工业控制技术的发展

2工业控制技术的发展

工业控制技术是一种运用计算机、控制理论、仪器仪表和其它信息技术，对工业

生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降

低消耗、确保安全等目的的综合性技术。

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC，是一种以微处

理器为核心的自动化装置，在工作环境中使用数字操作的电子系统，使用可编程存储

器内部存贮用户设计的指令，用这些指令来实现逻辑运算、顺序操作、定时计时以及

算术运算，并通过数字或模拟I/O来控制各种类型的机械或过程。

随着现代科学技术的迅猛发展，工业控制技术也口新月异。到目前为止，工业控

制技术己经历了三次飞跃:

第一次是在五、六十年代，从传统的电气传统控制发展到以模拟信号为主的电子

装置和自动化仪表的控制系统，这次飞跃是以微电子技术的进步为基础。

第二次则是在七、八十年代，集散型控制系统(DCS)的出现，把分散的、单回路

的测控系统采用计算机进行了统一的管理，用各种IPO功能模块代替了控制室的仪表，

利用计算机高速运算的强大功能，集中实现了回路的调节、工况连锁、参数显示报警、

历史数据存储、工艺流程动态显示等多种功能，在大型控制系统中往往还带有操作指

导和专家系统等软件。DCS对工业控制技术的发展起到了极大的推动作用，这次飞跃

是以计算机技术的飞速发展为基础的。

第三次是进入九十年代以后，现场总线(Field bus)技术的兴起和逐渐成熟，使

其成为自动化领域的主导技术。现场总线控制系统FCS是在计算机网络技术飞速发展

的推动下形成的，人们称之为3C ( Computer Communication Control)技术。

3烤房控制系统拟定要求

(1)生产效率

能够大幅度提高生产效率，有效的替代人力进行重复性负重劳动。

(2)生产安全性

整个生产过程安全稳定，降低事故发生率;一旦有误动作发生。

(3)实时监控能力

正常生产时全线为全自动，工作人员只需通过操纵计算机即可对整个生产线进行全面监控。

(4)生产出错处理能力

一旦生产出现误动作，主控PC可立即停止生产线运行，并对误动作或出错进行相应定位，便于出错后使用文本显示器对出错动作进行人工调试。

3烤房控制集中系统模块

在烤房集中控制系统中，烤房的现场控制是关键，而烤现场控制主要由PLC系统完成，如何合理而有效地使用PLC技术就成了设计的重点和难点。

众所周知，PLC的特点是控制稳定可靠，编程简单，但程序内存和指令资源有限，不能进行过于复杂的编程;而烤房集中控制工艺参数繁多，各烤房控制复杂，不易相互协调。所以，PLC编程的易用性和控制上的复杂性就形成了一对矛盾。

假如采用常规的PLC统一集中控制方式，需将所有工位的执行机构都集中接到一台总的PLC上，生产线只需要一台满足输入输出点数的大型PLC即可，但是这样的控制方式并不合理，不仅仅因为是投资巨大(一台大型PLC的价格远远大于多台小型PLC的价格的总和)，不利于PLC程序代码编写与调试，而且按照现代控制理论，在单一的控制系统中配置的控制单元越多，控制越不可靠。

因此，为了降低PLC程序代码复杂度和增强控制的可靠性，这条生产线控制系统采取了集中-分散式控制方式，即每个烤房使用一台PLC，单独对该烤房的所有执行机构进行控制，同时通过远程主控PC对所有分散的PLC进行统一控制和调度。

从结构上，烤房集中控制系统采用的是基于以太网的上/下位机的控制网络结构。从功能上，可以将整个烤房集中控制系统可分为控制系统硬件模块和软件模块。

(1）集中控制系统硬件模块

硬件模块包括鼓风机、循环风机、电动窗开启、电气设备、计算机控制设备和监视设备。

（分别介绍鼓风机、循环风机、电动窗开启作用）。

电气设备主要包括PLC(扩展机)、传感器、继电器、电源以及连接线路等。

计算机控制设备主要包括主控PC、界面PC、动画PC以及交换机。

(2)控制系统软件模块

软件模块包括PLC程序、主控PC程序、界面PC程序。

PLC程序负责执行生产线上执行动作的全过程的数据采集、数据处理、逻辑运算

和顺序控制。

主控PC程序负责执行各个烤房的执行动作的命令收发、状态显示、参数存储和参

数提取。

界面PC程序负责操作命令的发送和错误状态的显示。

4.电气设备

电气设备主要包括控制柜内设备、外部设备以及配电柜设备等。

4.1控制柜内部设备

防爆控制柜位于集中控制室内，主要放置PLC为核心的关键电气控制元件，主要包括: PLC、串口服务器、交流接触器、电源以及连接线路。

(1)PLC

PLC是控制柜的核心部件，每个烤房的有一台PLC，它连接所有的输入输

出信号线。本系统使用的是三菱系列（写出型号）PLC，它共有**个输入/输出点、

一个外围端口、一个RS-232C端口和一个扩展端口，如图**所示。（画出三菱机型）

(2)串口服务器

串口服务器是网线与串口线的转换器，它一端通过专用的串口线与PLC的外围端口连接，另一端通过以太网线与控制室的交换机相连。串口服务器使用的电源为5V 直流电压源。

(4)固态继电器

固态继电器SSR (Solidstate Relays)是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。PLC输出信号驱动固态继电器，由固体继电器驱动负载(电磁换向阀、电源接触器)。

(5)电源

电源负责给PLC、串口服务器、电磁阀及传感器供电。

2.3.2控制柜外部设备

控制柜外部设备包括温度传感器、湿度传感器。

(1)温度传感器

写出温度传感器性能*********

（2）湿度传感器

写出湿度传感器性能*********

2.3.3配电柜设备

配电柜设备是控制系统电力供给的枢纽，主要设备包括电源接触器、热过载继电

器、闸刀开关等。

(1)交流电源接触器

交流接触器是一种自动化的控制电器，主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路。

(2)热过载继电器

热过载继电器是一种基于电热效应的过流保护继电器，用于对交流电源过载保护。

2.4计算机控制设备

计算机控制设备主要包括主控PC、界面PC、交换机以及UPS 。

2.4.1主控PC

主控PC是整个生产线控制系统的大脑，它负责所有的控制命令收发、控制算法的调度以及实时数据的存储。

2.4.2界面PC

界面PC是生产线控制系统的操作平台，它向操作人员提供用户界面和状态反馈。

2.4.3交换机

交换机是控制网络的中心枢纽，它负责所有PC与下位的串口服务器进行连接。

2.6设备间的互连与通讯

所有硬件设备的结构连接如图2-8所示。