梁雄基

摘 要：随着社会和经济的高速发展，对各种工业产品的需求量持续增加，对工业自动化生产线设计提出了更高要求。为了提升工业自动化生产线的设计效果，可以在其中应用PLC控制技术，提升自动化生产线的自动化运行效果。为此，笔者在文章中对PLC控制下的工业自动化生产线设计进行探讨，希望对促进我国工业的发展可以起到有利的作用。

关键词：PLC控制;工业自动化;生产线设计

中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）04-022-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.011

自动化技术自20世纪以来发展非常迅速，经过多年的发展，技术已经相对成熟。其可以在无人条件下实现对各种元件的控制和对仪表的监控。自动化技术是现代科技发展的重要标志，在工业生产中的应用不断增加，使用的安全程度相对较高，能够有效提升生产的安全性。

1 PLC技术介绍

PLC又可称为可编程控制器，其是计算机技术发展的产物，在其内部一般都含有数片的单片机系统。其具有运行简单计算机指令的功能，为了加强这些单片机的功能，这些单片机的扩展功能也很强大，很多单片机都具有通信功能，这在很大程度上对PLC的功能进行了扩展[1]。在PLC的外部有很多输入和输出接口，输入接口可以对外部各种开关输入量进行输入，再经过其内部微处理器的运算加工后，就可以通过外部端口输出各种控制信号，对外部设备进行有效控制。现在很多PLC都具有通信功能，内部会集成各种通信协议，可以和上位机甚至和设备进行数据通信，可以控制设备完成复杂操作，或者将重要数据及时上传到上位机，让操作人员对整个系统的运行状态有一个非常清晰的掌握，从而使其及时对系统控制进行调整。

PLC技术在实际使用过程中，主要具有以下几个特点：通用性较强。各种编程模块的使用相对简单，能够通过对各种模块的合理使用组成各种不同的控制系统。系统运行的可靠性与安全性相对较强。由于PLC采用了独特硬件结构，可以保证其在运行过程中能够有效避免外界干扰，在各种恶劣环境中实现自动化生产控制。其输入和输出点都是各种开关量或者模拟量，且输入和输出的开关量采用了光耦隔离技术，进一步提升了PLC运行的抗干扰能力。调试相对灵活，体积较为小巧。在生产控制系统实际应用过程中，如果需要改变控制方式，只需要进行少量修改就可以完成控制系统控制功能的调整。PLC技术实际应用过程中，应对现场应用环境进行认真考量，确保PLC系统具有足够的抗干扰能力。

2 工业自动化生产PLC控制系统设计

在软件设计过程中，应与硬件设计工作同步进行，能够根据控制的具体要求将生产工艺图转变为梯形图。这是软件设计的主要任务，也是PLC技术应用的关键所在，这就需要设计人员认真做好程序编写工作。工程技术人员在工业控制应用和调试过程中，应掌握必要的软件和硬件知识，并具有调试PLC系统和各类元件、仪表的能力。在工业生产过程中，可以根据控制要求复杂程度的不同，将控制分为简单控制和复杂控制。在结构方式设计过程中，其采用的设计思想主要可以分为三类：条件与分支结构、顺序结构和循环结构。如果采用模块化设计思路，各个模块之间的连接关系相对简单，各个模块的独立性也相对较强，程序修改和调试比较容易，可以将总控制目标分为多个任务比较明确的程序模块，最后完成一个比较完整的总任务程序。其中，各个模块可以分别进行调试和编程，能够实现对复杂过程的控制[2-3]。

2.1 硬件设计

PLC硬件设计效果对PLC控制系统运行的安全性、可靠性和稳定性，有着非常直接的影响，其主要包括输入和输出两个部分的设计：

输出电路设计。在输出电路设计过程中，其主要包括变频器、指示灯、数字直流调速等，可以直接采用晶体管输出形式，这样会更加有利于高频动作。PLC的输出频率在5次/min以下，如果采用继电器输出形式，可以有效提升带负载能力，且输出电路设计会更加简单。如果PLC的输入为感性负载，则在负载断电的过程中会造成电流浪涌现象。因此，对于交流感性负载，可以采用浪涌吸收电路。如果是直流感性负载，就需要在旁边接续流二极管，避免PLC在使用过程中出现破坏现象。

输入电路设计。PLC的电源适应范围相对较宽，通过使用电源净化元件，可以进一步提升抗干扰能力。為了有效避免高低频脉冲干扰现象发生，可以直接对隔离变压器采用双隔离技术。在PLC输入电路电源带负载的过程中，可以直接使用直流24伏电源，为了避免在PLC运行过程中出现电源短路现象，就需要认真应用防短路措施，这对提升安全域系统的供电安全是非常重要的。为了进一步避免发生短路现象，可以直接在输入电源支路加装熔丝，直接使用输入电路功率两倍的电源容量设计。

