PLC控制系统在智能制造中的应用

PLC控制系统在智能制造中的应用

杨固德

河北大唐国际丰润热电有限责任公司，河北省 唐山市 064000

摘要：在科研人员不断的潜心探索与研发中，我国的科技水平直线上升，现在已有足够的能力与一些科技发达国家一较上下，电子信息技术与自动控制技术的广泛应用有效推动了我国工业制造行业的发展与进步，随之拉开了我国智能制造时代的序幕，PLC控制系统可以说是传统顺序控制器的升级，在适用性及抗干扰能力等方面的优势极为明显，本文首先对PLC 控制系统进行简短介绍，继而多角度全方位的分析PLC在智能制造系统中的应用及发展趋势。

关键词：PLC控制系统；智能制造时代；应用；发展趋势

引言

随着电子信息科技的高速发展与快速普及应用，我国的工业制造行业也得到跳跃式的发展，工业制造在我国社会经济中占据主要地位，同时在国家建设与发展方面所发挥的积极作用也是不可取代的，要想实现我国的兴国强国大计，首先就要充分重视制造业的发展与进步。就当前而言， PLC控制系统已经广泛应用于我国工业智能制造领域的各个方面，成为工业制造控制系统的重要零部件。合理分析PLC控制系统在智能制造时代的应用及发展趋势，对于我国的智能制造发展有一定益处。

1 PLC 控制系统

通常来讲，可编程的逻辑控制器单元(PLC)装置系统，通常是由控制装置、逻辑控制状态程序系统和监控状态程序控制系统等部分构成，具有逻辑控制、定时控制、动作顺序控制、系统计数等多项功能，可以应用在智能型制造装置系统中的各类工业自动化控制场景，实现对于各种机械或者电子设备的工业生产控制工作，其特点为可编程、集成化、维护方便、可靠性高等优点。

1.1 控制单元

可编程逻辑控制装置指的是一类依靠控制领域相关科技及信息数据通信相关科技为框架的数字化控制系统，是一类能够实现编程控制功能的核心模块。控制装置一般由硬件单元、工作控制程序、总线系统等部件构成。可编程逻辑控制器如图2 所示。

硬件单元组成了控制单元的最根本的硬件结构，借助各种硬件单元的组合，能够匹配各类工业控制场景的实际需求;工作控制程序在主控制器(英文简称CPU)模块上进行工作，是相关用户的控制工作的逻辑和控制单元间的连接纽带，经过和上位机的通信并针对相关的配置数据参数及用户采用的控制逻辑模式实施运算和分析，达成系统总线的主要站点和辅助站点间的数据的管理及操控;系统总线是根据相关的通信协议把相关控制单元及现场的智能型仪器仪表相关装置相互联通的网络系统[1]。

1.2 逻辑组态软件

逻辑状态程序指的是工作在上位机的综合型系统开发平台，完成可编程控制单元的匹配、逻辑控制方面的编译活动，编译工作之后生成了系统可以运行的文件下推到控制单元或者仿真装置，用以达成系统调试、状态监控、线上故障诊断、线上调整/强行改变参量及线下仿真模拟等操作。

1.3 监控状态程序软件

监控状态程序软件指的是信息数据收集和过程控制相关的专门开发平台，能够为现场操作人员提供一系列应用类似“搭积木”模式的任意组合的状态解决方案，进而迅速搭建生成控制装置系统监控能力基于一系列常规的控制要求为参照，相关的控制过程的完成流程如图3所示。

相较于市面上常规型号的电脑网络系统，PLC 相关的程序开发平台在基础开发程序前提下实施了相关封装操作，能适应数量更多的工程软件设计者，相关软件的开发过程中只需具备较低水平的软件开发能力就能胜任，相关开发工作的效率将会获得显著提升。PLC 模块具有集成化的拓展功能，能够适应各种需要，开发过程中借助各种组合生成相关系统，并且PLC 模块也具备比较优异的周边环境适应能力及抵抗外界干扰的能力。

2 PLC在智能制造系统中的应用

PLC系统具有可靠性高、易于工程师现场编程等特点，是国防军工、离散制造、流程制造等控制系统的核心装备。随着智能制造落地，智能制造项目越来越多，PLC在智能制造系统中的应用也越来越广。

2.1 汽车行业

汽车制造产业规模大，自动化水平要求高，涉及的自动化技术和产品包括控制产品、现场总线、运动控制、机器视觉、离散传感器、安全产品等等，汽车制造业是智能制造的主力市场之一。汽车生产线分为冲压、焊装、总装和涂装四大工序，每个工序都会大量使用PLC控制。

冲压车间除机械手以外，其他控制都用PLC。焊装车间一条生产线用5-8套PLC，主要用于传输控制，如标志206压装线，采用分布式控制，每一套PLC控制一个小系统，如物流生产线的工位。总装车间PLC主要用于输送线控制，输送线分为高架线、内饰线和终装线三种。高架线上PLC用于后轴和前轴的发动机控制，终装线用于进行测试控制和各个工位的移动控制，一般一段工艺(如终装线)用一套PLC。

