基于PLC的过程控制系统的设计

基于PLC的过程控制系统的设计潘浩华（中原管具西南项目部四川南充457000）摘要：首先针对当今发展的工业技术中所采用的PLC技术做一个简单介绍，然后就PLC对工业生产中的过程控制系统作一比较概括性的设计，以求得在工业生产中能用计算机来远程操控或者手动操作控制面板进而控制整个生产过程的目的。关键词：PLC；控制系统；生产过程；工业技术；设计中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0720061-02上的各种信息，用户可以通过终端操作设备操控PLC按我们的0引言要求执行程序等等。现今社会产业不断发展，人们也在不断寻找着优化工业发另外PLC系统构成非常灵活，其特产体现在开关量的控展的各种系统程序，以期获得企业的最大化利润或者最好的收制，相对来说，它的扩展不但容易，并且还能进行连续过程的益。不管是化工行业、轻工纺织业还是食品行业，PLC技术的PID回路控制。PLC系统在实际生产过程中一般与上位机构成复运用都有了相当成熟的表现。而基于过程控制的DCS系统则对杂的控制系统，如DDC和DCS等，以此来实现生产过程的自动生产的半自动化甚至全自动化都有着极大的推动作用，如果不化。由于其编程语言一般采用简明的逻辑图、梯形图或者相关依靠在PLC上发展出来的过程控制系统，那么在这高速发展的语句组成，所以使用起来方便简单。具体体现在系统的开发与工业产业当中，生产车间则需要大量的操作人员，他们用最为维护周期短，现场调试容易。像在食品行业中，尤其是自动化原始的人工操作方式来生产，这样的话，企业的寿命将会大大程序较高的饮料行业，PLC的运用能够做到在线修改程序，改缩减，而且一旦产品的销售或者说市场需求量急速扩大的话，变控制的方案而无需拆开机器设备。它能在不同环境下运行，那么企业将跟不上节奏，从而导致更多麻烦。另外，在生产车可靠性十分强悍。间大量用人工操作的方式来维持生产的运行，这中间人员的相2PLC的控制系统设计互协调以及人员本身的综合素质将会大大制约着生产的进行，2.1系统的过程控制尤其是对物料的精细分配上。而PLC技术的出现，以它为主体的过程控制系统有着相当稳定的可靠性、操作便捷性、操作简单化，因此，在现代各大企业中，其被广泛的运用着。本文就先简单介绍PLC技术，然后讲述基于PLC技术上的一种对工业生产的过程控制系统的粗略构建。1PLC技术概述1.1PLC组成及原理首先简单说明下PLC（ProgrammableLogicController），PLC是能够进行数字化处理方式的电子控制装置，它专门应用在工业生产设计上。实质上他就是应用在工业环境下的计算机。随着整个计算机技术的飞速发展，PLC的发展也到达了前所未有的地步，目前这样一个电子控制装置所集成的技术已经囊括了计算机、通信、过程控制以及自动化控制等多领域的技术。其组成及工作原理如图1所示。图1PLC的组成及工作原理图1.2PLC的功能特点PLC是一种数字运算操作电子系统，它的特点有：可以存储用户程序；通过各种传感器，可以采集机器上各种部件的状态或工作情况的信息（阀门动作监测电眼、温度探头、角度编码器、压力检测开关、接近开关、T型铁等）；可以按预置程序驱动机器上部件执行相应操作，如驱动电磁阀、马达、加热器等；可以与用户互动，如PLC可以通过终端显示设备显示设备在这里阐述的系统主要用于饮料类行业，它要承担温度、压力、流量、湿度、液位、重量或体积等仪表数据的采集，对阀门、开关（I/P类）和电机等相关设备实现半自动化甚至全自动化的控制。同时对机器自动添加物料完成配方等精确操作过程的计算调节，对压力、温度、液位实现PID的自动调节等。真正做到只要让操作人员直接点击任意生产流程按钮就可以自动执行操作过程的要求，而一旦生产过程中出现故障，则相关过程自动终止，不会因为某一个小故障而导致更为严重的事故。