基于PLC的工业控制系统的设计与实现

刘天元

【摘 要】可编程逻辑控制器简称PLC，当前PLC已广泛的应用于工业环境的电子运算操作装置当中，它能够利用编制程序内的存储区来执行逻辑、顺序、定时及算数等运算指令，而且利用相关设备还可以实现模拟式、数字式的输入输出，进而实现工业系统生产过程的控制。对此，本文就PLC工业控制系统的设计进行简单的分析，并提出一些可供参考的意见与措施。

【关键词】PLC；工业控制系统；设计；实现

1.基于PLC工业控制系统的设计

控制系统的核心是软件，整个工业控制系统的控制调度、逻辑运算、数据处理、参数存储、状态显示等环节。其中主要包含了主控PC程序、界面PC程序、PLC程序及动画PC程序，但从整体来看，PC程序和PLC程序是最为重要的。

在工业控制系统当中，PLC程序主要是起到生产线全过程控制、数据采集处理及逻辑运算的作用，在PLC内部结构中包含了有电源模块、内部存储器模块、CPU模块等，而这些模块根据一定的规则可以实现自由组合与配置。在实际的工业控制系统设计上，为了进一步方面其设计与调试，因此往往会根据控制系统的实际需要来实现生产线上所有设备的手动、半自动与自动控制操作，因此PLC程序在设计上也应该与此三种控制模式对应，具体如下。

1.1自动模式

在生产线处于自动运行状态时，PLC会自动进入自动模式并受到远程主控PC的程序控制及运行，在连续性的完成控制动作之后便不再受到文本显示器的控制。

1.2半自动模式

如果生产线处于调试或错误状态时，PLC程序能够进入到半自动模式中，此时PLC半自动动作将会受到文本显示器的控制来完成操作。

1.3手动模式

如果生产线处于调试或错误状态时，PLC程序能够进入到手动模式中，同半自动模式一样，PLC手动动作将会受到文本显示器的控制来完成操作。

其次，PLC工业控制系统主控PC程序的设计本身就是极为复杂的一项工程，因此要想搭建出一个功能强大、科学合理的程序框架极为重要，正因如此在PLC程序的整体设计上更应该引起重视。根据现代经典程序设计方法来看，PC程序的设计首先要对其实际需求，即哪些功能需要得以实现进行分析，同时在PC程序与其他设备间关系上的处理上也要合理对待。此外，各程序模块的划分、各模块相应功能的实现都应该得到考虑，在这些功能都得到实现之后再行调试程序模块并进行整体性能上的优化。

以卷烟生产设备为例，生产卷烟所需的卷接、制丝及包装设备，PLC控制系统在卷烟生产线中起着决定性作用，从某种程度上来说，PLC是否能够准确的接受指令并严格按照程序执行命令关系到产品的生产质量与效率。当前我国大多数卷烟设备PLC主要为两种模式，即整体式与模块式，二者各有优劣。整体式PLC体积小，但是输入输出端子个数固定，而模块式PLC则可以结合所需来进行拓展，但是它一旦发生故障很容易由于接线处较为复杂难以找出问题所在。总而言之，虽然PLC在卷烟生产线的生产中有着很强的抗干扰能力，但是在实际的生产运行当中，其存在的干扰问题还是比较复杂的， 因此PLC工业控制系统的设计必须要对这一个问题加以考虑，避免运算或程序错误现象的发生。

另外，PLC的上位机为主控PC，它的任务主要是负责向PLC程序发出控制命令，并写入执行控制任务的时间，然后PLC程序能够读取到当前设备的工作状态、时间及自检时间参数等指标。但是对于界面PC来说，界面PC的客户机才是主控PC，它只需要接受界面PC所发出的操作指令，并反馈相应的工作状态与信息即可。需要注意的是，就主控PC自身来看，它还需要对各个设备反馈的各类状态、数据与命令分类进行计算、存储与转发工作，如果从整体结构上进行细分，一般分为下列三个重要模块。

