ＰＬＣ與工業(yè)設(shè)計(jì)

摘 要：文章闡述了PLC可編程控制器在工業(yè)自動(dòng)化控制中的重要性及工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的諸方面，詳述了縱觀全局，從局部設(shè)計(jì)起，程序的通用性和特定性，自動(dòng)化生產(chǎn)線的循環(huán)控制，完成一個(gè)周期后才能停車(chē)等工業(yè)控制必不可少的重要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，為相關(guān)專(zhuān)業(yè)的在校學(xué)生和工程技術(shù)人員提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)與重要參考。
　　　自可編程控制器（PLC）問(wèn)世以來(lái)，它在工業(yè)自動(dòng)化控制中的發(fā)展極其迅速，如今它已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、民計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、CAD／CAM技術(shù)共同構(gòu)成了工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。
　　作為工科院校學(xué)生和工程技術(shù)人員了解它、掌握它是必不可少的，這也是加快工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的關(guān)鍵所在。掌握并應(yīng)用它來(lái)完成工業(yè)控制與PLC設(shè)計(jì)應(yīng)分以下幾個(gè)主要方面：
一、準(zhǔn)備知識(shí)、打好基礎(chǔ)，奠定必要的邏輯思維：
　　可編程控制器為工業(yè)控制微機(jī)，它采用的是二進(jìn)制，開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)只有兩種狀態(tài)，閉合和斷開(kāi)，線圈、觸發(fā)器，執(zhí)行器也只有通電和斷電兩種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制的“1”和“0”，且它編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單，接口方便，這也是它與其他工業(yè)控制器相比最大優(yōu)點(diǎn)，更是它得以廣泛應(yīng)用并快速發(fā)展的必要條件。因此要搞好PLC技術(shù)的工業(yè)控制設(shè)計(jì)必須有先開(kāi)課的知識(shí)準(zhǔn)備，即數(shù)字電路、電工技術(shù)、電機(jī)與控制等。
　　PLC可編程技術(shù)的工程設(shè)計(jì)分兩個(gè)方面，即邏輯設(shè)計(jì)法和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，其中邏輯設(shè)計(jì)法就是據(jù)工業(yè)控制實(shí)際流程寫(xiě)出邏輯式來(lái)完成的。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法則是據(jù)繼電接觸控制電路的理解與工業(yè)控制環(huán)節(jié)的熟悉程度來(lái)完成的。
二、縱觀全局，從局部環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)起：
　　任何一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)或控制過(guò)程都是先對(duì)一個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)控制作起，再完成總體設(shè)計(jì)，整個(gè)生產(chǎn)線或控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)銜接，往往要先構(gòu)思規(guī)劃好流程圖或時(shí)序圖，然后再?gòu)囊粋�(gè)個(gè)基本控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)起。這些基本控制環(huán)節(jié)可簡(jiǎn)單地抽象成起動(dòng)，保持停止控制電路、順序控制、時(shí)間控制、循環(huán)控制等。
　　工業(yè)自動(dòng)化離不開(kāi)電力拖動(dòng)，電力拖動(dòng)是要把電機(jī)或控制電機(jī)，按我們預(yù)想方案動(dòng)起來(lái)，所以工業(yè)控制大部分是先對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，并通過(guò)它來(lái)完成對(duì)機(jī)床、機(jī)械手和各種執(zhí)行器的復(fù)雜控制。
　　PLC設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言包括指令表、梯形圖、功能表圖。三者是對(duì)應(yīng)同一個(gè)控制的不同表示，方法可以互相轉(zhuǎn)化，每一個(gè)執(zhí)行器（或輸出）必須對(duì)應(yīng)于梯形圖的一個(gè)階梯（梯級(jí)）。這里我們采用梯形圖來(lái)表述，因?yàn)樗��?jiǎn)單直觀。
　　每一個(gè)階梯都包含有三個(gè)最基本核心要素起動(dòng)、保持（自鎖）、停止，完成起動(dòng)和停止作用的是起動(dòng)按鈕（常開(kāi)觸點(diǎn)）和停止按鈕（常閉觸點(diǎn)）起保持作用的是自鎖觸點(diǎn)（常開(kāi)）、起�；蜻\(yùn)行時(shí)間要定時(shí)的話，應(yīng)采用定時(shí)器的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)來(lái)完成起�？刂七^(guò)程。
三、關(guān)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)或自動(dòng)化生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)：
