PLC 控制系統在智能制造領域中的應用研究*

梁遠君，梁洛銘

(廣西玉林農業學校，廣西 玉林537000)

智能型制造裝置系統是智能型制造方式體現的載體，即為信息科學技術和現代化控制科技有機結合形成的實際應用的體系，該體系的重點環節是大容量的信息數據處理、圖形圖像識別、復雜狀態分析、方向決策等現代化工業控制相關科技的開發及實際使用，為此可以認為工業領域的控制裝置系統是智能型制造體系中自動化相關技術及信息化相關技術的重要基礎，這當中的可編程的邏輯控制器單元(英文縮寫為PLC)為工業控制領域中獲得了比較廣泛實際應用的重要部件之一。工業控制過程的安全性是智能型制造工程的關鍵保障，也是形成制造領域強國及網絡技術應用強國發展戰略得以實現的重要基礎。

1 PLC 控制系統

通常來講，可編程的邏輯控制器單元(PLC)裝置系統，通常是由控制裝置、邏輯控制狀態程序系統和監控狀態程序控制系統等部分構成，具有邏輯控制、定時控制、動作順序控制、系統計數等多項功能，可以應用在智能型制造裝置系統中的各類工業自動化控制場景，實現對于各種機械或者電子設備的工業生產控制工作，其特點為可編程、集成化、維護方便、可靠性高等優點。常規的可編程控制單元的主要組成以及各項功能如圖1 所示。

圖1 PLC 控制裝置系統總體結構圖

1.1 控制單元

可編程邏輯控制裝置指的是一類依靠控制領域相關科技及信息數據通信相關科技為框架的數字化控制系統，是一類能夠實現編程控制功能的核心模塊。控制裝置一般由硬件單元、工作控制程序、總線系統等部件構成。可編程邏輯控制器如圖2 所示。

圖2 可編程邏輯控制器

硬件單元組成了控制單元的最根本的硬件結構，借助各種硬件單元的組合，能夠匹配各類工業控制場景的實際需求;工作控制程序在主控制器(英文簡稱CPU)模塊上進行工作，是相關用戶的控制工作的邏輯和控制單元間的連接紐帶，經過和上位機的通信并針對相關的配置數據參數及用戶采用的控制邏輯模式實施運算和分析，達成系統總線的主要站點和輔助站點間的數據的管理及操控;系統總線是根據相關的通信協議把相關控制單元及現場的智能型儀器儀表相關裝置相互聯通的網絡系統[1]。

1.2 邏輯組態軟件

邏輯狀態程序指的是工作在上位機的綜合型系統開發平臺，完成可編程控制單元的匹配、邏輯控制方面的編譯活動，編譯工作之后生成了系統可以運行的文件下推到控制單元或者仿真裝置，用以達成系統調試、狀態監控、線上故障診斷、線上調整/強行改變參量及線下仿真模擬等操作。

1.3 監控狀態程序軟件

監控狀態程序軟件指的是信息數據收集和過程控制相關的專門開發平臺，能夠為現場操作人員提供一系列應用類似“搭積木”模式的任意組合的狀態解決方案，進而迅速搭建生成控制裝置系統監控能力基于一系列常規的控制要求為參照，相關的控制過程的完成流程如圖3所示。

圖3 常規的控制過程的完成過程流程圖

相較于市面上常規型號的電腦網絡系統，PLC 相關的程序開發平臺在基礎開發程序前提下實施了相關封裝操作，能適應數量更多的工程軟件設計者，相關軟件的開發過程中只需具備較低水平的軟件開發能力就能勝任，相關開發工作的效率將會獲得顯著提升。PLC 模塊具有集成化的拓展功能，能夠適應各種需要，開發過程中借助各種組合生成相關系統，并且PLC 模塊也具備比較優異的周邊環境適應能力及抵抗外界干擾的能力。

2 PLC 在智能型制造工業體系中的實際應用

PLC 模塊裝置具備較高的可靠性、相關工程技術人員現場操作和編程操作簡便等特點，是現階段國防和工業、離散模式加工制造、流程控制加工制造等控制裝置相關系統的核心設備之一。伴隨著智能型加工制造體系的落實，智能型制造的相關項目工程日漸增多，PLC 模塊在智能型加工制造領域中的實際應用范圍也越來越廣泛。

2.1 汽車領域的實際應用

汽車領域的加工制造的生產規模非常龐大，對工業自動化發展水平的需求較高，牽涉到的相關自動化科技及產品包含相應的控制功能的終端產品、加工現場的總線系統、運動過程的控制系統、機器裝置的視覺模塊、離散型傳感裝置、安全保障相關設備等，通常汽車制造領域是智能型加工制造應用的主流應用領域。汽車工業的生產線一般可以分成沖壓操作、焊接裝配操作、總裝及涂裝操作等4 大類加工工序，每一道生產工序均可能大規模應用PLC 模塊進行控制工作[2]。

