基于PLC 的生产线控制系统设计

1.基于PLC 的生产线控制系统设计的背景与意义

    当今世界的各行各业，无论是大型综合性企业，还是小型的私企，都强烈需求高度自动化的生产流水线，用以提高生产效率，来创造更高的生产价值。如何提高生产效率成为所有从事生产的人们的共同问题。而PLC 控制技术作为一种高度自动化的过程控制技术，在生产线系统中得到越来越广泛的应用。生产线控制系统自动化程度的不断提升则使得整个工控行业越来越多的开始思考如何利用自动化的生产系统来装备自己、提升整企业的生产水平，通过提高整个生产水平来转化成为盈利，从而创造源源不断的经济效益。

    PLC 作为现在工控界的宠儿，首当其冲成为生产线控制系统的必选。我国工控业许多方面都应用了PLC 控制技术，然而，我国的PLC产业尚属于发展阶段，许多方面还不够完善，不能够很好的为我国工业发展提供技术保障。所以我们更应该努力学习国外的先进的PLC控制技术，不断的完善和创新，以实现我国工控行业的大发展。

2.基于PLC 的生产线控制系统设计的可行性分析

    在工业领域中，控制系统是整个工业系统的运转核心，而工控系统性能高低的主要因素是控制器的选择，而当今工控行业用的最多的还是可编程控制器（PLC），PLC 是一种可编程的存储器，用于内部存储程序和执行逻辑去处、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的控制指令，并且通过数字或模拟式输入或输出控制各程不同机械协同操作或者生产运转。PLC 的设计主要是能将控制命令图像化，在我们进行程序编写时能够很简单便捷地看懂电路控制图纸，能够很简单地修改或更正控制电路不良，通过其软件在线状态时信号通过线路时其带电状态来检测其控制的准确性与实际操作性。工业控制的优良的判定应该有以下几个参数的存在，实时性、准确性、协同性和安全性。而在对PLC 的生产线控制系统进行开发利用时我们可以从以下几点进行可行性分析：

    一是在性能层面上的。互相比较来说，西门子系列的PLC 在性能上具有无可置疑的优势，无论是可操作性还是稳定性上，但其高昂的价格也令人望而却步。故而较次之的三菱系列PLC 成为国内比较大众化的选择。为了控制成本，提高性价比，国内生产的PLC 也得到越来越广泛的应用，如信捷、台达系列的PLC，其性能虽然比不上那些西门子、三菱，但在大部分不是要求十分精确严格的生产中还是能完全胜任。

    二是要看该生产系统的稳定性。一个时不时出现故障的生产系统是不可能符合当代快节奏的生产要求。工业控制中PLC 控制技术主要是一种过程控制技术，它不同于单片机控制与ARM 嵌入式的控制，PLC 控制技术能够在没有生产前就能提前通过设计电路去判定设计的过程电气逻辑状况，电路各个电气元件间的逻辑正确才是控制的主要条件。在工业PLC 控制中，各种信号灯的状态就能很实时的反映出机器运行的具体状况。在我们大型的工业控制技术中，由于控制信号比较复杂，在逻辑上有时存在竞争的这种状况，我们可以采用分块操控的技术进行改善，在分块进行设计时，要分清主次顺序去进行相应设计。PLC 应用于工控系统应该着眼于电气控制方面，在主要控制电气箱内我们必须加上反馈回路来保护电气电路能够正常工作。在设计中也要采取控制信号来模拟单片机中的中断的概念要设计保护电路，在发生电路故障时能及时地停止其它工作来执行停电保护的措施。三是系统的可操作性。生产系统完成一系列生产流程，其操作过程越简洁越好。生产线控制系统中，功能的分类与集成必须高度和谐统一，不存在操作的死角与重合。各种系列的PLC 一般都自带相应的编程软件，编程思想也大同小异。所以最后系统的可操作性就取决于生产线机器的配置与生产线编程程序的完美程度，生产线机器的配置已成定居，姑且不论，所以做好程序编写就成为重中之重。程序的编写取决于编程人员，而编程重在细节，大体的流程每个工程师都会，而细节处理方面，却各有差别。一个优秀的电气工程师能够集思广益，将生产系统所涉及到的任何细小问题都解决，不放过任何一个疑点。

    四是系统的安全性。安全生产是生产的前提，不能保障安全的生产系统是完全不可取的。安全性是一个工程最重要的必备要求，由于PLC 采用控制方式是利用弱电控制强电的工作方式，故而在安全性方面不存在较大问题。PLC 设计的另外一个便捷式构想就是触摸屏的设计， 触摸屏设计主要是以实用直观简洁为主要依据对象来进行设计。触摸屏设计能够更好更直观地从显示屏上观察生产系统的工作状况与实时了解控制信号的控制过程。

3.基于PLC 的生产线控制系统设计的整体构想

    本次设计采用西门子S7-200 系列的PLC，通过机械手，传送带，传感器等一系列装置来实现供料、检测、加工、机械手、分拣等功能。其中，每一个工作单元都是一个机电一体化的系统，也可以看成一个独立的工作系统。各个单元的执行机构主要是电机驱动结构与气动执行结构，可以通过安装在其上面的传感器的信号可以判断这些执行机构的运动位置。传感器是自动化生产线中的关键环节，是现代工业实现高度自动化的必备装置。

    供料单元完成整个系统的供料流程，将产品原料输出，配合触摸屏作为整个系统的基站。判断出原料的颜色大小并将其判断信息发给下一环。搬运单元由无杆气缸和机械手等部件组成，通过伸缩、移动、抓取等动作，气缸将料仓中的工件轮流吸出，由真空吸盘吸取，通过旋转臂投入到大工件的空腔中。检测单元检测加工物件的各种特性，如高度、材质、硬度、颜色等。主要由工件高度检测模块、提升模块、工件材质及颜色识别模块、硬度测试模块等组成。

    在新的PLC 生产线控制系统投入使用时， 我们要对新系统间断性的做调试与测试。在PLC 生产线控制开发的过程中，调试和测试是极其重要的。无论花费如何多的精力和时间对其进行检测都是存在其必要性的。新的PLC 生产线控制系统的测试一般包含两个阶段，第一个阶段是电气工程师在编写程序过程中要不断的对每个功能进行调试与测试，以保证这部分功能能够完美运行，不被其他的组件所干扰。第二个部分是对部分模块逐步测试完成后组成整体，再对整体的运行进行整体综合性的测试，以保证整体的连贯性。综上所述，我从PLC的生产线控制系统设计背景和意义以及可行性及整体构想进行了大致的分析和概括。并以此来说明基于PLC 的生产线控制系统系统的开发利用对现今生产企业的重要作用，由此可见，基于PLC 的生产线控制系统系统的开发与利用符合当今时代生产发展的迫切需求，对于推进我国工控行业的发展有着极为重要的作用。