PLC 控制系统在智能制造领域中的应用研究*

梁远君，梁洛铭

(广西玉林农业学校，广西 玉林537000)

智能型制造装置系统是智能型制造方式体现的载体，即为信息科学技术和现代化控制科技有机结合形成的实际应用的体系，该体系的重点环节是大容量的信息数据处理、图形图像识别、复杂状态分析、方向决策等现代化工业控制相关科技的开发及实际使用，为此可以认为工业领域的控制装置系统是智能型制造体系中自动化相关技术及信息化相关技术的重要基础，这当中的可编程的逻辑控制器单元(英文缩写为PLC)为工业控制领域中获得了比较广泛实际应用的重要部件之一。工业控制过程的安全性是智能型制造工程的关键保障，也是形成制造领域强国及网络技术应用强国发展战略得以实现的重要基础。

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。常规的可编程控制单元的主要组成以及各项功能如图1 所示。

图1 PLC 控制装置系统总体结构图

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。

图2 可编程逻辑控制器

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。

图3 常规的控制过程的完成过程流程图

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 在智能型制造工业体系中的实际应用

PLC 模块装置具备较高的可靠性、相关工程技术人员现场操作和编程操作简便等特点，是现阶段国防和工业、离散模式加工制造、流程控制加工制造等控制装置相关系统的核心设备之一。伴随着智能型加工制造体系的落实，智能型制造的相关项目工程日渐增多，PLC 模块在智能型加工制造领域中的实际应用范围也越来越广泛。

2.1 汽车领域的实际应用

汽车领域的加工制造的生产规模非常庞大，对工业自动化发展水平的需求较高，牵涉到的相关自动化科技及产品包含相应的控制功能的终端产品、加工现场的总线系统、运动过程的控制系统、机器装置的视觉模块、离散型传感装置、安全保障相关设备等，通常汽车制造领域是智能型加工制造应用的主流应用领域。汽车工业的生产线一般可以分成冲压操作、焊接装配操作、总装及涂装操作等4 大类加工工序，每一道生产工序均可能大规模应用PLC 模块进行控制工作[2]。

汽车生产企业的冲压车间内部除了机械手臂之外，其他的控制环节均采用PLC 模块。焊装车间内部的每条生产线需要使用6-9 套PLC 模块系统，通常需要应用在信号传输系统的控制方面，比如标致308 车型的压装生产线中，使用的是分布型的控制解决方案，所有的PLC模块相对应地控制某个子模块系统装置，比如物流系统生产线的相关工位处。另外总装车间的PLC 模块通常用在运输线部分的控制系统，运输线可以分为高架线系统、车辆内饰线系统及最终总装线系统3 大部分。高架线系统上的PLC 模块通常用于车辆后轴及前轴的车辆发动机部分的控制系统，最终总装线通常用在实施测试控制及所有工位的变动操作的控制系统，一般情况下，一段工艺操作过程使用一套相对应的PLC 模块。

汽车领域中的PLC 系统终端用户不但包含各类规模的整车主机汽车生产厂家，还包含了各类系统总成、部件及相关零件配套厂商，各个不同的厂家采用的PLC 模块以及系统差别比较显著，涵盖了各类型号的PLC 模块相关产品。在各类零部件配套厂家中，大、中、小型的PLC模块分别适合装配到运输设备控制操作、生产设备控制操作以及公用设施相关工程中。汽车领域通常针对各条不同生产线上的工位处实施相关控制操作，对于PLC 模块的使用数量较多，然而其控制过程的点数相对较低，多数为中型PLC 模块。

2.2 电力领域

火力发电网络系统中伴随着DCS 在主、辅控制操作过程中使用日益普及，大型的PLC 模块现阶段在新落成的火力发电工程项目中的实际应用比例相对比较小，项目工程改建和存量领域有某些应用情况。水力发电领域中对于PLC 模块的实际使用以大、中型号产品系列为主流，而小型的产品通常应用在相关设备的控制操作。PLC模块在水力发电领域中通常应用在现场装备的控制过程，包含现场整体控制操作及实现全站的相关装备的继电保护操作以及水机设备的保护操作，电气系统信息量和非电气系统信息量的收集和分析处理，断路装置及某些隔离功能的开关位置的分合闸装置控制操作，水轮型发电机组的自动控制程序等操作以及全站内部的公用装备的运行情况监控操作等等。大型PLC 控制系统如图4所示。

图4 大型PLC 控制系统

2.3 包装工业领域

通常在药品的包装领域中，PLC 模块已经成为药品相关包装机械设备中的标准控制模块。不过依然有数量很多的相关装置没有安装使用PLC 模块，除了某些机型配备了嵌入式的控制模块之外，继电器装置还是目前主流的包装机械装置的控制模式。包装领域的相关机械在运行过程中动作控制的要求相对来讲比较简单，很少应用模拟量进行操作，一般用在相关装置的启动及停止操作、安全过程控制操作，某些情况下可能会应用到特殊的功能模块，比如物品称重功能的模块。

3 PLC 模块应用的未来发展方向

伴随着现代化信息科技和加工制造行业的高度结合，国内的智能型制造的发展获得了显著的效果。作为代表着工业3.0 开始象征的PLC 模块系统在现代化的智能型制造时代(工业4.0 的时代)表现出崭新的未来发展势头。

3.1 安全可靠的优势

对于PLC 模块的控制装备以及相应的通信网络环境信息数据的安全问题，相关工程技术人员研究根据可信型计算的可信密钥的产生过程、分配过程、更新过程及销毁程序，能够达成针对PLC 模块的网络终端通信以及参数信息的完整度、保密能力及真实程度的规定。对于PLC 模块控制装置系统联网过程的安全问题，分析了依据控制装置系统网络环境的可信程度、联网用户身份信息的确认并且配合工程控制模块系统内部的通信模式，实施可信程度的评估处理，依据可信程度联网模式、可信程度的评价模型，能够合理应对工业控制系统中网络信息的安全连接难题。可信程度的PLC 模块能够供应更完善的诊断和问题应对功能，具备更高的安全级别、更完善的系统功能。应用可信的系统结构能够保证系统主体框架的可信程度、相关资源配置方案的可信程度、操作模式的可信程度、信息数据存储过程的可信程度以及管理策略的可信程度，进而实现主动针对恶意访问防御的目标。

3.2 智能化发展研究

分析支持智能化工厂“认知－控制－决策”多功能模块化的智能化控制模块及网络协同PLC 技术，能够完成PLC 控制单元无限制网络化的同步模拟仿真、全局分布控制及多类型控制单元的协作运算与集成。智能化的PLC 控制模块与深度学习的逻辑编程软件能够符合工业级实时性及安全可靠性的技术要求[3]。

4 结束语

综上所述，伴随着智能制造技术的普及与新型信息技术的进步，PLC 控制系统作为常规的自动化重要装置一定会得到更加广泛地使用，新科技地持续出现将使PLC 控制系统朝着更加可控、安全及智能化的方向推进。