梁遠(yuǎn)君，梁洛銘

(廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校，廣西 玉林537000)

智能型制造裝置系統(tǒng)是智能型制造方式體現(xiàn)的載體，即為信息科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化控制科技有機(jī)結(jié)合形成的實(shí)際應(yīng)用的體系，該體系的重點(diǎn)環(huán)節(jié)是大容量的信息數(shù)據(jù)處理、圖形圖像識(shí)別、復(fù)雜狀態(tài)分析、方向決策等現(xiàn)代化工業(yè)控制相關(guān)科技的開(kāi)發(fā)及實(shí)際使用，為此可以認(rèn)為工業(yè)領(lǐng)域的控制裝置系統(tǒng)是智能型制造體系中自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)及信息化相關(guān)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，這當(dāng)中的可編程的邏輯控制器單元(英文縮寫為PLC)為工業(yè)控制領(lǐng)域中獲得了比較廣泛實(shí)際應(yīng)用的重要部件之一。工業(yè)控制過(guò)程的安全性是智能型制造工程的關(guān)鍵保障，也是形成制造領(lǐng)域強(qiáng)國(guó)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用強(qiáng)國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略得以實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。

1 PLC 控制系統(tǒng)

通常來(lái)講，可編程的邏輯控制器單元(PLC)裝置系統(tǒng)，通常是由控制裝置、邏輯控制狀態(tài)程序系統(tǒng)和監(jiān)控狀態(tài)程序控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成，具有邏輯控制、定時(shí)控制、動(dòng)作順序控制、系統(tǒng)計(jì)數(shù)等多項(xiàng)功能，可以應(yīng)用在智能型制造裝置系統(tǒng)中的各類工業(yè)自動(dòng)化控制場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)于各種機(jī)械或者電子設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)控制工作，其特點(diǎn)為可編程、集成化、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)的可編程控制單元的主要組成以及各項(xiàng)功能如圖1 所示。

圖1 PLC 控制裝置系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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(lǐng)域相關(guān)科技及信息數(shù)據(jù)通信相關(guān)科技為框架的數(shù)字化控制系統(tǒng)，是一類能夠?qū)崿F(xiàn)編程控制功能的核心模塊?？刂蒲b置一般由硬件單元、工作控制程序、總線系統(tǒng)等部件構(gòu)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(jié)構(gòu)，借助各種硬件單元的組合，能夠匹配各類工業(yè)控制場(chǎng)景的實(shí)際需求;工作控制程序在主控制器(英文簡(jiǎn)稱CPU)模塊上進(jìn)行工作，是相關(guān)用戶的控制工作的邏輯和控制單元間的連接紐帶，經(jīng)過(guò)和上位機(jī)的通信并針對(duì)相關(guān)的配置數(shù)據(jù)參數(shù)及用戶采用的控制邏輯模式實(shí)施運(yùn)算和分析，達(dá)成系統(tǒng)總線的主要站點(diǎn)和輔助站點(diǎn)間的數(shù)據(jù)的管理及操控;系統(tǒng)總線是根據(jù)相關(guān)的通信協(xié)議把相關(guān)控制單元及現(xiàn)場(chǎng)的智能型儀器儀表相關(guān)裝置相互聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。

1.2 邏輯組態(tài)軟件

邏輯狀態(tài)程序指的是工作在上位機(jī)的綜合型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，完成可編程控制單元的匹配、邏輯控制方面的編譯活動(dòng)，編譯工作之后生成了系統(tǒng)可以運(yùn)行的文件下推到控制單元或者仿真裝置，用以達(dá)成系統(tǒng)調(diào)試、狀態(tài)監(jiān)控、線上故障診斷、線上調(diào)整/強(qiáng)行改變參量及線下仿真模擬等操作。

1.3 監(jiān)控狀態(tài)程序軟件

監(jiān)控狀態(tài)程序軟件指的是信息數(shù)據(jù)收集和過(guò)程控制相關(guān)的專門開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)操作人員提供一系列應(yīng)用類似“搭積木”模式的任意組合的狀態(tài)解決方案，進(jìn)而迅速搭建生成控制裝置系統(tǒng)監(jiān)控能力基于一系列常規(guī)的控制要求為參照，相關(guān)的控制過(guò)程的完成流程如圖3所示。

