PLC在工业自动化控制方面的应用

陈建中 董凤祥

【摘 要】PLC以其丰富的接口功能、简单的编程、灵活的结构、极强的适应性、完全的开放性而被广泛的应用于几乎所有的工业自动化领域，它目前已经成为工业自动化控制的支柱之一，极大地推动了工业自动化的进程。笔者根据多年工业自动化经验结合某企业的实例浅谈PLC在工业自动化控制方面的具体应用。

【关键词】PLC；工业自动化；应用

1 PLC概述

PLC即可编程逻辑控制器。今天，PLC已经超越了其“控制器”的范畴，俨然以一个主宰者的身份几乎主宰了整个工业自动化领域。PLC从不太科学的狭义上来讲是“控制器”，因为它只是一小块芯片而已；但是从广义上讲它已经是实际意义上的电脑了，因为电脑的CPU（中央处理器）、存储器、控制器、运算器、输入输出单元它全都具备，且全都集成于一小块芯片之内。而且最难能可贵的是它还具有电脑所不完全具备的实时性、坚固性、稳定性、抗干扰性、可靠性等许多工业自动化应用中所具备的优点，并因此而得到广大工业自动化同仁们的青睐。

PLC的硬件构成：

①电源：PLC的电源其实只是其芯片上的几个针角，由于PLC是芯片级的电脑，因此它几乎和电子表一样省电。

②中央处理单元（CPU）：PLC是单核的，因此它只有一个CPU。CPU相当于人类的大脑，是PLC的核心部分。主要负责运算与逻辑功能-即“思维”的过程。

③存储器：分为运算暂存器与程序存储器。程序存储器存储用来执行的编好的程序。暂存器用来调入程序在其中然后通过CPU在暂存器中的运行达到自动化的操作。所以暂存器是供CPU这个大脑一步步运算存数取数之用的。

④输入输出接口电路（I/O模块）：I/O是PLC与模/数数/模控制器连接的部分，运算得出的指令要通过I/O接口转换成操作指令送到机器上以控制机器的启、停、操作等动作。也可以用来接收用户的按钮传来的命令。

2 PLC在卷烟配料系统中的应用

2.1 系统概述及工作原理

下面就以某烟厂为例对其配料系统进行自动化改造方面的应用。烟厂的配料系统主要包括：成品仓料位控制、配料流水线、烟料仓位监控、烟料配方计量控制、混合搅烟控制。目前我们仅对其烟料配方计量控制系统和流量计量控制系统进行PLC自动化改造。配方计量控制系统由电子秤、变频器、PLC、触摸屏等部件组成。

当秤架上有烟丝流过时，由称重变送器输出一正比于烟丝重量的计量电平信号， 经A/D 转换成重量码Mp；由旋转编码器发出跟踪皮带速度的脉冲信号， 经计数器转换成速度码 Mv。再由 CPU计算得实时流量Qn=Kn×Mp×Mv及累计产量W=■Qndt，两值经串口送显示屏显示。实时流量Qn与预置给定流量Qp相比较得配料偏差e=Qp-Qn，经PID调节改变DP A输出接口电平，以控制变频器对输送电机的速度调节，即反向调节Mv值，从而实现定量给料。

各配料同时混合计量，并按配方工艺要求加香、加水等，经均匀搅拌后送烟丝成品柜，以待后用。

2.2 系统硬件设计

配料控制过程是一个多输入、多输出、滞后特性明显的特定对象， 除要求现场生产具备一定工艺条件外， 更要求系统硬件配置高可靠。基于系統设计要求，选用罗克韦尔A—B Contrologix 5000 PLC可编程序控制器为工作主机，并配以相应的接口模块：DI/O模块选用1746-IB16/OW16，AI/O模块1746-NI8V/NO4V，计数模块为1746-HCSE。该系列PLC 采用模块式结构， 配置灵活， 功能齐全，运行可靠，具有良好的环境适应性和抗干扰能力；且软件编程简单， 指令丰富，易于学习和使用。PLC负责配料工艺的算术运算及逻辑控制， 包括设备的状态检测、烟丝检测；执行逻辑、算术运算；输出执行指令（参数） ，完成级联控制、电机速度调节、配料启停等功能。