2.2针对不同需求的控制分析在进行过程控制当中，我们需要知道针对一套机器设备或者工艺流程需要监测的方方面面，努力做到全方位的控制，这样在生产过程中便于管理，便于对每个环节做出分析，才能更好的优化整个生产，最终获得良好的收益。因此，设计出一套合理的、质量高的控制系统对于企业将是不可或缺的，而生产过程的控制其主要对象表现在各种复杂的工艺设备和生产过程。那么我们首先要做的便是对该生产过程做出详细的分析，了解工艺过程的特点，了解受控制的机器、电、液之间的配合，提出受控对象的PLC控制要求，这样才能确定好过程控制方案。下面就饮料行业中无菌灌装机和吹瓶机为例，进行简要的说明。我们现在要做的就是分析下无菌灌装机是如何利用PLC来对生产做出监控的。当然，由于PLC控制的因素比较多，所以在此只是对灌装机的图案校正系统来简单说明下。像利乐19机的图案校正就利用了PLC来控制，首先它依靠电眼来识别包装材料上的26位条形码，然后通过TMCC（利乐多功能小型控制器），将信息反馈给PLC中心，由PLC作出相应的处理（程序已经设定好），再将信号传给DMCC来控制图案，从而调整灌装机里面的凸轮，影响到拉耳的力度，控制包材的行进距离，最终达到图案校正的目的，也即控制目的。61而灌装饮料的容器——PE塑料瓶的制备过程中则要求比较这些软件采集所需要的数据，分析所要采用的措施来进行下一严格，即吹瓶工艺。它需要将精确计量的PE颗粒、色素原料、步操作。以此循环，最终实现不断监测生产工艺的目的。增韧剂或其他的添加剂混合后加入到特定容器中，最后经过吹PLC的控制则常主要利用在各大机器设备上安装的探针、瓶机在一定温度、压力情况下吹塑，最后冷却成型。这期间我仪表等来对温度、压力、流量、速度、液位、重量等进行检们就需要对混合前不同物料的温度、湿度进行监控，当低于或测，对PID调节阀进行开度的检测和控制。而在实际工业生产者高于设定值时就会通过PLC的CPU作出报警反应，而在正常范中，我们需要对不同的产品做出不同的方案。当然为了更好的围内则进行下一环节的操作；然后进入混合，对搅拌的速度、实现对阀门和电机等的控制，我们需要采用先进式数组式运算温度、压力都需要用到相应探针来控制，PLC不断的接受信来处理。号，然后发出指令，最终实现整个吹瓶工艺的控制。同时系统具有自动诊断功能，实时监控通讯状态。当系统2.3系统的结构设计出现故障或错误时，PLC将自动结束相关程序的运行，然后发这里讲述的系统主要是为了提高生产过程的自动化程度，出报警信号并记录相关故障，交由操作人员或者工程师来处对单独的机器设备以及整个生产车间的设备进行控制而设立，理。我们采用三层体系模式。3结束语第一层为人机模式，也即人与计算机的对话界面。本层体PLC的发展给工业规模化生产带来了巨大的经济效益，它系采用IFIX组态软件对系统数据库进行分析表达并显示出整个在提升企业自动化过程中起到了无可比拟的作用，同时使得生控制电子版面图，并存储到关系数据库SQLServer2000，通过产过程所需求的操作人员大量减少，节约了企业的生产过程成VBA的编程实现图标类从数据库自动生成报表。第二层结构为本。社会在进步，PLC的发展虽取得了重大成绩，但是我们仍PLC控制网，我们可以采用多个PLC分别对不同的管路、通道、需对其作出改进，努力完善它的控制系统建设。容器或者大型设备（如UHT杀菌设备等）进行单独控制，然后将他们联合起来，将所有信息都输入到一个总的PLC控制器参考文献：[1]陈化、刘文龙，PLC过程控制系统的分析与设计[J].中国高新技术中，由其完成最后的指令调节，最终将信息反馈给各个分企业，2008.7.PLC器，由他们单独完成相关工艺。同时PLC通过交换机与计算[2]周大志、樊石、唐文军、赵群，基于PLC的过程控制系统设计机通讯，智能阀位PID调节仪将根据实际的温度、压力、速度[J].