ＰＬＣ與工業(yè)設計

摘 要：文章闡述了PLC可編程控制器在工業(yè)自動化控制中的重要性及工業(yè)應用設計的諸方面，詳述了縱觀全局，從局部設計起，程序的通用性和特定性，自動化生產(chǎn)線的循環(huán)控制，完成一個周期后才能停車等工業(yè)控制必不可少的重要環(huán)節(jié)的設計，為相關專業(yè)的在校學生和工程技術人員提供寶貴的經(jīng)驗與重要參考。
　　　自可編程控制器（PLC）問世以來，它在工業(yè)自動化控制中的發(fā)展極其迅速，如今它已廣泛應用于工業(yè)控制、民計民生的各個領域，PLC技術、機器人技術、CAD／CAM技術共同構成了工業(yè)自動化的三大支柱。
　　作為工科院校學生和工程技術人員了解它、掌握它是必不可少的，這也是加快工業(yè)自動化進程的關鍵所在。掌握并應用它來完成工業(yè)控制與PLC設計應分以下幾個主要方面：
一、準備知識、打好基礎，奠定必要的邏輯思維：
　　可編程控制器為工業(yè)控制微機，它采用的是二進制，開關或觸點只有兩種狀態(tài)，閉合和斷開，線圈、觸發(fā)器，執(zhí)行器也只有通電和斷電兩種狀態(tài)，分別對應于二進制的“1”和“0”，且它編程語言簡單，接口方便，這也是它與其他工業(yè)控制器相比最大優(yōu)點，更是它得以廣泛應用并快速發(fā)展的必要條件。因此要搞好PLC技術的工業(yè)控制設計必須有先開課的知識準備，即數(shù)字電路、電工技術、電機與控制等。
　　PLC可編程技術的工程設計分兩個方面，即邏輯設計法和經(jīng)驗設計法，其中邏輯設計法就是據(jù)工業(yè)控制實際流程寫出邏輯式來完成的。經(jīng)驗設計法則是據(jù)繼電接觸控制電路的理解與工業(yè)控制環(huán)節(jié)的熟悉程度來完成的。
二、縱觀全局，從局部環(huán)節(jié)設計起：
　　任何一個復雜的控制系統(tǒng)或控制過程都是先對一個個環(huán)節(jié)控制作起，再完成總體設計，整個生產(chǎn)線或控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)銜接，往往要先構思規(guī)劃好流程圖或時序圖，然后再從一個個基本控制環(huán)節(jié)設計起。這些基本控制環(huán)節(jié)可簡單地抽象成起動，保持停止控制電路、順序控制、時間控制、循環(huán)控制等。
　　工業(yè)自動化離不開電力拖動，電力拖動是要把電機或控制電機，按我們預想方案動起來，所以工業(yè)控制大部分是先對電機進行控制，并通過它來完成對機床、機械手和各種執(zhí)行器的復雜控制。
　　PLC設計編程語言包括指令表、梯形圖、功能表圖。三者是對應同一個控制的不同表示，方法可以互相轉(zhuǎn)化，每一個執(zhí)行器（或輸出）必須對應于梯形圖的一個階梯（梯級）。這里我們采用梯形圖來表述，因為它簡單直觀。
　　每一個階梯都包含有三個最基本核心要素起動、保持（自鎖）、停止，完成起動和停止作用的是起動按鈕（常開觸點）和停止按鈕（常閉觸點）起保持作用的是自鎖觸點（常開）、起�；蜻\行時間要定時的話，應采用定時器的常開或常閉觸點來完成起停控制過程。
三、關于復雜的控制系統(tǒng)或自動化生產(chǎn)線總體設計：
　　一般復雜的控制過程、控制系統(tǒng)或生產(chǎn)線控制要包括以上若干個不同的控制環(huán)節(jié)的設計，也是一個從單機控制到多機控制的多元化整體設計過程，同時也要照顧到單機設計過程與多機設計過程括相互關聯(lián)、協(xié)調(diào)運行順序和步調(diào)一致等。
　　例一：一個單機較復雜的控制。
　　任何一個控制過程的運行開始，首先必須有一個主控（或總控）開關啟動，往往是先起動電源接觸器，這也是一個控制過程的準備。
　　第二大體上要抓住各個環(huán)節(jié)之間聯(lián)鎖、順序、步序、協(xié)調(diào)大致幾個方面。聯(lián)鎖、順序、定時、電動機Y—△降壓起動的電源接觸器，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關（總電源）。
　　電動機Y—△降壓、起動、能耗制動控制起動與能耗制動時間，即Y形聯(lián)接（起動）時間，能耗制動時直流電流接入時間即涉及順序控制和時間控制等。
　　例二：一個多機較復雜的控制過程：
如交通燈控制中的順序、時序與協(xié)調(diào)。交通燈控制中分4個獨立的控制支路，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，無黃燈閃，為了簡單起見）各有各的獨立控制和步序，但4個獨立支路之間存在著步序一致、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，否則就會造成控制的混亂。
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個獨個分支，它們各自進行時序稱為縱向，但4個分支之間相互關聯(lián)稱為橫向，它們應相互照應，彼此協(xié)調(diào)，步調(diào)一致。當南北方向為綠燈通行時，另外三支必須為紅燈（等待）；當南北為黃燈閃爍（提示）時，提醒人們該方向馬上變?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法正常進行。
四、通用程序與特定程序，即抽象與具體的關系：
　　例如：
　　　　 以上為一通用程序，X0為總控開關，起動程序或給電源，X1為總停止開關，每一個分支階梯都包含起、保、停三個核心元素，它完成的功能是按下總起動開關X0 y1 ON，5S后y2 ON 5S后y3 ON同時y2 off再過5S y4 ON，同時y3 off，直至按下停止開關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�特定的具體的程序。它可用于依次點亮三盞彩燈（三個廣告字）或啟動三臺電機的順序控制電路。
　　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機轉(zhuǎn)子串三紐電阻時的起動控制電路的特定程序。
五、關于循環(huán)控制：
　　每一個自動化生產(chǎn)線都包含若干個生產(chǎn)周期，汽車裝配流水線、電視機生產(chǎn)線，每天有若干臺設備完成并下線，就需要多少個生產(chǎn)周期。一個控制系統(tǒng)除了完成一個生產(chǎn)周期的控制外，還要保證若干個生產(chǎn)周期周而復始的工作，即涉及循環(huán)控制。
　　完成循環(huán)控制的常開觸點必須與起動按鈕并聯(lián)，驅(qū)動該觸點的接觸器線圈，定時器線圈必須是一定要表明前一個周期的結(jié)束，下一個周期的開始。
六、關于只有完成一個周期才能停車的控制：
在一個八小時工作日內(nèi)，必須要完成若干個完整的周期（即完整的產(chǎn)品下線），不能進行到一半或未完成，就下班一走了之，所以，真正完全自動化的生產(chǎn)線，操作者只需起停、監(jiān)控，而停止按鈕只要在最后一個周期開始后，任何時刻可按下停止按鈕，然后通過一個特定程序段把它存起來，待完成一個周期后再停車，實質(zhì)上利用的是連鎖。