在人机交互的操作、显示界面上，采用GP370彩显智能触摸屏，实行全程汉化人机对话触摸工作方式，性能稳定，操作灵活。以串行通信方式完成与PLC之间通信，在线运行配比参数设定和信息查询，实现监控配料过程。

2.3 系统软件设计

（1）PLC软件设计

根据烟丝各原料在计量运算、配制控制方式上具有一定共性的特点，采用模块化结构方式设计系统控制程序，以提高程序的编程效率和可读性。设计时首先按工艺流程确定配料系统中各运行状态的先后次序及连锁关系；画出PLC各输出信号与输入信号的逻辑、运算关系；再由关系转化为梯形图。该程序分别由烟丝计量、PID运算、过程监控、故障诊断等程序段组成，采用模块化结构方式编制后，程序流程有序、逻辑清晰。烟丝配料过程时间短，条件多，运算复杂，为此，将系统的运行和故障联锁等全部由PLC控制，以提高系统的可靠性；在软件设计中适当添加联锁条件，使各电子秤严格确保相互约束或定时关系；建立合适的状态标志位，并准确应用于各控制状态的设计中；设置识别及处理故障的能力，对系统中的烟丝料位、变频器异常等采用延时确认方式。

（2）人机交互界面设计

系统人机交互操作、显示界面是基于Windows XP环境下设计， 选用Digital公司的ProTool软件编程，该组态软件具有较高的稳定性和兼容性，直观的图形界面便于学习和使用。

2.4 系统优化

（1）烟丝重量检测采用球头拉杆装置，由球头拉杆承载于计量支架与重量传感器间。由于储柜喂料对皮带经常产生颤动及秤架工作运行时的震动，使传感器检测失真。改用垂直受力的拉杆结构后，可减少检测误差。

（2）添加皮带纠偏装置。在秤架两侧安装皮带导轮及跑偏调整托辊，实现皮带运行时自动纠偏，以利于电子秤运行稳定、计量准确。

（3）控制电机选用进口SEW电机， 它动态性能好，运行平稳，转矩大，变速反应迅速、准确，有效消除配料因执行机构反应滞后产生的误差。

（4）为抑制电源及变频调速器对控制系统的噪声干扰，采用线路滤波器、 隔离变压器及分离开关单独供电。线路滤波器安装时尽量靠近 PLC 电源，用最短双绞线连接，且将其输入、输出配线分开。

（5）对检测开关、PLC I/O信号、重量变送器、速度编码器等采用专用净化电源供电， 以提高信号线路的抗干扰能力及整套设备的电磁兼容性。

（6）采取合理的配线方式。控制线路、电源线路和信号线路分别独立配线， 且相互间保持一定距离， 设法避免长距离平行配线，采取垂直交叉走线方式，以及输入、输出信号线分槽布置。对速度调节、流量计量、测速脉冲等信号采用双绞屏蔽电缆传送。

3 PLC 在工业控制应用中的注意事项

3.1 温度

对于PLC而言，它所要求的环境温度是0～55℃，那么，在进行安装时，不可以把它放在发热量较大的元件下面，周围要有足够大的通风和散热空间。

3.2 湿度

空气的相对湿度要保持在小于85%的范围内，并且没有凝露，目的是对PLC 的绝缘性进行保证。

3.3 震动

PLC不应该靠近强烈的振动源，要尽可能的远离，防止振动频率为10～55Hz的频繁振动或者连续振动。

3.4 电源

PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端。

4 结语

改造以后的烟厂自动化控制系统经过一段时间的运行，一切正常，大大提高了以往单靠人工操作的运行效率。而且由于PLC的电脑控制，使得配料更为精确，保证了香烟的品质。

【参考文献】

[1]魏雪松.浅谈工业自动化控制中PLC 的应用[J].民营科技，2008（12）.

[2]邓高寿，潘宏侠.PLC 在工业自动化控制领域中的应用[J].机械管理开发，2006（6）.

[责任编辑：王静]