杨培周 李雪强
天津市川丰电气技术有限责任公司 300459
摘要：本文通过PLC来控制流水线生产过程，以温度控制为例，使用PLC作为系统的控制核心，触摸屏作为人机交互界面。流水线自动控制系统有手动操作和自动操作两种模式，控制系统在运行中能够方便的查看工艺状态画面，画面显示各执行元件的工作时间、温度参数，达到实时监控的效果。
关键词：PLC；流水线；自动控制
引言
工业生产过程中，通常需要实时测量和控制生产环境参数，其中常见的工艺变量有温度、液位、压力、流量等。在冶金、机械加工等领域，对温度的控制尤为重要，需要通过PID算法对温度进行实时控制。传统控制应用是利用单片机定向控制功能对工业环境变量进行控制，但是基于单片机控制系统的硬件结构比较复杂，软件控制要求比较高，整体设计难度偏大，系统功能难以很好的实现。然而PLC在逻辑控制方面有着强大的应用功能，采用PLC控制的方法，不仅可以使系统控制更加方便，而且实际操作也非常简单，有很好的灵活性。高效的PLC生产控制系统，能够简化生产流程，提高生产效率，节约生产成本，在提升产品数量的同时能保证产品的质量。本文以温度控制为例进行研究。
1 PLC自动控制设计
（1）温度传感器的选择
在工业上所用到的热电阻，可以直接测量温度，属于温度传感器一种。这种传感器在使用过程中非常方便，只需将探测金属棒放进待测液体中就可以直接测量出温度信息，其测量范围一般为-200~420℃。在工业上还需要一些气体、液体介质需要测量，这种情况就需要装配式的热电阻传感器，在石油、化工、机械、电力、食品、原子能、宇航等领域都有所应用。WZP-130型号电阻PT100是常用温度传感器。铂金感温电阻不仅性能稳定而且测量精度非常高，在-200℃~300℃的温度范围内仍有较好的线性度。一般在低温-200~-100之间的测温时，铂金PT100的温度系数比较大；线性度最好的温度范围在100℃~300℃左右；但在高温300℃~500℃之间其温度系数会明显降低。铂金PT100电阻在0℃时它的阻值为100欧姆，现在已经被视作是金属感温电阻的一种标准规格。
（2）触摸屏的选择
触控技术在各个行业中的应用都非常广泛。与传统的模拟开关指示灯相比，触控显示技术不仅可以实时观测到各个子系统的工作状态，其良好的交互界面可以清楚的告诉使用者相关操作的流程，即使没有经过专业培训的人员也能很快上手。另外，报警系统可以清楚地显示出故障信息，减少了维护人员查找问题和解决问题的时间。
通过触摸屏来显示整个系统的运行状态、实时监控、调整各个模块相关参数。根据工艺和功能需求，采用威纶通公司推出的TK6070ip型触摸屏。该型号触摸屏的大小只有10英寸；而且在建立组态和界面设计方面，通过专用的软件可以非常方便的进行设计。在通信方面，TK6070ip提供了多种通信协议和接口，通过USB、RJ45、串口等直接与PLC或计算机相连。
2 模糊PID算法
温度控制是以温度为核心的生产过程中的关键技术，温度过高或过低都会影响产品的质量。一般的PID控制不能满足自动控制系统的要求，所以为了使整个系统更稳定，可以在常规PID的基础上，结合模糊控制的优点，把两个控制结合起来，提出一种模糊PID控制器。
模糊控制（Fuzzy Control）指的是以传感器、计算机技术和自动控制理论作为技术基础的一种新型的自动控制理论和控制方法。被控的对象不用建立一些精准的模型，对于一些非线性和时滞性的问题可以通过模糊控制来解决，而且还具有快速的响应性和稳定性。
模糊PID控制器的设计，在整个系统中是比较关键的。整个系统设计过程在Matlab中操作如下：由于输入和输出变量比较关键，因此在设计之前，首先需要考虑的就是将整体设计中涉及到的几个变量规定好，规定好之后就可以落实模糊控制器的框架。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计结果需要一套模糊理论域，输入变量为精确值，要将其变成理论域集合的话，需要进行模糊化处理；模糊控制规则确定了之后，需要进行模糊推理，就是在模糊控制规则的基础上设计模糊化算法，经过相应的处理之后，需要整合归纳模糊集合。这样就能设计出模糊合成算法，一般来讲，对应的合成方法主要包括三种，分别是：最大值法max、概率法probor和求和法sum。经过这些操作后，还需要关键的一个操作就是解模糊化，然后才能把隶属函数从一个给定范围变到具体。通常情况下，最大隶属函数法被广泛应用，还有一种较为流行的加权平均法（即重心法）也是常用方法。
模糊规则的设计在整个设计中处于至关重要的地位，因为一些变量在进行模糊PID控制时，首先要经过模糊控制规则才能输出。控制规则包括两个步骤，第一，输入输出变量都需要进行隶属度函数的设计，这个设计过程能够将输入输出变量的模糊论域确定，还能根据系统的要求设置参数；第二，需要对模糊控制器的规则进行设计，建立输入与输出的关系。
3 PLC控制设计
选用PLC作为控制系统的原因有三点：第一，抗干扰能力相对强，而且可靠性更高一些；第二，功能比较完善、配套齐全、适应性也比较强；第三，操作简单、容易上手、方便员工掌握，；第四，PLC的硬件维护更加方便，而且容易升级改造。
PLC控制系统是一种在大工业环境下应运而生的数字运算电子系统。PLC有整体式结构和组合式结构两种，第一种类型是整体性结构，这种结构的特点是将控制器、I/O模块及通讯模块组装在一起；第二种类型是组合式结构，这种类型则是将这三个单元分别独立化，然后通过总线进行连接。
可编程控制系统由以下几部分结构组成：
一、控制器：控制器的功能是相当于任务的发出中心，相当于人类的大脑，作为运算和控制的中心，控制器可以有以下任务：
（1）编辑器输入的用户的程序和数据可以通过控制器接收并且储存；
（2）当电源、PLC内部电路的工作状态出现错误或者编译有语法错误时，PLC可以诊断出来；
（3）当有输入信号的时候，可以通过扫描的方式来接收，然后送入到数据寄存器中。
（4）用户程序的执行结构可以通过寄存器送到输出端。
二、存储器：对系统程序、编译程序以及在系统运行中产生的数据进行存储。
三、I/O模块：被控对象或被控生产过程中的各种参数可以通过I/O模块来检测，同时还可用于外部扩展器件的扩展口使用。I/O模块还可以输出相关参数对控制器发送指令，实现控制功能。
四、框架和电源模块：可编程控制器如果要保证正常过工作，则需要电源模块来将接收到的交流电源转换成能够供PLC运行的直流电源。
五、通讯模块：通讯模块作为PLC与不同网络进行连接的一个桥梁，在与通信网络相连接实现远程控制的作用。外部网络I/O扩展口还能和上位机连接进行编程和监控。
结语
通过结合以温度控制为核心的自动控制生产工艺的状况，以PLC来实现自动化流水线控制，更精准的进行温度控制，可以大大提高企业的生产效率和产品质量。在PLC技术的实际应用过程中，系统控制的规模往往更大，这是流水线自动控制未来的发展方向。
参考文献
[1]伊姝，许力.模糊免疫PID算法在温度控制系统中的应用研究[J].自动化与仪表，2012，27（8）：42-44.
[2]鲁伟，陈景波，王煊，等.基于PLC变频控制的温室雾化降温系统与试验研究[J].安徽农业科学，2015（24）：311-314.
论文作者:杨培周,李雪强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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