劉友軍

（荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000）

0 引 言

“PLC控制系統(tǒng)”是當(dāng)下我國工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中提高運(yùn)行效率、保障安全生產(chǎn)的重要手段之一。本文對在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，有十分重要的理論意義。

1 工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)概述

工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)是大時(shí)代的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的必然產(chǎn)物。大工業(yè)時(shí)代下，如何提升工業(yè)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量及降低成本成為當(dāng)下諸多學(xué)者研究的議題。工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)不是單一片面的簡單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)是指在工業(yè)加工、生產(chǎn)過程中應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)等，對傳統(tǒng)人工生產(chǎn)加工進(jìn)行規(guī)避，以機(jī)械化、主動(dòng)性生產(chǎn)運(yùn)行為主，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、提前預(yù)警、遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)運(yùn)行等。工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)主要基于中央控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)科技、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)及智能技術(shù)等。從我國長遠(yuǎn)戰(zhàn)略發(fā)展角度出發(fā)，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)與提升對新時(shí)代我國大工業(yè)改革變遷尤為重要。例如，智能控制平臺(tái)會(huì)對其監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，并在第一時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)處理，主要包括安全預(yù)警、緊急滯停、信息傳輸?shù)龋ㄟ^對工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以提升電工鋼連續(xù)退火線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的時(shí)效性及效率性。此外，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還添加了“人工緊急操控”功能。該功能的添加可以為系統(tǒng)工作運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性起到一定促進(jìn)效果，例如，出現(xiàn)緊急問題后，一旦自動(dòng)監(jiān)控及應(yīng)急系統(tǒng)失靈，工作人員可以通過緊急處置進(jìn)行“人工控制”，避免了風(fēng)險(xiǎn)事故的進(jìn)一步形成。

2 PLC控制系統(tǒng)內(nèi)涵

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，新技術(shù)、新理念日益演變。其中就有PLC控制系統(tǒng)，即Programmable Logic Controller，翻譯為可編程邏輯控制器。PLC控制系統(tǒng)主要針對于工業(yè)生產(chǎn)及相關(guān)領(lǐng)域，屬于一種專屬性數(shù)字運(yùn)算操作電子裝置。PLC控制系統(tǒng)主要選擇一種特定存儲(chǔ)模式，可以對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算與精準(zhǔn)控制[1]。用戶可以對其進(jìn)行命令輸入，PLC控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶命令進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。在輸出、輸入方面主要采用數(shù)字及模擬方式完成工業(yè)生產(chǎn)過程。相關(guān)資料表明，PLC控制系統(tǒng)是現(xiàn)代化工業(yè)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)核心。此外，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等不斷創(chuàng)新發(fā)展，更為先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。目前，PLC控制系統(tǒng)不再局限于邏輯運(yùn)算，而是向運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、邏輯控制等較多方面領(lǐng)域延展，這些也是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的重要組成部分。

3 PLC常見故障分析

3.1 設(shè)備質(zhì)量故障分析

PLC設(shè)備自身質(zhì)量會(huì)對其穩(wěn)定性、性能性、安全性造成較大影響，而PLC設(shè)備自身質(zhì)量也會(huì)對其故障形成起到一定波及作用[2]。第一，不良生產(chǎn)商出于自身經(jīng)濟(jì)利益考慮，往往會(huì)在設(shè)備生產(chǎn)中不注意質(zhì)量性，采用劣質(zhì)材料進(jìn)行生產(chǎn)投入。同時(shí)，在產(chǎn)品完成生產(chǎn)后不給予相應(yīng)檢測，導(dǎo)致設(shè)備后期質(zhì)量無法得到保障，為其日后的故障發(fā)生埋下隱患。第二，部分生產(chǎn)商、采購方存在一定的偏差意識(shí)。這種偏差意識(shí)主要基于自身角度出發(fā)考慮，采購方基于降低采購成本、銷售商在于薄利多銷，因此往往忽視了最為重要的“質(zhì)量問題”，使大量質(zhì)量不過關(guān)設(shè)備產(chǎn)品流入市場。

3.2 外界干擾形成故障分析

針對PLC設(shè)備的特殊性及重要性，筆者通過對部分資料整理研究發(fā)現(xiàn)，外界干擾也是形成其故障的重要原因之一。外界干擾不是某種特定形態(tài)，而是由較多因素組成的實(shí)際干擾，具體如下。第一，自然天氣因素。天氣因素如大雨、雷電、大風(fēng)等，都會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾效能，都對PLC設(shè)備造成嚴(yán)重影響。第二，通信信號(hào)。電子通信信號(hào)是一種較為常見的干擾現(xiàn)象，對其PLC裝置造成一定的波及干擾，也會(huì)對該設(shè)備的故障形成提供前提。

