陳建中 董鳳祥

【摘 要】PLC以其豐富的接口功能、簡單的編程、靈活的結(jié)構(gòu)、極強(qiáng)的適應(yīng)性、完全的開放性而被廣泛的應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，它目前已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化控制的支柱之一，極大地推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。筆者根據(jù)多年工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)結(jié)合某企業(yè)的實(shí)例淺談PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制方面的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC；工業(yè)自動(dòng)化；應(yīng)用

1 PLC概述

PLC即可編程邏輯控制器。今天，PLC已經(jīng)超越了其“控制器”的范疇，儼然以一個(gè)主宰者的身份幾乎主宰了整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。PLC從不太科學(xué)的狹義上來講是“控制器”，因?yàn)樗皇且恍K芯片而已；但是從廣義上講它已經(jīng)是實(shí)際意義上的電腦了，因?yàn)殡娔X的CPU（中央處理器）、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器、輸入輸出單元它全都具備，且全都集成于一小塊芯片之內(nèi)。而且最難能可貴的是它還具有電腦所不完全具備的實(shí)時(shí)性、堅(jiān)固性、穩(wěn)定性、抗干擾性、可靠性等許多工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中所具備的優(yōu)點(diǎn)，并因此而得到廣大工業(yè)自動(dòng)化同仁們的青睞。

PLC的硬件構(gòu)成：

①電源：PLC的電源其實(shí)只是其芯片上的幾個(gè)針角，由于PLC是芯片級(jí)的電腦，因此它幾乎和電子表一樣省電。

②中央處理單元（CPU）：PLC是單核的，因此它只有一個(gè)CPU。CPU相當(dāng)于人類的大腦，是PLC的核心部分。主要負(fù)責(zé)運(yùn)算與邏輯功能-即“思維”的過程。

③存儲(chǔ)器：分為運(yùn)算暫存器與程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用來執(zhí)行的編好的程序。暫存器用來調(diào)入程序在其中然后通過CPU在暫存器中的運(yùn)行達(dá)到自動(dòng)化的操作。所以暫存器是供CPU這個(gè)大腦一步步運(yùn)算存數(shù)取數(shù)之用的。

④輸入輸出接口電路（I/O模塊）：I/O是PLC與模/數(shù)數(shù)/模控制器連接的部分，運(yùn)算得出的指令要通過I/O接口轉(zhuǎn)換成操作指令送到機(jī)器上以控制機(jī)器的啟、停、操作等動(dòng)作。也可以用來接收用戶的按鈕傳來的命令。

2 PLC在卷煙配料系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)概述及工作原理

下面就以某煙廠為例對(duì)其配料系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造方面的應(yīng)用。煙廠的配料系統(tǒng)主要包括：成品倉料位控制、配料流水線、煙料倉位監(jiān)控、煙料配方計(jì)量控制、混合攪煙控制。目前我們僅對(duì)其煙料配方計(jì)量控制系統(tǒng)和流量計(jì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC自動(dòng)化改造。配方計(jì)量控制系統(tǒng)由電子秤、變頻器、PLC、觸摸屏等部件組成。

當(dāng)秤架上有煙絲流過時(shí)，由稱重變送器輸出一正比于煙絲重量的計(jì)量電平信號(hào)， 經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換成重量碼Mp；由旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出跟蹤皮帶速度的脈沖信號(hào)， 經(jīng)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換成速度碼 Mv。再由 CPU計(jì)算得實(shí)時(shí)流量Qn=Kn×Mp×Mv及累計(jì)產(chǎn)量W=■Qndt，兩值經(jīng)串口送顯示屏顯示。實(shí)時(shí)流量Qn與預(yù)置給定流量Qp相比較得配料偏差e=Qp-Qn，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變DP A輸出接口電平，以控制變頻器對(duì)輸送電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，即反向調(diào)節(jié)Mv值，從而實(shí)現(xiàn)定量給料。

各配料同時(shí)混合計(jì)量，并按配方工藝要求加香、加水等，經(jīng)均勻攪拌后送煙絲成品柜，以待后用。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

配料控制過程是一個(gè)多輸入、多輸出、滯后特性明顯的特定對(duì)象， 除要求現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)具備一定工藝條件外， 更要求系統(tǒng)硬件配置高可靠?；谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選用羅克韋爾A—B Contrologix 5000 PLC可編程序控制器為工作主機(jī)，并配以相應(yīng)的接口模塊：DI/O模塊選用1746-IB16/OW16，AI/O模塊1746-NI8V/NO4V，計(jì)數(shù)模塊為1746-HCSE。該系列PLC 采用模塊式結(jié)構(gòu)， 配置靈活， 功能齊全，運(yùn)行可靠，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力；且軟件編程簡單， 指令豐富，易于學(xué)習(xí)和使用。PLC負(fù)責(zé)配料工藝的算術(shù)運(yùn)算及邏輯控制， 包括設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)、煙絲檢測(cè)；執(zhí)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算；輸出執(zhí)行指令（參數(shù)） ，完成級(jí)聯(lián)控制、電機(jī)速度調(diào)節(jié)、配料啟停等功能。