自动化技术与运用，2009，28（7）.等要求，来自动完成相关阀门的调节作用。第三层为仪表和执[3]张凯，可编程控制器教程[M].南京：东南大学出版社，2005.行机构。各个仪表都将独立完成每道程序的相应监测行动，然[4]（美）里格（Rehg，JA）、（美）萨托瑞（Sartori，G.J），可编后将信号传递给PLC，再传递给执行机构来完成。程逻辑控制器[M].薛文轩、李磊译，2008.1.2.4监控与控制的实现[5]刘冬梅，PLC在化工过程控制中的应用[J].工业控制计算机，计算机控制已经成为现代工业控制中不可或缺的一部分，2007.10.因此，它的使用将是过程控制系统的设计与构建的重要组成部分，它将在整个过程中发挥着与PLC组建以太网，显示各种数据，控制机器设备，构建生产所需的数据库，甚至开放远程访作者简介：潘浩华（1977-），男，江苏响水人，本科，职称：中级，从事的问端口，方便远程管理生产工艺。我们利用计算机，安装上无研究方向或工作领域，机械和电子，能源动力交叉学科。限点的IFIX组态软件、SQLServer2000、EXCEL等软件，再用化了，无法发挥PTN内核IP化的优势。在网络发展后期，又涉及汇聚层以下采用PTN组网，核心骨干层则充分利用IPoverW到大量的业务割接，网络维护的压力非常大。鉴于此，除了现DM/OTN将上联业务调度至PTN所属业务落地机房的模式称之为网资源缺乏（如局房机位紧张、电源容量受限、光缆路由不具联合组网。备条件）确实无法满足单独组建PTN条件的，或者因为投资所尽管独立组网模式中核心骨干层组建的PTN10GE环路业务限必须分步实施PTN建设的，均不推荐混合组网模式进行PTN的也可以通过波分平台承载，但波分平台只作为链路的承载手建设。段，而联合组网模式中，IPoverWDM/OTN不仅仅是一种承载手2）独立组网模式段，而且通过IPoverWDM/OTN对骨干节点上联的GE业务与所从接入层至核心层全部采用PTN设备，新建分组传送平属交叉落地设备之间进行调度，其上联GE通道的数量可以根据面，和现网（MSTP）长期共存、单独规划、共同维护的模式称该PTN中实际接入的业务总数按需配置，节省了网络投资。之为独立组网模式。该模式下，传统的固话、宽带业务继续利当然，联合组网分层的网络结构，前期的投资会因为旧原有MSTP平面，新增的IP化业务（包含IP化语音、IP化数据IPoverWDM/OTN建设而比较高。联合组网模式适用于网络规模业务）则开放在PTN中。较大的大型城域网，考虑到联合组网模式的诸多优势，除了在独立组网模式的网络结构非常清晰，易于管理和维护，但没有IPoverWDM/OTN或者短期内IPoverWDM/OTN无法覆盖至新建独立的PTN一次性投资较大，需占用节点机房宝贵的机位资骨干汇聚点的地区，均建议采用联合组网的方式进行城域源和光缆纤芯，电源容量不足的局房还需进行电源的改造。此PTN的建设。外，SDH/MSTP设备具备155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s、4结论10Gbit/s的多级线路侧组网速率，可从下至上组建多级网络结在城域传输网向全IP化演进的过程中，任何先进技术的引构，相比之下，PTN组网速率目前只有GE和10GE两级，如果采用入和网络架构的变革都必须满足当前和未来的业务需求基础，PTN建设二级以上的多层网络结构，势必会引发其中一层环路带同时具备良好的性价比。经过分析对比，PTN+IPoverWDM/OTN宽资源消耗过快或者大量闲置的问题，导致上下层网络速率的的联合组网模式凭借其强大的IP业务接入、汇聚及灵活调度能不匹配。力，有利于推动城域传输网向着统一的、融合的扁平化网络演3）联合组网模式进，是未来组建下一代传输网的最佳选择。62（上接第30页）