　　一般復(fù)雜的控制過(guò)程、控制系統(tǒng)或生產(chǎn)線控制要包括以上若干個(gè)不同的控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，也是一個(gè)從單機(jī)控制到多機(jī)控制的多元化整體設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)也要照顧到單機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程與多機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程括相互關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)運(yùn)行順序和步調(diào)一致等。
　　例一：一個(gè)單機(jī)較復(fù)雜的控制。
　　任何一個(gè)控制過(guò)程的運(yùn)行開(kāi)始，首先必須有一個(gè)主控（或總控）開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，往往是先起動(dòng)電源接觸器，這也是一個(gè)控制過(guò)程的準(zhǔn)備。
　　第二大體上要抓住各個(gè)環(huán)節(jié)之間聯(lián)鎖、順序、步序、協(xié)調(diào)大致幾個(gè)方面。聯(lián)鎖、順序、定時(shí)、電動(dòng)機(jī)Y—△降壓起動(dòng)的電源接觸器，搶答器中的主持人按鍵，交通燈中的電源接觸器均屬于主控開(kāi)關(guān)（總電源）。
　　電動(dòng)機(jī)Y—△降壓、起動(dòng)、能耗制動(dòng)控制起動(dòng)與能耗制動(dòng)時(shí)間，即Y形聯(lián)接（起動(dòng)）時(shí)間，能耗制動(dòng)時(shí)直流電流接入時(shí)間即涉及順序控制和時(shí)間控制等。
　　例二：一個(gè)多機(jī)較復(fù)雜的控制過(guò)程：
如交通燈控制中的順序、時(shí)序與協(xié)調(diào)。交通燈控制中分4個(gè)獨(dú)立的控制支路，南北方向、東西方向，主干線綠黃紅與南北方向、東西方向的左轉(zhuǎn)彎綠燈，等待燈紅燈（綠黃紅，無(wú)黃燈閃，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)）各有各的獨(dú)立控制和步序，但4個(gè)獨(dú)立支路之間存在著步序一致、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，否則就會(huì)造成控制的混亂。
例如：南北方向；南北方向左轉(zhuǎn)彎；東西方向；東西方向左轉(zhuǎn)彎為4個(gè)獨(dú)個(gè)分支，它們各自進(jìn)行時(shí)序稱(chēng)為縱向，但4個(gè)分支之間相互關(guān)聯(lián)稱(chēng)為橫向，它們應(yīng)相互照應(yīng)，彼此協(xié)調(diào)，步調(diào)一致。當(dāng)南北方向?yàn)榫G燈通行時(shí)，另外三支必須為紅燈（等待）；當(dāng)南北為黃燈閃爍（提示）時(shí)，提醒人們?cè)摲较蝰R上變?yōu)榧t燈，另外三支也為紅燈（等待），這些都屬于相互協(xié)調(diào)、步序一致，否則造成邏輯控制的混亂�？刂茻o(wú)法正常進(jìn)行。
四、通用程序與特定程序，即抽象與具體的關(guān)系：
　　例如：
　　　　 以上為一通用程序，X0為總控開(kāi)關(guān)，起動(dòng)程序或給電源，X1為總停止開(kāi)關(guān)，每一個(gè)分支階梯都包含起、保、停三個(gè)核心元素，它完成的功能是按下總起動(dòng)開(kāi)關(guān)X0 y1 ON，5S后y2 ON 5S后y3 ON同時(shí)y2 off再過(guò)5S y4 ON，同時(shí)y3 off，直至按下停止開(kāi)關(guān)X1、y1、y4則off。
　　如果把以上程序輸入輸出端口具體化，它則變?yōu)橐粋�(gè)特定的具體的程序。它可用于依次點(diǎn)亮三盞彩燈（三個(gè)廣告字）或啟動(dòng)三臺(tái)電機(jī)的順序控制電路。
　　再如，y1為線路交流接觸電線圈，y2、y3、y4為短接轉(zhuǎn)子電阻的接觸器，T1、T2、T3為短接轉(zhuǎn)子電阻的，該程序就變成了三相繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串三紐電阻時(shí)的起動(dòng)控制電路的特定程序。
五、關(guān)于循環(huán)控制：
　　每一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線都包含若干個(gè)生產(chǎn)周期，汽車(chē)裝配流水線、電視機(jī)生產(chǎn)線，每天有若干臺(tái)設(shè)備完成并下線，就需要多少個(gè)生產(chǎn)周期。一個(gè)控制系統(tǒng)除了完成一個(gè)生產(chǎn)周期的控制外，還要保證若干個(gè)生產(chǎn)周期周而復(fù)始的工作，即涉及循環(huán)控制。
　　完成循環(huán)控制的常開(kāi)觸點(diǎn)必須與起動(dòng)按鈕并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)該觸點(diǎn)的接觸器線圈，定時(shí)器線圈必須是一定要表明前一個(gè)周期的結(jié)束，下一個(gè)周期的開(kāi)始。
六、關(guān)于只有完成一個(gè)周期才能停車(chē)的控制：
在一個(gè)八小時(shí)工作日內(nèi)，必須要完成若干個(gè)完整的周期（即完整的產(chǎn)品下線），不能進(jìn)行到一半或未完成，就下班一走了之，所以，真正完全自動(dòng)化的生產(chǎn)線，操作者只需起停、監(jiān)控，而停止按鈕只要在最后一個(gè)周期開(kāi)始后，任何時(shí)刻可按下停止按鈕，然后通過(guò)一個(gè)特定程序段把它存起來(lái)，待完成一個(gè)周期后再停車(chē)，實(shí)質(zhì)上利用的是連鎖。