在人機(jī)交互的操作、顯示界面上，采用GP370彩顯智能觸摸屏，實(shí)行全程漢化人機(jī)對(duì)話觸摸工作方式，性能穩(wěn)定，操作靈活。以串行通信方式完成與PLC之間通信，在線運(yùn)行配比參數(shù)設(shè)定和信息查詢，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控配料過程。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)煙絲各原料在計(jì)量運(yùn)算、配制控制方式上具有一定共性的特點(diǎn)，采用模塊化結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設(shè)計(jì)時(shí)首先按工藝流程確定配料系統(tǒng)中各運(yùn)行狀態(tài)的先后次序及連鎖關(guān)系；畫出PLC各輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的邏輯、運(yùn)算關(guān)系；再由關(guān)系轉(zhuǎn)化為梯形圖。該程序分別由煙絲計(jì)量、PID運(yùn)算、過程監(jiān)控、故障診斷等程序段組成，采用模塊化結(jié)構(gòu)方式編制后，程序流程有序、邏輯清晰。煙絲配料過程時(shí)間短，條件多，運(yùn)算復(fù)雜，為此，將系統(tǒng)的運(yùn)行和故障聯(lián)鎖等全部由PLC控制，以提高系統(tǒng)的可靠性；在軟件設(shè)計(jì)中適當(dāng)添加聯(lián)鎖條件，使各電子秤嚴(yán)格確保相互約束或定時(shí)關(guān)系；建立合適的狀態(tài)標(biāo)志位，并準(zhǔn)確應(yīng)用于各控制狀態(tài)的設(shè)計(jì)中；設(shè)置識(shí)別及處理故障的能力，對(duì)系統(tǒng)中的煙絲料位、變頻器異常等采用延時(shí)確認(rèn)方式。

（2）人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)人機(jī)交互操作、顯示界面是基于Windows XP環(huán)境下設(shè)計(jì)， 選用Digital公司的ProTool軟件編程，該組態(tài)軟件具有較高的穩(wěn)定性和兼容性，直觀的圖形界面便于學(xué)習(xí)和使用。

2.4 系統(tǒng)優(yōu)化

（1）煙絲重量檢測(cè)采用球頭拉桿裝置，由球頭拉桿承載于計(jì)量支架與重量傳感器間。由于儲(chǔ)柜喂料對(duì)皮帶經(jīng)常產(chǎn)生顫動(dòng)及秤架工作運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)，使傳感器檢測(cè)失真。改用垂直受力的拉桿結(jié)構(gòu)后，可減少檢測(cè)誤差。

（2）添加皮帶糾偏裝置。在秤架兩側(cè)安裝皮帶導(dǎo)輪及跑偏調(diào)整托輥，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)行時(shí)自動(dòng)糾偏，以利于電子秤運(yùn)行穩(wěn)定、計(jì)量準(zhǔn)確。

（3）控制電機(jī)選用進(jìn)口SEW電機(jī)， 它動(dòng)態(tài)性能好，運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩大，變速反應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，有效消除配料因執(zhí)行機(jī)構(gòu)反應(yīng)滯后產(chǎn)生的誤差。

（4）為抑制電源及變頻調(diào)速器對(duì)控制系統(tǒng)的噪聲干擾，采用線路濾波器、 隔離變壓器及分離開關(guān)單獨(dú)供電。線路濾波器安裝時(shí)盡量靠近 PLC 電源，用最短雙絞線連接，且將其輸入、輸出配線分開。

（5）對(duì)檢測(cè)開關(guān)、PLC I/O信號(hào)、重量變送器、速度編碼器等采用專用凈化電源供電， 以提高信號(hào)線路的抗干擾能力及整套設(shè)備的電磁兼容性。

（6）采取合理的配線方式?？刂凭€路、電源線路和信號(hào)線路分別獨(dú)立配線， 且相互間保持一定距離， 設(shè)法避免長距離平行配線，采取垂直交叉走線方式，以及輸入、輸出信號(hào)線分槽布置。對(duì)速度調(diào)節(jié)、流量計(jì)量、測(cè)速脈沖等信號(hào)采用雙絞屏蔽電纜傳送。

3 PLC 在工業(yè)控制應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

3.1 溫度

對(duì)于PLC而言，它所要求的環(huán)境溫度是0～55℃，那么，在進(jìn)行安裝時(shí)，不可以把它放在發(fā)熱量較大的元件下面，周圍要有足夠大的通風(fēng)和散熱空間。

3.2 濕度

空氣的相對(duì)濕度要保持在小于85%的范圍內(nèi)，并且沒有凝露，目的是對(duì)PLC 的絕緣性進(jìn)行保證。

3.3 震動(dòng)

PLC不應(yīng)該靠近強(qiáng)烈的振動(dòng)源，要盡可能的遠(yuǎn)離，防止振動(dòng)頻率為10～55Hz的頻繁振動(dòng)或者連續(xù)振動(dòng)。

3.4 電源

PLC對(duì)于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓，以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端。

4 結(jié)語

改造以后的煙廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，一切正常，大大提高了以往單靠人工操作的運(yùn)行效率。而且由于PLC的電腦控制，使得配料更為精確，保證了香煙的品質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王靜]