PLC技术模式下的自动化控制系统集成设计与实现
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【摘 要】随着时间的发展，在先进的计算机控制技术以及电气自动化控制技术的基础之上所发展开来的 PLC 自动化控制系统，已经在许多的领域被积极地运用，并且自身迅速地发展。
【关键词】自动化控制系统;PLC 技术;集成设计
在衡量一个国家生产力发展水平以及生产发展中，工业自动化水平是一个重要的指标，并且在工业自动化中，电气自动化是其重要的组成部分。在基于可编程控制器基础之上PLC 技术的发展和生产，不仅仅克服了之前控制的许多缺点，还提升了电气自动化控制的水平，解决了甚多技术上的难题，有着较好的应用和推广前景。该研究中所提到的单片机选择变频器与 PLC，方便用户管理，维修相对比较方便。为了较好地发挥 PLC 自动化控制系统所产生的积极作用，论文就从 PLC 自动化控制系统以及 PLC 技术优化设计的基本论述出发，对基于 PLC 技的自动化控制系统的集成设计展开讨论。
1 PLC 技术及在汽车领域的应用现状
PLC 是由模仿原继电器控制原理发展而来，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作，从而实现对各种机械的控制，完成自动化生产。在油田开采领域，PLC 系统得到广泛应用，主要体现在以下方面：一是自动计量系统在油田计量中应用，在自动计量系统的基础上，通过对仪表、执行机构实现智能化和电气化改造，同时设计 PLC 控制站和中央控制室，由 PLC 集成系统可以完成计20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
为了适应工业环境使用，与一般的控制装置相比较，PLC有很多的优点。可靠性高，抗干扰能力强;通用性强，控制程序可变，使用方便;功能强，适应面广;体积小、重量轻、功耗低、维护方便。但是，PLC在汽车检测线上还没得到广泛应用，因此，推广PLC在汽车检测线上的应用，具有重要意义。
2 PLC 技术模式下的自动化控制系统集成设计与实现
汽车检测线的测控方式又有两种，集中式和分布式控制方式。分布式方式具备很多优点，如结构层次化，任务分散化、系统调整比较灵活、可扩展性强、故障分散、可靠性高，便于维护、系统重复性好，抗干扰能力强，因而得到了广泛应用，将PLC应用到汽车性能检测线上也基于这一思想，采用PLC控制器和分布式I/O组成一个分布式的测控系统。
检测线系统采用分布式I/O、PLC和工控机网络系统组成的二级层次网络结构。由分布式I/O模块来对各个工位进行信号采集和输出控制，再通过工业现场总线与主控制器PLC连接，最后通过以太网与工业计算机形成一个汽车检测线的分布式测控系统。分布式I/O模块配合工业现场总线DeviceNet的好处是不仅传输距离远、传输效率高，而且稳定性好。PLC将各工位的现场数据采集到内部存储器中，并发送给各个工位的工位计算机。工位计算机软件通过OPC接口读取PLC传输过来的实时数据，进行相应数据处理、显示和操作提示。实现检测业务流程的过程控制，并将动作控制指令再通过OPC接口返回给PLC控制器，由PLC控制分布式I/O执行相应动作。工位计算机由主控计算机实现检测流程的调度和检测结果的存储。最后的检测结果和检测工况数据通过网络汇总存入服务器计算机中。
2.1硬件设计
设计 PLC 控制系统时首先要做好相应装置的设计。这些装置包括电源、抗干扰原件等。电源应选择 80 至 240VAC 的电源，除此之外还应当增加电源净化元件，可有效的减少干扰，一般情况下建议选用 1：1 的隔离变压器、电源滤波器等。例如选用双层隔离设计，也就是将隔离变压器应用其中，能够利用屏蔽层降低高低频脉冲的干扰。设计输出电路时，首先要在基本的生产工艺要求下开展设计，接着通过晶体管将输出电路所需要的各式变频器的调速和控制以及指示灯输出，且需要晶体管作为支撑，最主要为频率过高的 PLC 控制系统。通过继电器输出，说明其有着过低的频率，不仅设计简单还可以提升系统的负载能力。
2.2软件设计
软件系统
软件系统包括PLC编程软件，PLC接口软件以及检测线检测业务控制软件。编程软件采用RSLogix5000，为方便用户开发控制程序，Rockwell Software公司提供了功能强大的RSLogix5000 32位编程软件。其具有相当友好的界面，并可通过网络进行远程编程。开发人员还可对程序离线仿真。由于其运行环境为Win NT/Win 2000，学习使用方便，并可结合中文描述。RSLogix5000满足多人同时对系统中各控制器进行程序编制以及调试工作，即同时使用程序编辑软件，而系统投运后，只需个别维护人员使用这些软件。
OPC接口软件采用RSLinx Classic，需要访问PLC控制器的工位机和主控机都安装有RSLinx Classic软件，该软件加入了先进的数据优化技术，并包含一套诊断机制。其应用程序编程接口（API）支持用RSLinx Classic SDK开发的自定义应用程序。RSLinx Classic既是OPC数据访问兼容服务器，也是DDE服务器。只需简单配置即可设置好相应的OPC SERVER供工位软件访问。
检测业务控制软件包括（1）登录、选择系统，（2）各工位工位机软件，（3）主控机主控管理系统。其中，登录、选择系统主要功能是完成待检车辆基本信息和检测项目的录入，可以实现车籍档案录入、检测项目选择和检测参数设置等功能，还实现了智能快速登录功能，通过网络连接发送给主控机。登录系统与汽车厂数据库联网，实时获取车辆基本信息，对于同一辆车，只需录入一次，下次报检时，只要输入正确的车牌号码和号牌种类，就可将上次录入的信息从数据库中调出。通过建立车型词典、车辆单位词典和智能查询功能加快登录的速度和准确性。
工位控制系统包含了检测线的常检项目，如车速速度表、车辆外观、底盘、侧滑、轴重、制动、前大灯、烟度、废弃、喇叭声级等项目。工位机软件是完成具体检测任务的控制部分。从主控程序获得登录车辆信息、车辆车型信息及车辆复检时上一次结果信息，智能指导引车员操作及控制检测设备进行车辆检测。工位机软件通过RSLinx Classic提供的OPC服务器可访问PLC内的数据，进而获取各工位现场传感器的数据以及控制工位检测流程。工位机软件采用模块化设计，每个设备开发一个独立模块，增加、变更设备只需要替换相应的设备控制模块，不影响其他系统的运行。
主控机主控管理系统是检测线控制软件的控制中枢，担任检测网络中的网络服务器，进行车辆自动的调度检测，并实现数据库操作层接口。主要完成待检车辆检测线分配、实时显示检测线上各工位检测数据、检车进程和检测车辆排队情况、检测标准设定、评定检测结果等。自动判断在线工位，任一工位掉线都不影响其它工位的正常检测。
3 结束语
本文基于PLC和分布式I/O的汽车性能检测系统利用了PLC抗干扰能力强、组网安装方便、适用于复杂的工业现场的特点，采用了先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术。该检测系统的设计科学合理、采用了當前先进的软硬件技术、科学的联网技术、合理的工位布局，保证了极高的检测精度和检测效率，具有很好的应用推广价值。
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（作者单位：保定市长城汽车股份有限公司）
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