圖3 常規(guī)的控制過(guò)程的完成過(guò)程流程圖

相較于市面上常規(guī)型號(hào)的電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC 相關(guān)的程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)在基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)程序前提下實(shí)施了相關(guān)封裝操作，能適應(yīng)數(shù)量更多的工程軟件設(shè)計(jì)者，相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中只需具備較低水平的軟件開(kāi)發(fā)能力就能勝任，相關(guān)開(kāi)發(fā)工作的效率將會(huì)獲得顯著提升。PLC 模塊具有集成化的拓展功能，能夠適應(yīng)各種需要，開(kāi)發(fā)過(guò)程中借助各種組合生成相關(guān)系統(tǒng)，并且PLC 模塊也具備比較優(yōu)異的周邊環(huán)境適應(yīng)能力及抵抗外界干擾的能力。

2 PLC 在智能型制造工業(yè)體系中的實(shí)際應(yīng)用

PLC 模塊裝置具備較高的可靠性、相關(guān)工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)操作和編程操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，是現(xiàn)階段國(guó)防和工業(yè)、離散模式加工制造、流程控制加工制造等控制裝置相關(guān)系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。伴隨著智能型加工制造體系的落實(shí)，智能型制造的相關(guān)項(xiàng)目工程日漸增多，PLC 模塊在智能型加工制造領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。

2.1 汽車領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用

汽車領(lǐng)域的加工制造的生產(chǎn)規(guī)模非常龐大，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展水平的需求較高，牽涉到的相關(guān)自動(dòng)化科技及產(chǎn)品包含相應(yīng)的控制功能的終端產(chǎn)品、加工現(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制系統(tǒng)、機(jī)器裝置的視覺(jué)模塊、離散型傳感裝置、安全保障相關(guān)設(shè)備等，通常汽車制造領(lǐng)域是智能型加工制造應(yīng)用的主流應(yīng)用領(lǐng)域。汽車工業(yè)的生產(chǎn)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(chǎn)工序均可能大規(guī)模應(yīng)用PLC 模塊進(jìn)行控制工作[2]。

汽車生產(chǎn)企業(yè)的沖壓車間內(nèi)部除了機(jī)械手臂之外，其他的控制環(huán)節(jié)均采用PLC 模塊。焊裝車間內(nèi)部的每條生產(chǎn)線需要使用6-9 套PLC 模塊系統(tǒng)，通常需要應(yīng)用在信號(hào)傳輸系統(tǒng)的控制方面，比如標(biāo)致308 車型的壓裝生產(chǎn)線中，使用的是分布型的控制解決方案，所有的PLC模塊相對(duì)應(yīng)地控制某個(gè)子模塊系統(tǒng)裝置，比如物流系統(tǒng)生產(chǎn)線的相關(guān)工位處。另外總裝車間的PLC 模塊通常用在運(yùn)輸線部分的控制系統(tǒng)，運(yùn)輸線可以分為高架線系統(tǒng)、車輛內(nèi)飾線系統(tǒng)及最終總裝線系統(tǒng)3 大部分。高架線系統(tǒng)上的PLC 模塊通常用于車輛后軸及前軸的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)部分的控制系統(tǒng)，最終總裝線通常用在實(shí)施測(cè)試控制及所有工位的變動(dòng)操作的控制系統(tǒng)，一般情況下，一段工藝操作過(guò)程使用一套相對(duì)應(yīng)的PLC 模塊。

汽車領(lǐng)域中的PLC 系統(tǒng)終端用戶不但包含各類規(guī)模的整車主機(jī)汽車生產(chǎn)廠家，還包含了各類系統(tǒng)總成、部件及相關(guān)零件配套廠商，各個(gè)不同的廠家采用的PLC 模塊以及系統(tǒng)差別比較顯著，涵蓋了各類型號(hào)的PLC 模塊相關(guān)產(chǎn)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(yùn)輸設(shè)備控制操作、生產(chǎn)設(shè)備控制操作以及公用設(shè)施相關(guān)工程中。汽車領(lǐng)域通常針對(duì)各條不同生產(chǎn)線上的工位處實(shí)施相關(guān)控制操作，對(duì)于PLC 模塊的使用數(shù)量較多，然而其控制過(guò)程的點(diǎn)數(shù)相對(duì)較低，多數(shù)為中型PLC 模塊。