4 PLC控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案

4.1 基本原則

在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要以PLC機(jī)型選擇為主，在選擇過程中一定要對其機(jī)型進(jìn)行深入了解與系統(tǒng)掌握。PLC控制系統(tǒng)主要包括輸入輸出設(shè)備、PLC。本章節(jié)所提出的研究設(shè)計(jì)方案主要針對其程序、選型。分析工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程后發(fā)現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)往往受生產(chǎn)現(xiàn)場、控制技術(shù)要求、具體工藝流程、軟件控制程序等影響，所以在機(jī)型選擇方面較難以一種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求體現(xiàn)出來，即缺乏明確性。本文基于此現(xiàn)狀，提出一些原則建議，具體如下。第一，對I/O點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行重視，主要按照該系統(tǒng)控制的輸入、輸出設(shè)備需求進(jìn)行選擇。通常要以15%的容量為后備保留，其目的是為了日后更好的改進(jìn)與發(fā)展。第二，I/O點(diǎn)數(shù)量的充分滿足，以符合PLC系統(tǒng)控制的機(jī)型功能。第三，在內(nèi)存容量選擇方面也應(yīng)該進(jìn)行綜合考量，主要是因?yàn)镮/O點(diǎn)數(shù)的不同，也導(dǎo)致了內(nèi)存容量出現(xiàn)差別性。所以，在進(jìn)行內(nèi)存容量選擇中一定預(yù)留一定量。該量為實(shí)際運(yùn)行內(nèi)存容量的30%。

4.1.1 選擇方法

第一，需要對其系統(tǒng)模式與具體要求進(jìn)行明確，PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中不是單一、片面的簡單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。例如，對該系統(tǒng)是否選擇網(wǎng)絡(luò)控制、還是單機(jī)要進(jìn)行明確。

第二，在輸入、輸出點(diǎn)數(shù)方面一定要進(jìn)行預(yù)量保留，然后再進(jìn)行選購。

第三，對負(fù)載類型進(jìn)行明確。

第四，對產(chǎn)品的速度、存儲(chǔ)容量等進(jìn)行明確。

第五，在編程器的選擇中，需要進(jìn)行認(rèn)真分析，一定要保證編程器的科學(xué)性。例如，小容量控制系統(tǒng)匯總應(yīng)選擇手持編程器模式，梯形圖主要用于圖形編程器。

4.1.2 輸入、輸出回路設(shè)計(jì)

表1為輸出方式表。

表1 輸出方式表

5 PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的設(shè)計(jì)方法

5.1 設(shè)計(jì)背景

基于我國目前工業(yè)生產(chǎn)需求，通過分析研究發(fā)現(xiàn)，從實(shí)際情況及發(fā)展需求出發(fā)，構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)至關(guān)重要。然而現(xiàn)階段，我國在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法研究依然存在較多問題。本文主要以工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)為案例，對其設(shè)計(jì)背景進(jìn)行提出。首先，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以起到提升生產(chǎn)效率的重要作用。通過分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)生產(chǎn)線無法滿足當(dāng)下企業(yè)生產(chǎn)需求及產(chǎn)量增加。其次，為企業(yè)降低了生產(chǎn)及投入成本。目前，企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益及成本投入是企業(yè)發(fā)展重要核心基礎(chǔ)。通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)線構(gòu)建實(shí)現(xiàn)，為企業(yè)節(jié)省了大量成本投入，從根源上解決了成本消耗及浪費(fèi)問題。最后，PLC控制系統(tǒng)促進(jìn)了現(xiàn)代化生產(chǎn)及加工體系完成，將傳統(tǒng)工業(yè)模式進(jìn)行技術(shù)突破、模式創(chuàng)新，為提升我國整體工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模及質(zhì)量效率提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5.2 注重結(jié)合性

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要注重結(jié)合性。隨著當(dāng)下我國工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)日益發(fā)展，多模式、多種類自動(dòng)化設(shè)備較多，如何在設(shè)計(jì)中進(jìn)行全面優(yōu)化，一直是困擾技術(shù)人員的重要問題。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，需要設(shè)計(jì)人員對工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行分析，而不是肆意開展、盲目進(jìn)行。例如，大型工業(yè)生產(chǎn)加工中，需要對控制能力及運(yùn)算能力進(jìn)行鞏固加強(qiáng)，這樣才能充分滿足生產(chǎn)需求。而在相對小規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，則需要對編程模塊等進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以提升效率、降低成本、縮小能耗為主。此外，要根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)境與條件進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇，并將可能存在的問題、風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避。

5.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

通過對PLC控制系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn)，對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)具有一定難度，相對于單機(jī)控制系統(tǒng)難度較大。首先，需要對機(jī)型進(jìn)行選擇，即應(yīng)選用較為熟悉的具體機(jī)型。其次，對該機(jī)型的基本指令、指令執(zhí)行速度、參數(shù)功能、存儲(chǔ)容量及用戶程序等進(jìn)行全面掌握。當(dāng)然，也包括數(shù)據(jù)信息的傳輸速度、通信接口協(xié)議等相關(guān)方面。最后，在進(jìn)行完網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)后需要與PLC商家進(jìn)行主動(dòng)溝通，采用合作方式共同尋找網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的軟、硬件支持，完善各項(xiàng)技術(shù)支撐與框架構(gòu)建。工作站具體層數(shù)應(yīng)該根據(jù)其系統(tǒng)情況而定。

6 結(jié) 論

本文對PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的設(shè)計(jì)步驟、關(guān)鍵問題等進(jìn)行闡述，以供參考。