ＰＬＣ與工業設計

摘 要：文章闡述了PLC可編程控制器在工業自動化控制中的重要性及工業應用設計的諸方面，詳述了縱觀全局，從局部設計起，程序的通用性和特定性，自動化生產線的循環控制，完成一個周期后才能停車等工業控制必不可少的重要環節的設計，為相關專業的在校學生和工程技術人員提供寶貴的經驗與重要參考。
　　　自可編程控制器（PLC）問世以來，它在工業自動化控制中的發展極其迅速，如今它已廣泛應用于工業控制、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，這也是加快工業自動化進程的關鍵所在。掌握并應用它來完成工業控制與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控制微機，它采用的是二進制，開關或觸點只有兩種狀態，閉合和斷開，線圈、觸發器，執行器也只有通電和斷電兩種狀態，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控制器相比最大優點，更是它得以廣泛應用并快速發展的必要條件。因此要搞好PLC技術的工業控制設計必須有先開課的知識準備，即數字電路、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，即邏輯設計法和經驗設計法，其中邏輯設計法就是據工業控制實際流程寫出邏輯式來完成的。經驗設計法則是據繼電接觸控制電路的理解與工業控制環節的熟悉程度來完成的。
二、縱觀全局，從局部環節設計起：
　　任何一個復雜的控制系統或控制過程都是先對一個個環節控制作起，再完成總體設計，整個生產線或控制系統的協調銜接，往往要先構思規劃好流程圖或時序圖，然后再從一個個基本控制環節設計起。這些基本控制環節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、循環控制等。
　　工業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，方法可以互相轉化，每一個執行器（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）、起停或運行時間要定時的話，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或自動化生產線總體設計：
　　一般復雜的控制過程、控制系統或生產線控制要包括以上若干個不同的控制環節的設計，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、協調運行順序和步調一致等。
　　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節之間聯鎖、順序、步序、協調大致幾個方面。聯鎖、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、時序與協調。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、協調統一，否則就會造成控制的混亂。
例如：南北方向；南北方向左轉彎；東西方向；東西方向左轉彎為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稱為橫向，它們應相互照應，彼此協調，步調一致。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為紅燈，另外三支也為紅燈（等待），這些都屬于相互協調、步序一致，否則造成邏輯控制的混亂。控制無法正常進行。
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，它則變為一個特定的具體的程序。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為短接轉子電阻的接觸器，T1、T2、T3為短接轉子電阻的，該程序就變成了三相繞線式電動機轉子串三紐電阻時的起動控制電路的特定程序。
五、關于循環控制：
　　每一個自動化生產線都包含若干個生產周期，汽車裝配流水線、電視機生產線，每天有若干臺設備完成并下線，就需要多少個生產周期。一個控制系統除了完成一個生產周期的控制外，還要保證若干個生產周期周而復始的工作，即涉及循環控制。
　　完成循環控制的常開觸點必須與起動按鈕并聯，驅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，必須要完成若干個完整的周期（即完整的產品下線），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線，操作者只需起停、監控，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，實質上利用的是連鎖。