2.2 電力領(lǐng)域

火力發(fā)電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中伴隨著DCS 在主、輔控制操作過(guò)程中使用日益普及，大型的PLC 模塊現(xiàn)階段在新落成的火力發(fā)電工程項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用比例相對(duì)比較小，項(xiàng)目工程改建和存量領(lǐng)域有某些應(yīng)用情況。水力發(fā)電領(lǐng)域中對(duì)于PLC 模塊的實(shí)際使用以大、中型號(hào)產(chǎn)品系列為主流，而小型的產(chǎn)品通常應(yīng)用在相關(guān)設(shè)備的控制操作。PLC模塊在水力發(fā)電領(lǐng)域中通常應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)裝備的控制過(guò)程，包含現(xiàn)場(chǎng)整體控制操作及實(shí)現(xiàn)全站的相關(guān)裝備的繼電保護(hù)操作以及水機(jī)設(shè)備的保護(hù)操作，電氣系統(tǒng)信息量和非電氣系統(tǒng)信息量的收集和分析處理，斷路裝置及某些隔離功能的開(kāi)關(guān)位置的分合閘裝置控制操作，水輪型發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制程序等操作以及全站內(nèi)部的公用裝備的運(yùn)行情況監(jiān)控操作等等。大型PLC 控制系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 大型PLC 控制系統(tǒng)

2.3 包裝工業(yè)領(lǐng)域

通常在藥品的包裝領(lǐng)域中，PLC 模塊已經(jīng)成為藥品相關(guān)包裝機(jī)械設(shè)備中的標(biāo)準(zhǔn)控制模塊。不過(guò)依然有數(shù)量很多的相關(guān)裝置沒(méi)有安裝使用PLC 模塊，除了某些機(jī)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(jī)械裝置的控制模式。包裝領(lǐng)域的相關(guān)機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)作控制的要求相對(duì)來(lái)講比較簡(jiǎn)單，很少應(yīng)用模擬量進(jìn)行操作，一般用在相關(guān)裝置的啟動(dòng)及停止操作、安全過(guò)程控制操作，某些情況下可能會(huì)應(yīng)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(yīng)用的未來(lái)發(fā)展方向

伴隨著現(xiàn)代化信息科技和加工制造行業(yè)的高度結(jié)合，國(guó)內(nèi)的智能型制造的發(fā)展獲得了顯著的效果。作為代表著工業(yè)3.0 開(kāi)始象征的PLC 模塊系統(tǒng)在現(xiàn)代化的智能型制造時(shí)代(工業(yè)4.0 的時(shí)代)表現(xiàn)出嶄新的未來(lái)發(fā)展勢(shì)頭。

3.1 安全可靠的優(yōu)勢(shì)

對(duì)于PLC 模塊的控制裝備以及相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題，相關(guān)工程技術(shù)人員研究根據(jù)可信型計(jì)算的可信密鑰的產(chǎn)生過(guò)程、分配過(guò)程、更新過(guò)程及銷毀程序，能夠達(dá)成針對(duì)PLC 模塊的網(wǎng)絡(luò)終端通信以及參數(shù)信息的完整度、保密能力及真實(shí)程度的規(guī)定。對(duì)于PLC 模塊控制裝置系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)過(guò)程的安全問(wèn)題，分析了依據(jù)控制裝置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的可信程度、聯(lián)網(wǎng)用戶身份信息的確認(rèn)并且配合工程控制模塊系統(tǒng)內(nèi)部的通信模式，實(shí)施可信程度的評(píng)估處理，依據(jù)可信程度聯(lián)網(wǎng)模式、可信程度的評(píng)價(jià)模型，能夠合理應(yīng)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)信息的安全連接難題?？尚懦潭鹊腜LC 模塊能夠供應(yīng)更完善的診斷和問(wèn)題應(yīng)對(duì)功能，具備更高的安全級(jí)別、更完善的系統(tǒng)功能。應(yīng)用可信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠保證系統(tǒng)主體框架的可信程度、相關(guān)資源配置方案的可信程度、操作模式的可信程度、信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程的可信程度以及管理策略的可信程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)針對(duì)惡意訪問(wèn)防御的目標(biāo)。

3.2 智能化發(fā)展研究

分析支持智能化工廠“認(rèn)知－控制－決策”多功能模塊化的智能化控制模塊及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同PLC 技術(shù)，能夠完成PLC 控制單元無(wú)限制網(wǎng)絡(luò)化的同步模擬仿真、全局分布控制及多類型控制單元的協(xié)作運(yùn)算與集成。智能化的PLC 控制模塊與深度學(xué)習(xí)的邏輯編程軟件能夠符合工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)性及安全可靠性的技術(shù)要求[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨著智能制造技術(shù)的普及與新型信息技術(shù)的進(jìn)步，PLC 控制系統(tǒng)作為常規(guī)的自動(dòng)化重要裝置一定會(huì)得到更加廣泛地使用，新科技地持續(xù)出現(xiàn)將使PLC 控制系統(tǒng)朝著更加可控、安全及智能化的方向推進(jìn)。