李棟

【摘 ?要】隨著時間的發(fā)展，在先進的計算機控制技術(shù)以及電氣自動化控制技術(shù)的基礎(chǔ)之上所發(fā)展開來的 PLC 自動化控制系統(tǒng)，已經(jīng)在許多的領(lǐng)域被積極地運用，并且自身迅速地發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】自動化控制系統(tǒng);PLC 技術(shù);集成設(shè)計

在衡量一個國家生產(chǎn)力發(fā)展水平以及生產(chǎn)發(fā)展中，工業(yè)自動化水平是一個重要的指標，并且在工業(yè)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(chǔ)之上PLC 技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)，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(shù)上的難題，有著較好的應(yīng)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(fā)揮 PLC 自動化控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的積極作用，論文就從 PLC 自動化控制系統(tǒng)以及 PLC 技術(shù)優(yōu)化設(shè)計的基本論述出發(fā)，對基于 PLC 技的自動化控制系統(tǒng)的集成設(shè)計展開討論。

1 PLC 技術(shù)及在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

PLC 是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展而來，它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令;并通過數(shù)字輸入和輸出操作，從而實現(xiàn)對各種機械的控制，完成自動化生產(chǎn)。在油田開采領(lǐng)域，PLC 系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下方面：一是自動計量系統(tǒng)在油田計量中應(yīng)用，在自動計量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對儀表、執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)智能化和電氣化改造，同時設(shè)計 PLC 控制站和中央控制室，由 PLC 集成系統(tǒng)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(fā)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(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

20世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)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(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。

為了適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般的控制裝置相比較，PLC有很多的優(yōu)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(yīng)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(yīng)用，因此，推廣PLC在汽車檢測線上的應(yīng)用，具有重要意義。

2 PLC 技術(shù)模式下的自動化控制系統(tǒng)集成設(shè)計與實現(xiàn)

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(yōu)點，如結(jié)構(gòu)層次化，任務(wù)分散化、系統(tǒng)調(diào)整比較靈活、可擴展性強、故障分散、可靠性高，便于維護、系統(tǒng)重復(fù)性好，抗干擾能力強，因而得到了廣泛應(yīng)用，將PLC應(yīng)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(tǒng)。

檢測線系統(tǒng)采用分布式I/O、PLC和工控機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的二級層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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(yè)現(xiàn)場總線與主控制器PLC連接，最后通過以太網(wǎng)與工業(yè)計算機形成一個汽車檢測線的分布式測控系統(tǒng)。分布式I/O模塊配合工業(yè)現(xiàn)場總線DeviceNet的好處是不僅傳輸距離遠、傳輸效率高，而且穩(wěn)定性好。PLC將各工位的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到內(nèi)部存儲器中，并發(fā)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(shù)據(jù)，進行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理、顯示和操作提示。實現(xiàn)檢測業(yè)務(wù)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(zhí)行相應(yīng)動作。工位計算機由主控計算機實現(xiàn)檢測流程的調(diào)度和檢測結(jié)果的存儲。最后的檢測結(jié)果和檢測工況數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)匯總存入服務(wù)器計算機中。

2.1硬件設(shè)計

設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時首先要做好相應(yīng)裝置的設(shè)計。這些裝置包括電源、抗干擾原件等。電源應(yīng)選擇 80 至 240VAC 的電源，除此之外還應(yīng)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(shè)計，也就是將隔離變壓器應(yīng)用其中，能夠利用屏蔽層降低高低頻脈沖的干擾。設(shè)計輸出電路時，首先要在基本的生產(chǎn)工藝要求下開展設(shè)計，接著通過晶體管將輸出電路所需要的各式變頻器的調(diào)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(tǒng)。通過繼電器輸出，說明其有著過低的頻率，不僅設(shè)計簡單還可以提升系統(tǒng)的負載能力。

2.2軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括PLC編程軟件，PLC接口軟件以及檢測線檢測業(yè)務(wù)控制軟件。編程軟件采用RSLogix5000，為方便用戶開發(fā)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(wǎng)絡(luò)進行遠程編程。開發(fā)人員還可對程序離線仿真。由于其運行環(huán)境為Win NT/Win 2000，學(xué)習(xí)使用方便，并可結(jié)合中文描述。RSLogix5000滿足多人同時對系統(tǒng)中各控制器進行程序編制以及調(diào)試工作，即同時使用程序編輯軟件，而系統(tǒng)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(shù)據(jù)優(yōu)化技術(shù)，并包含一套診斷機制。其應(yīng)用程序編程接口（API）支持用RSLinx Classic SDK開發(fā)的自定義應(yīng)用程序。RSLinx Classic既是OPC數(shù)據(jù)訪問兼容服務(wù)器，也是DDE服務(wù)器。只需簡單配置即可設(shè)置好相應(yīng)的OPC SERVER供工位軟件訪問。

檢測業(yè)務(wù)控制軟件包括（1）登錄、選擇系統(tǒng)，（2）各工位工位機軟件，（3）主控機主控管理系統(tǒng)。其中，登錄、選擇系統(tǒng)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(xiàn)車籍檔案錄入、檢測項目選擇和檢測參數(shù)設(shè)置等功能，還實現(xiàn)了智能快速登錄功能，通過網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送給主控機。登錄系統(tǒng)與汽車廠數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)，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(shù)據(jù)庫中調(diào)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(tǒng)包含了檢測線的常檢項目，如車速速度表、車輛外觀、底盤、側(cè)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(wù)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(fù)檢時上一次結(jié)果信息，智能指導(dǎo)引車員操作及控制檢測設(shè)備進行車輛檢測。工位機軟件通過RSLinx Classic提供的OPC服務(wù)器可訪問PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)，進而獲取各工位現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)以及控制工位檢測流程。工位機軟件采用模塊化設(shè)計，每個設(shè)備開發(fā)一個獨立模塊，增加、變更設(shè)備只需要替換相應(yīng)的設(shè)備控制模塊，不影響其他系統(tǒng)的運行。

主控機主控管理系統(tǒng)是檢測線控制軟件的控制中樞，擔任檢測網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，進行車輛自動的調(diào)度檢測，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、檢車進程和檢測車輛排隊情況、檢測標準設(shè)定、評定檢測結(jié)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(jié)束語

本文基于PLC和分布式I/O的汽車性能檢測系統(tǒng)利用了PLC抗干擾能力強、組網(wǎng)安裝方便、適用于復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場的特點，采用了先進的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)。該檢測系統(tǒng)的設(shè)計科學(xué)合理、采用了當前先進的軟硬件技術(shù)、科學(xué)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、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(yīng)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）