汽车行业的PLC用户不仅包括各种类型的整车厂家，还包括各种总成、部件以及零件厂家，不同厂家使用的PLC差别较大，覆盖各种规模的PLC产品。在零部件厂家，大、中、小型PLC分别用于输送机控制、设备控制及公用工程。汽车行业主要对各生产线的工位进行控制，对PLC的应用数量多，但控制点数一般不高，以中型PLC为主。

2.2 电力行业

火电中随着DCS在主辅控制中应用越来越普遍，大型PLC目前在新建的火电项目中应用比重相对不大，项目改造与存量市场应有部分应用。

水电行业对PLC的应用以中大型产品为主，小型产品主要用于设备控制。

PLC在水电行业中主要用于现场设备的控制，包括整个现场控制级完成全站设备的继电保护和水机保护，电气量(模拟量、开关量、脉冲量等)及非电气量(水位、压力、温度、转速等)的采集及处理，断路器和部分隔离开关的分合闸控制，水轮发电机组自动程序控制，全站公用设备的运行监视、控制等。

2.3 包装行业

在药品包装行业，PLC已成为药品包装机械上的标准控制器。但仍然存在大量的设备没有使用PLC，除部分机型使用嵌入式控制器外，继电器还是大部分包装机械的主流控制方式。

包装机械行业控制要求相对简单，几乎不使用模拟量，主要用于设备启停、安全控制，部分会用到一些特殊功能的模块，如称重模块。

3 PLC 的发展趋势

3.2安全可信

智能制造系统的应用，就是为了降低人力资源成本，提高工作效率。因此，智能制造系统需要较少的人工参与，这就给使用安全带来了一定的挑战。为解决这一突出问题，PLC系统的可靠性就需要满足要求，因此PLC系统的安全可信成为了其发展的明确方向。对于PLC系统可能出现的安全问题，需要进行针对性研究。例如在网络通信安全方面，要加强可信算法方面的研究，将加解密技术应用到PLC系统中，以满足对于数据完整性、保密性和真实性的要求。同时，还要加强网络安全领域研究，当前网络威胁问题已在工业系统中有过先例，对于工业控制系统的网络攻击也已成为现实，PLC作为工业控制系统的核心，极易收到网络攻击，所以进行工业控制系统的网络防护技术研究也将是未来的重点研究方向。此外，在PLC系统架构上的优化，也将是PLC系统的发展趋势。在满足功能需求的前提下，进行安全可信的系统架构研究，能够提升PLC系统的健壮性，对于潜在的安全威胁具有更好的适应性。

3.3智能化发展

智能化制造将是自动化制造的又一升级，自动化制造的产生是为了解决人力成本，提高生产效能。而智能化制造则是优化机械制造，在实现自动化功能的基础上，给机器带来创造性。要实现智能化制造，就需要更加广泛的应用PLC系统，对于PLC系统的功能要求也变得更高，需要PLC系统能够完成更为复杂的工作。这就需要进一步研究机器学习与PLC控制间的融合工作，让PLC系统具有决策能力，满足工业级实时性、可靠性、安全性的要求。

3.4网络化

智能制造对于PLC系统的网络通信能力提出了更高的要求，不同于以往所采用的现场总线结构，智能化PLC系统将应用以太网技术来实现实时稳定通信，以获取快速相应能力。为实现PLC网络化管理的目标，需要开展网络协议研究，可在现有网络协议基础上进行优化设计，以满足PLC与以太网之间的互联需求。实现PLC网络化还能在很大程度上提高处理速度，尤其是对于智能化制造来说，事件的快速响应能力是反应智能化程度高低的一个重要指标。此外，目前PLC系统没有直观的交互界面，通过实现网络化可有效的解决这一问题，可通过相关软件的开发设计构建一体化软件平台，将PLC系统状态和控制流程等信息通过交互式软件界面进行展示，便于操作。

3.5运动控制能力

运动控制作为自动控制的一个分支，通过伺服系统实现对机器的位置和速度进行控制。运动控制功能将成为未来工业控制所必须的一项功能，PLC作为工业控制的核心，未来也必须具备运动控制能力。传统的运动控制功能多利用数控技术实现，其功能较为单一，对于未来发展的适应能力较差。而PLC系统能够同时实现多种功能，所以对于数控技术具有较好的替代作用。而且PLC系统的成本相比于数控系统更为低廉，其必将成为未来实现运动控制功能的主要手段。目前针对运动控制功能，PLC系统已开发和应用了部分模块，随着相关软件的推广和施工，PLC实现运动控制也将变得更容易。

结束语：我国新型信息技术的不断发展，将会成为智能制造发展的强大助推力。作为智能制造控制系统重要部件的PLC控制系统，也在不断向网络化智能化创新发展，未来，为了促使PLC控制系统在我国智能制造方面发挥更为优越的应用效果及更为强大的应用价值，相关人员应对PLC控制系统的应用展开进一步研究分析。

参考文献

[1].探讨:智能制造时代PLC面临的挑战和机遇[J].自动化博览,2020,37(04):18-20.

[2]杜品圣,马龙.实现智能制造的自动控制系统变革的思考[J].自动化博览,2020,37(01):42-47.

[3]陆文祥. 面向智能制造生产线的虚拟调试系统设计与实现[D].浙江工业大学,2020.