（1）数据库模块，负责主控PC对系统所收发的命令进行分类计算、存储与转发。

（2）PLC通讯模块，实现主控PC同PLC之间控制命令与数据的相互传输。

（3）PC间通讯模块（一般为界面PC同动画PC间的通讯模块），实现此二者之间的数据、控制命令的相互传输。

2.生产线控制系统的调试与生产

2.1控制系统模板的测试

众所周知，工业控制系统的调试模块大多都集中在PLC、液压及机械等硬件设备的调试上，但是液压、机械设备经常会因为来自于外部条件及现场环境的影响，因此人们很大程度上都会在PLC、液压、机械设备的调试上进行调整，以最大限度的降低外部环境对硬件设备所造成的影响。

就机床而言，它有着复杂的结构、繁琐的工序，而且在各个执行结构的运动位置上都有着较为严格的限制条件，因此在编写PLC整体程序之前首先应该对该设备内部各机构单独的进行编程设计，在此过程中可以通过运用文本显示器等设备进行严格的调试，从而保证其准确性，如果在此过程中出现错误则应该及时调整，一直到正确调试通过。其次，在单独机构调试无误、完毕之后应将机床内的各机构程序进行整合，同时在PLC端口接入到临时主动PC时开始在线控制机床的整体动作，尽可能的实现主控PC收发命令的良好效果。最后在PLC整体程序确认无误之后就可以同主控PC联机，进而让主控PC能够达到控制所有工位、所有设备的远程控制的目的，并系统调试整个生产线。

2.2生产线的初始化

通常情况下在生产线控制系统整体运行之前应该对生产线上各机构设备进行初始化工作，在这一环节中主要包含设备复位及设备自检这两个方面。设备复位实际上就是让所有设备内所有机构回复到初始位置，这一过程有利于下一步生产环节的运行；设备自检则不断会对设备上所有传感器进行检测，而且还会对所有执行动作参数预先采集并发送到生产线上，确保设备在自动模式生产过程中实现同实际执行时间的对比。总的来说，如果设备复位和设备自检过程中如果工业控制系统出现了错误信息，那么就必须要严格的按照错误信息来重新进行调试，直至设备复位及设备自检顺利完成，这样便可以开始正常的工作运行。

2.3生产线的正式运行

对于生产线而言，其正式的工作运行是通过界面PC直接进行控制和操作的，工作人员只需要在界面PC上进行简单的操作就能够达到控制整个生产线运行的目的。下面给出了一则表格，反映出了生产线在正常的工作运行当中实际性能指标同手动作业的比较：

生产性能指标对比表

从上表可以明显的看出，生产线投入正常的运行工作之后能够达到最初设计的要求，而且同传统的手动作业方式相比具有效率高、耗时小、人员少、安全、灵活的特点。生产线控制操作人员仅仅只需要在控制室利用界面PC就能够实现整条生产线的全面控制，即使在运作当中会出现错误，控制系统也能够自动停止生产线，从而避免安全事故问题的发生。值得一提的是，在发生错误之后能够在界面PC上反映出具体的出错设备与信息，这对于方便工作人员检修、调试具有重要的作用。

3.结语

总而言之，PLC作为现代控制技术的核心内容，已经成功的设计并实现了生产线的全自动控制，当前很多单位都已经将PLC应用到生产运行当中并取得了良好效果。从整体上看，通过大量的生产测试表明，PLC工业控制系统的技术指标能够达到拟定的要求，这对于全面提高生产工作自动化程度、降低生产现场的风险有着重要意义。 [科]

【参考文献】

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[2]张兰训，苏元敏.浅谈PLC在工业控制系统的发展特点[J].商场现代化，2008（24）.

[3]贾东耀，汪仁煌.工业控制网络结构的发展趋势[J].工业仪表与自动化置，2002（12）.