。通過繼電器輸出，說明其有著過低的頻率，不僅設計簡單還可以提升系統的負載能力。

2.2軟件設計

軟件系統

軟件系統包括PLC編程軟件，PLC接口軟件以及檢測線檢測業務控制軟件。編程軟件采用RSLogix5000，為方便用戶開發控制程序，Rockwell Software公司提供了功能強大的RSLogix5000 32位編程軟件。其具有相當友好的界面，并可通過網絡進行遠程編程。開發人員還可對程序離線仿真。由于其運行環境為Win NT/Win 2000，學習使用方便，并可結合中文描述。RSLogix5000滿足多人同時對系統中各控制器進行程序編制以及調試工作，即同時使用程序編輯軟件，而系統投運后，只需個別維護人員使用這些軟件。

OPC接口軟件采用RSLinx Classic，需要訪問PLC控制器的工位機和主控機都安裝有RSLinx Classic軟件，該軟件加入了先進的數據優化技術，并包含一套診斷機制。其應用程序編程接口（API）支持用RSLinx Classic SDK開發的自定義應用程序。RSLinx Classic既是OPC數據訪問兼容服務器，也是DDE服務器。只需簡單配置即可設置好相應的OPC SERVER供工位軟件訪問。

檢測業務控制軟件包括（1）登錄、選擇系統，（2）各工位工位機軟件，（3）主控機主控管理系統。其中，登錄、選擇系統主要功能是完成待檢車輛基本信息和檢測項目的錄入，可以實現車籍檔案錄入、檢測項目選擇和檢測參數設置等功能，還實現了智能快速登錄功能，通過網絡連接發送給主控機。登錄系統與汽車廠數據庫聯網，實時獲取車輛基本信息，對于同一輛車，只需錄入一次，下次報檢時，只要輸入正確的車牌號碼和號牌種類，就可將上次錄入的信息從數據庫中調出。通過建立車型詞典、車輛單位詞典和智能查詢功能加快登錄的速度和準確性。

工位控制系統包含了檢測線的常檢項目，如車速速度表、車輛外觀、底盤、側滑、軸重、制動、前大燈、煙度、廢棄、喇叭聲級等項目。工位機軟件是完成具體檢測任務的控制部分。從主控程序獲得登錄車輛信息、車輛車型信息及車輛復檢時上一次結果信息，智能指導引車員操作及控制檢測設備進行車輛檢測。工位機軟件通過RSLinx Classic提供的OPC服務器可訪問PLC內的數據，進而獲取各工位現場傳感器的數據以及控制工位檢測流程。工位機軟件采用模塊化設計，每個設備開發一個獨立模塊，增加、變更設備只需要替換相應的設備控制模塊，不影響其他系統的運行。

主控機主控管理系統是檢測線控制軟件的控制中樞，擔任檢測網絡中的網絡服務器，進行車輛自動的調度檢測，并實現數據庫操作層接口。主要完成待檢車輛檢測線分配、實時顯示檢測線上各工位檢測數據、檢車進程和檢測車輛排隊情況、檢測標準設定、評定檢測結果等。自動判斷在線工位，任一工位掉線都不影響其它工位的正常檢測。

3 結束語

本文基于PLC和分布式I/O的汽車性能檢測系統利用了PLC抗干擾能力強、組網安裝方便、適用于復雜的工業現場的特點，采用了先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術和軟件技術。該檢測系統的設計科學合理、采用了當前先進的軟硬件技術、科學的聯網技術、合理的工位布局，保證了極高的檢測精度和檢測效率，具有很好的應用推廣價值。

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（作者單位：保定市長城汽車股份有限公司）