汽車生產企業的沖壓車間內部除了機械手臂之外，其他的控制環節均采用PLC 模塊。焊裝車間內部的每條生產線需要使用6-9 套PLC 模塊系統，通常需要應用在信號傳輸系統的控制方面，比如標致308 車型的壓裝生產線中，使用的是分布型的控制解決方案，所有的PLC模塊相對應地控制某個子模塊系統裝置，比如物流系統生產線的相關工位處。另外總裝車間的PLC 模塊通常用在運輸線部分的控制系統，運輸線可以分為高架線系統、車輛內飾線系統及最終總裝線系統3 大部分。高架線系統上的PLC 模塊通常用于車輛后軸及前軸的車輛發動機部分的控制系統，最終總裝線通常用在實施測試控制及所有工位的變動操作的控制系統，一般情況下，一段工藝操作過程使用一套相對應的PLC 模塊。

汽車領域中的PLC 系統終端用戶不但包含各類規模的整車主機汽車生產廠家，還包含了各類系統總成、部件及相關零件配套廠商，各個不同的廠家采用的PLC 模塊以及系統差別比較顯著，涵蓋了各類型號的PLC 模塊相關產品。在各類零部件配套廠家中，大、中、小型的PLC模塊分別適合裝配到運輸設備控制操作、生產設備控制操作以及公用設施相關工程中。汽車領域通常針對各條不同生產線上的工位處實施相關控制操作，對于PLC 模塊的使用數量較多，然而其控制過程的點數相對較低，多數為中型PLC 模塊。

2.2 電力領域

火力發電網絡系統中伴隨著DCS 在主、輔控制操作過程中使用日益普及，大型的PLC 模塊現階段在新落成的火力發電工程項目中的實際應用比例相對比較小，項目工程改建和存量領域有某些應用情況。水力發電領域中對于PLC 模塊的實際使用以大、中型號產品系列為主流，而小型的產品通常應用在相關設備的控制操作。PLC模塊在水力發電領域中通常應用在現場裝備的控制過程，包含現場整體控制操作及實現全站的相關裝備的繼電保護操作以及水機設備的保護操作，電氣系統信息量和非電氣系統信息量的收集和分析處理，斷路裝置及某些隔離功能的開關位置的分合閘裝置控制操作，水輪型發電機組的自動控制程序等操作以及全站內部的公用裝備的運行情況監控操作等等。大型PLC 控制系統如圖4所示。

圖4 大型PLC 控制系統

2.3 包裝工業領域

通常在藥品的包裝領域中，PLC 模塊已經成為藥品相關包裝機械設備中的標準控制模塊。不過依然有數量很多的相關裝置沒有安裝使用PLC 模塊，除了某些機型配備了嵌入式的控制模塊之外，繼電器裝置還是目前主流的包裝機械裝置的控制模式。包裝領域的相關機械在運行過程中動作控制的要求相對來講比較簡單，很少應用模擬量進行操作，一般用在相關裝置的啟動及停止操作、安全過程控制操作，某些情況下可能會應用到特殊的功能模塊，比如物品稱重功能的模塊。

3 PLC 模塊應用的未來發展方向

伴隨著現代化信息科技和加工制造行業的高度結合，國內的智能型制造的發展獲得了顯著的效果。作為代表著工業3.0 開始象征的PLC 模塊系統在現代化的智能型制造時代(工業4.0 的時代)表現出嶄新的未來發展勢頭。

3.1 安全可靠的優勢

對于PLC 模塊的控制裝備以及相應的通信網絡環境信息數據的安全問題，相關工程技術人員研究根據可信型計算的可信密鑰的產生過程、分配過程、更新過程及銷毀程序，能夠達成針對PLC 模塊的網絡終端通信以及參數信息的完整度、保密能力及真實程度的規定。對于PLC 模塊控制裝置系統聯網過程的安全問題，分析了依據控制裝置系統網絡環境的可信程度、聯網用戶身份信息的確認并且配合工程控制模塊系統內部的通信模式，實施可信程度的評估處理，依據可信程度聯網模式、可信程度的評價模型，能夠合理應對工業控制系統中網絡信息的安全連接難題。可信程度的PLC 模塊能夠供應更完善的診斷和問題應對功能，具備更高的安全級別、更完善的系統功能。應用可信的系統結構能夠保證系統主體框架的可信程度、相關資源配置方案的可信程度、操作模式的可信程度、信息數據存儲過程的可信程度以及管理策略的可信程度，進而實現主動針對惡意訪問防御的目標。

3.2 智能化發展研究

分析支持智能化工廠“認知－控制－決策”多功能模塊化的智能化控制模塊及網絡協同PLC 技術，能夠完成PLC 控制單元無限制網絡化的同步模擬仿真、全局分布控制及多類型控制單元的協作運算與集成。智能化的PLC 控制模塊與深度學習的邏輯編程軟件能夠符合工業級實時性及安全可靠性的技術要求[3]。

4 結束語

綜上所述，伴隨著智能制造技術的普及與新型信息技術的進步，PLC 控制系統作為常規的自動化重要裝置一定會得到更加廣泛地使用，新科技地持續出現將使PLC 控制系統朝著更加可控、安全及智能化的方向推進。