沙 印

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 江陰 214400）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、電子信息技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化控制也逐漸提出了更高的要求，從過(guò)去的電氣化控制發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)化、智能化和遠(yuǎn)程化控制，也提出了無(wú)人值守的控制要求。在這樣的背景下，有必要對(duì)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化和智能化控制的升級(jí)改造。

本論文以工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出了下位機(jī)與上位機(jī)相結(jié)合的控制模式，實(shí)現(xiàn)了流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化和智能化控制，以期能夠?yàn)楣I(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的無(wú)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(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集功能。要實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)的自動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)化控制，首先要獲取流水線(xiàn)及其他必要機(jī)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(lài)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(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，上位機(jī)需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用數(shù)據(jù)管理程序，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯和再加工，從而通過(guò)友好的人機(jī)交互界面將數(shù)據(jù)信息以合適的方式表現(xiàn)出來(lái)，以供用戶(hù)獲取相關(guān)信息。

（3）自動(dòng)生產(chǎn)功能。通過(guò)PLC的編程，要能夠?qū)崿F(xiàn)流水線(xiàn)系統(tǒng)全部機(jī)電裝備的自動(dòng)運(yùn)行，在不需要人工控制干預(yù)的前提下自動(dòng)完成全部生產(chǎn)動(dòng)作及功能。這需要對(duì)流水線(xiàn)系統(tǒng)全部動(dòng)作進(jìn)行編程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（4）遠(yuǎn)程控制功能。上位機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出相關(guān)控制指令，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流水線(xiàn)系統(tǒng)的相關(guān)裝備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而真正實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化、智能化。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于PLC技術(shù)的流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)主要分為上位機(jī)與下位機(jī)兩個(gè)層次，下面逐一進(jìn)行分析探討。

（1）上位機(jī)：上位機(jī)主要是指基于PC機(jī)或者工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理終端。上位機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理和遠(yuǎn)程控制功能，就必須借助于第三方軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)專(zhuān)用的管理程序，同時(shí)要具備良好的人機(jī)交互性。通?？梢越柚诮M態(tài)軟件進(jìn)行人機(jī)交互程序的開(kāi)發(fā)，組態(tài)軟件最大的優(yōu)勢(shì)在于所見(jiàn)即所得，能夠再現(xiàn)真實(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)與被控對(duì)象的狀態(tài)和動(dòng)作。

（2）下位機(jī)：下位機(jī)主要是以傳感器、PLC為核心的底層數(shù)據(jù)采集、獲取設(shè)備，以及必要的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)裝備，如交換機(jī)，路由器等。傳感器負(fù)責(zé)采集流水線(xiàn)自動(dòng)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(guò)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(luò)傳輸裝備進(jìn)行傳輸，最終將數(shù)據(jù)信息傳送到上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和遠(yuǎn)程控制功能。

3 流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)層次分析

基于PLC的流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)來(lái)分析，主要可以從以下三個(gè)層次入手實(shí)施系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：

（1）底層——數(shù)據(jù)感知層。底層主要布置傳感器、PLC設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡等用于獲取數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。在布置底層的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的設(shè)備類(lèi)型，不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，不同的接口類(lèi)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(guò)傳感器與數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)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(luò)傳輸設(shè)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(lài)于中間網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)，因此在采用傳統(tǒng)的基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，還需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠性等?wèn)題；另一方面，在布線(xiàn)的時(shí)候，還應(yīng)當(dāng)充分考慮到防雷、接地等問(wèn)題，確保網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行開(kāi)發(fā)。B/S模式的優(yōu)點(diǎn)在于分布式遠(yuǎn)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(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制；C/S模式的優(yōu)點(diǎn)在于控制的穩(wěn)定性和可靠性，但是需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的人機(jī)交互程序。目前普遍采用B/S模式進(jìn)行數(shù)據(jù)管理中心的布局與開(kāi)發(fā)。對(duì)于流水線(xiàn)自動(dòng)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(kù)管理軟件實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理。

3.2 PLC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

結(jié)合流水線(xiàn)自動(dòng)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P(yáng)LC具有繼電器輸出及輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶(hù)存儲(chǔ)器8Kb，可擴(kuò)展到16K，最大可擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計(jì)數(shù)、A/D、D/A等）。

在具體接線(xiàn)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(lèi)型，直接接入PLC的模擬量輸入點(diǎn)或者開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，當(dāng)24個(gè)輸入點(diǎn)不夠用時(shí)，可以直接采用輸入端口擴(kuò)展模塊進(jìn)行輸入點(diǎn)的擴(kuò)展。PLC采用基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和上位機(jī)PC機(jī)直接通信，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信和傳輸。

4 結(jié)語(yǔ)

PLC控制技術(shù)目前已經(jīng)壟斷了工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的半壁江山，得益于PLC控制系統(tǒng)具有控制簡(jiǎn)單、組網(wǎng)成本低、控制可靠及后期維護(hù)簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。將PLC技術(shù)與上位機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，借助于上位機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖像表達(dá)能力，能夠更加直觀的對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)人值守式的遠(yuǎn)程控制。本論文以流水線(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)為具體研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)于PLC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制模式的應(yīng)用，都具有較好的指導(dǎo)和借鑒意義。

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