对自动生产线中PLC控制技术应用的几点探讨

陈学钊

（江门市新会机电职业技术学校，广东江门，529141)

1 PLC的基本组成和工作原理

1.1 PLC的基本组成

PLC，全称可编程逻辑控制器，其发展经历了漫长的时间，早期继电器的出现，意味着开始有了PLC的雏形，现在，功能强大的PLC基本形成，并有了固定的组成结构。PLC与微处理器十分相像，主要由电源，中央处理器，输入输出接口和存储单元构成。电源主要为PLC的运行提高电力保障，PLC的上电处理是PLC正常运行的第一步，主要包括PLC内部的硬件系统恢复默认值，检查输入输出接口的工作模式和其它一些需要还原为默认值的处理。中央处理器相当于整个PLC的大脑，PLC输入接口将外界输入信号发送给中央处理器，由中央处理器处理后，再通过输出接口单元输出确定的值以控制相应的装置。PLC的输入输出接口主要实现PLC与外界之间的通讯，输入接口将外界信号采集并传送给中央处理器处理，经处理后，中央处理器会发出一定的控制信号，此时再由输出接口单元输出。存储单元主要是存储PLC内部的系统软件，包括故障复位系统，开机自启动系统等，同时还用来存储待中央处理器处理的数据和处理后待输出的数据。现代的PLC功能强大，还有网络通讯模块，为PLC提供网络接口，便于实现数据的传输和共享。

1.2 PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。当PLC上电工作后，内部程序进行硬件接口的复位和软件的自启动工作，CPU根据操作员的程序指令，按照地址号做周期性的扫描。一次完整的扫描过程包括输入采样阶段、程序执行阶段和输出更新阶段。

输入采样阶段时，PLC以一定顺序扫描所有的输入接口数据和输入锁存器中输入端子的通断状态，并将扫描到的数据写入输入寄存器中，此时输入端子关闭其输入功能，与外界保持断开状态，不再接收外界的数据，随即开始程序执行阶段。

在程序执行阶段，程序以从左到右，从上到下的顺序执行，PLC中央处理器计算和分析前一时刻输入的数据，并将它们存储在寄存器中，等待输出。

在输出更新阶段，PLC执行完全部的指令后，输出状态寄存器的通断状态存储到输出锁存器中，并通过一定的方式将CPU的输出控制信号输出，用以驱动负载。

2 PLC自动控制系统的特点

2.1 通用性强

PLC控制器之所以能在工业自动化中得到广泛应用，就是因为其极强的通用性。PLC可根据不同的控制需要，提供不同的控制解决方案。现阶段工业控制的四大参数，温度、压力、流量和液位，都可以用PLC编程实现控制，其控制系统的构成也正是基于PLC作为中央控制器。同时，PLC对于不同的编程开发人员，提供了不同的模块化结构，程序员只需要调用相应的模块，就可以完成控制任务。

2.2 可靠性和安全性高

PLC的出现在很大程度上解放了人力，有些工业监测系统，不再需要人力的参与，只需要为PLC提供相应的传感器，将工业现场的信号传输到PLC的中央处理器，进行相应的计算再输出，就可以实现对现场工业参数的控制。这样的工作模式，降低了人为因素造成的误差和干扰，有利于提高控制系统的准确性。PLC的基本输入输出都是开关量，输入和输出单元采用的是光耦合元件，可以降低外界因素对输入和输出模块的干扰。

2.3 PLC控制灵活方便

PLC作为一种高性能的处理器，其体积小，集成度高的优点，能够充分取代原控制系统中繁杂的硬件电路和连线，对于自动控制系统的优化起着十分重要的作用。PLC技术十分适合于应用在自动生产的流水线作业中，其灵活多变的控制方式，可以确保生产线更新换代时，不需要进行大规模的维护和安装，对现场环境给予了充分的考虑，只需要将PLC拆卸下来，换上新的处理器即可。

3 PLC的硬件设计

3.1 输入电路设计

PLC的电源是维持PLC正常工作的能量来源，现代PLC对供电电源的适应范围较宽，一般为交流85—240V，为了减少电源浮动对PLC正常工作的影响，需要在输入电路中加装电源净化元件，增强电源的抗干扰性。PLC输入电路中的电源带负载时要注意容量，一般应采用直流24V。在PLC工作时，要避免因输入端短路对其造成的损害，所以，在输入电路中加装防止短路装置也是十分重要的。可在输入电路的支路加装短路保险丝，当发生短路故障时，及时有效的保护PLC整体不受损害。

3.2 输出电路设计

PLC系统的输出单元，需要就PLC的基本元件进行配置。为了实现对控制系统各个动力头的主轴电机控制，需要对相应的接触器进行配置；为了显示各个电机的运行状态，需要就状态指示的元件进行配置；为了实现指示控制系统的各部件的运行情况和运行进程，需要就各种指示灯进行配置；为了对系统状况进行指示和预警，需要对故障信号指示元件进行配置；为了及时报警故障，需要就电铃和蜂鸣器等进行配置。

4 PLC的软件设计

PLC设计中，最常用的语言为梯形图。梯形图编程语言主要是其结构类似于梯形，具有形象，简单，直观的特点。梯形图的左右母线类似于继电器的电源线，输出线圈作为负载，输入触点作为按键，梯形图的程序从上而下依次排列。目前，PLC的梯形图设计方法主要为经验法，经验法的设计思路主要是以继电线圈的“自锁”、“联锁”、“互锁”为依据，按照传统的继电器和接触器的电路图，以现在的梯形图作为编程语言，实现对电机、线圈等的控制。经验法有很大的随机性，主要依据设计人的编程习惯不同而不同，同一种实现算法，也可能会出现两种截然不同的梯形语言。

5 PLC在实际自动化生产线上的应用-以PLC在饮料罐装生产线上的应用为例

饮料灌装生产线的设备开始运行时，PLC可以进行上电操作，并调整到自动运行模式，PLC通过控制电机的转速调节饮料罐的传送速度，当有传感器检测到一个空瓶子时，PLC首先对瓶子定位，准确找到瓶子口的位置，然后需要调用延时程序，对灌装的时间进行控制，调用延时程序的同时，还需要控制饮料注入罐内的速度，通过不断的调试，使饮料注入速度和延时时间相协调，并实现最快的灌装速度，提高运行效率。

6 结束语

PLC控制器的出现，将工业自动化的水平推向了一个全新的高度。PLC简化了工业生产线的控制过程，并极大的提高了控制的精度和效率。在PLC没有问世之前，控制主要是通过硬件电路，许多复杂的控制方式需要极其大量的硬件元器件，这给整个生产线的管理造成了很大的困难，PLC技术有效的解决了这样的问题。通过对PLC的不断研发和创新，我们有理由相信，工业自动化必将进行更深层次的变革。

[1]刘祥祥.PLC柔性自动化生产线系统研究与设计探究[J].科技创新与应用，2013（32）

[2]李慧茹.探讨PLC技术在自动化生产线中的应用[J].应用技术，2014（15）