梁遠君，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)代化控制科技有機結(jié)合形成的實際應(yīng)用的體系，該體系的重點環(huán)節(jié)是大容量的信息數(shù)據(jù)處理、圖形圖像識別、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)科技的開發(fā)及實際使用，為此可以認為工業(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際應(yīng)用的重要部件之一。工業(yè)控制過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)域強國及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用強國發(fā)展戰(zhàn)略得以實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。

1 PLC 控制系統(tǒng)

通常來講，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、定時控制、動作順序控制、系統(tǒng)計數(shù)等多項功能，可以應(yīng)用在智能型制造裝置系統(tǒng)中的各類工業(yè)自動化控制場景，實現(xiàn)對于各種機械或者電子設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)控制工作，其特點為可編程、集成化、維護方便、可靠性高等優(yōu)點。常規(guī)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(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(guān)用戶的控制工作的邏輯和控制單元間的連接紐帶，經(jīng)過和上位機的通信并針對相關(guān)的配置數(shù)據(jù)參數(shù)及用戶采用的控制邏輯模式實施運算和分析，達成系統(tǒng)總線的主要站點和輔助站點間的數(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的綜合型系統(tǒng)開發(fā)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(tǒng)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(tǒng)調(diào)試、狀態(tài)監(jiān)控、線上故障診斷、線上調(diào)整/強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)收集和過程控制相關(guān)的專門開發(fā)平臺，能夠為現(xiàn)場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)的控制過程的完成流程如圖3所示。

圖3 常規(guī)的控制過程的完成過程流程圖

相較于市面上常規(guī)型號的電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC 相關(guān)的程序開發(fā)平臺在基礎(chǔ)開發(fā)程序前提下實施了相關(guān)封裝操作，能適應(yīng)數(shù)量更多的工程軟件設(shè)計者，相關(guān)軟件的開發(fā)過程中只需具備較低水平的軟件開發(fā)能力就能勝任，相關(guān)開發(fā)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(yīng)各種需要，開發(fā)過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)場操作和編程操作簡便等特點，是現(xiàn)階段國防和工業(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，智能型制造的相關(guān)項目工程日漸增多，PLC 模塊在智能型加工制造領(lǐng)域中的實際應(yīng)用范圍也越來越廣泛。

2.1 汽車領(lǐng)域的實際應(yīng)用

汽車領(lǐng)域的加工制造的生產(chǎn)規(guī)模非常龐大，對工業(yè)自動化發(fā)展水平的需求較高，牽涉到的相關(guān)自動化科技及產(chǎn)品包含相應(yīng)的控制功能的終端產(chǎn)品、加工現(xiàn)場的總線系統(tǒng)、運動過程的控制系統(tǒng)、機器裝置的視覺模塊、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)用在信號傳輸系統(tǒng)的控制方面，比如標致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模塊相對應(yīng)地控制某個子模塊系統(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 模塊通常用在運輸線部分的控制系統(tǒng)，運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)動機部分的控制系統(tǒng)，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(tǒng)，一般情況下，一段工藝操作過程使用一套相對應(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)域通常針對各條不同生產(chǎn)線上的工位處實施相關(guān)控制操作，對于PLC 模塊的使用數(shù)量較多，然而其控制過程的點數(shù)相對較低，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)電工程項目中的實際應(yīng)用比例相對比較小，項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)域中對于PLC 模塊的實際使用以大、中型號產(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)場裝備的控制過程，包含現(xiàn)場整體控制操作及實現(xiàn)全站的相關(guān)裝備的繼電保護操作以及水機設(shè)備的保護操作，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關(guān)位置的分合閘裝置控制操作，水輪型發(fā)電機組的自動控制程序等操作以及全站內(nèi)部的公用裝備的運行情況監(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)包裝機械設(shè)備中的標準控制模塊。不過依然有數(shù)量很多的相關(guān)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(lǐng)域的相關(guān)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(yīng)用模擬量進行操作，一般用在相關(guān)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(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 開始象征的PLC 模塊系統(tǒng)在現(xiàn)代化的智能型制造時代(工業(yè)4.0 的時代)表現(xiàn)出嶄新的未來發(fā)展勢頭。

3.1 安全可靠的優(yōu)勢

對于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)的安全問題，相關(guān)工程技術(shù)人員研究根據(jù)可信型計算的可信密鑰的產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)終端通信以及參數(shù)信息的完整度、保密能力及真實程度的規(guī)定。對于PLC 模塊控制裝置系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)過程的安全問題，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并且配合工程控制模塊系統(tǒng)內(nèi)部的通信模式，實施可信程度的評估處理，依據(jù)可信程度聯(lián)網(wǎng)模式、可信程度的評價模型，能夠合理應(yīng)對工業(yè)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)信息的安全連接難題。可信程度的PLC 模塊能夠供應(yīng)更完善的診斷和問題應(yīng)對功能，具備更高的安全級別、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)存儲過程的可信程度以及管理策略的可信程度，進而實現(xiàn)主動針對惡意訪問防御的目標。

3.2 智能化發(fā)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(wǎng)絡(luò)協(xié)同PLC 技術(shù)，能夠完成PLC 控制單元無限制網(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)級實時性及安全可靠性的技術(shù)要求[3]。

4 結(jié)束語

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)的進步，PLC 控制系統(tǒng)作為常規(guī)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(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。