2.2 抗干扰设计

如今，变频调速装置和晶闸管可控整流技术广泛应用，电网污染现象越来越严重，对控制系统抗干扰设计提出了更高的要求。因此，在PLC控制系统设计过程中，需要认真思考抗干扰问题。通常情况下，可以采用以下抗干扰方式：

屏蔽。在这个过程中，可以直接将PLC系统安放在金属柜中并认真做好金属外壳屏蔽工作，通过合理使用接地金属，避免出现严重的空间辐射问题。隔离。在这个过程中，可以使用隔离变压器并将中性点经过电容接地。

2.3 系统调试

只有采用良好的调试步骤，才能有效完成系统调试工作。在PLC控制系统调试过程中，调试主要分为I/O端子测试、系统程序调试。在系统程序调试过程中，需要将整个系统按功能划分为多个部分，首先对各部分进行单独调试，完成各部分的单独调试再进行整体调试。通过反复调试系统，及时消除系统运行出现的问题。只有保持足够的调试时间，才可以充分暴露问题并及时进行修改。在调试过程中，应认真做好程序修改、硬件检查、设备调试工作，并对现场控制量和信号进行综合调试。尽管如此，在设备生产过程中，通常还是会发现程序漏洞，所以在编写程序时要尽量考虑到会出现的各种情况。

3 自动化生产线中PLC技术应用案例

新材料分拣码垛物流自动化工站应用。原来的码垛工作是人工将接近11kg的丝锭码垛成4层，每层16个;或3层，每层16个。现在改用机器人拆锭、码垛：首先，人工将装满丝锭的丝车推到上料线，然后在上位机建立码垛任务;拆锭机器人对丝车的每个丝锭进行拍照，并且将拍照结果传送给PLC，PLC对比后再反馈结果给拆锭机器人，拆锭机器人收到合格信号才将丝锭放到码垛位，然后码垛机器人执行码垛;整垛码完后，再进行打带、缠膜、称重、贴标、扫描等工作。PLC在整条生产线中需要与上位机、机器人进行通讯，将生产任务信息从上位机传递到机器人，再将最终码垛完的整垛重量等信息反馈给上位机，同时通过接收机器人的信号，对夹具和运输线运行进行监控。PLC控制各输送线、扫码枪，还要与变频器、伺服、扫描枪等执行通讯，从而实现对它们的控制。

在PLC系统设计中，选用了一个S7-1500PLC作为主PLC，另外还有三个S7-1200PLC，这三个PLC又都带满8个扩展模块。用S7-1500PLC作为主PLC，再用S7-1200PLC和其模块作为输入输出信号，既可以降低项目总成本，也可以提高程序运行速度，增加设备的可靠性。S7-1500PLC需要与上位机进行OPC通讯，与6台机器人、4台伺服进行PROFINET通讯，而覆膜机、打带机、缠膜机、称重机等外包设备使用S7-200PLC，与其进行S7通讯。利用总线通，既减少接线的工作量，又提高通讯的稳定性。

压铸岛处理自动化应用。该项目实现工件从压铸机压铸成型后，前工序机器人从压铸机取出压铸件，然后放到水箱冷却，再放到刻印台利用激光刻印机对工件进行明码和二维码刻印，并进行二维码检验。刻印和检验完成后，后工序机器人从刻印台取走工件，分别放到切边机、锯床和钻床进行加工，最后从钻床取走工件，再根据PLC给出的OK或者NG信号，确定工件是发到下料线，还是NG品放置台。

整套设备中包括压铸岛、前工序、后工序、切边、锯床和钻床，分别使用了6个S7-1200PLC。PLC之间进行PROFINET通讯，其中后工序PLC作为IO控制器，与其余5台设备的PLC作为智能IO设备。这样就优化了项目管理，使每台设备的PLC程序可以作为一个单独工程，可以多人分别对每台设备进行单独调试。PLC系统整体框架如图1所示。

4 结语

随着时代的不断发展，对工业自动化生产提出了更高的要求。为了进一步提升自动化设计效果，可以将PLC技术合理应用到其中，实现各种操作的自动化控制，并能够对整个生产过程进行监控，保证系统运行的安全性和稳定性。

参考文献

[1] 解磊，吴风武，田萌.在生产工作中工厂电气自动化控制技术的应用[J].冶金管理，2020（3）：22-23.

[2] 王冬梅.计算机控制技术在工業自动化生产中的应用浅析[J].信息记录材料，2019（2）：37-38.

[3] 吉强.机械设备电气工程自动化与工厂供配电节能控制研究[J].通讯世界，2018（7）：55-56.