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摘 要：
随着生产设备的大型化和复杂化,单个的控制单元已无法胜任大型控制系统.从多个控制单元组成的复杂控制系统入手,探究多个控制单元组成的分布式控制系统在实际中的应用.
关 键 词：
牵引座；PLC；N：N网络；HMI；分布式控制
中图分类号：
F49
文献标识码：A
文章编号：16723198（2013）10016502
0引言
在某重型汽车牵引座焊接生产线的设计中,为保证控制系统的稳定性与成熟度,采用技术较为成熟的PLC作为焊接生产线的核心控制元件.PLC作为现场控制设备的核心元件,用于逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理和通信联网；HMI作为上位机是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介.
1焊接线的整体结构
为了满足大规模生产的需要牵引座焊接生产线将有8个工位,节拍为4.4分钟,生产线的输送方向为逆时针,总体布置图见附图1.焊接线整体生产流程及各工位实现的动作见图2.
图1焊接生产线总体布局要求
图2焊接线整体生产流程
2控制系统的总体设计方案
以PLC为控制核心单元的控制系统称为PLC控制系统.由图2可以看出,焊接生产线在一定程度上采用了模块化设计,每个工位的动作基本类似,但动作较多,需要较多点数的PLC.一般来说,PLC控制系统有三种类型.分别为单机控制系统、集中控制系统、分布式控制系统.
2.1PLC单机控制系统
PLC单机控制系统是最简单的控制系统,其控制器是由一台PLC构成,被控对象是单一的机器.一般情况下,该控制系统不需要太多点数的PLC,而且该PLC不需要跟其它PLC或者计算机通信.
2.2PLC集中控制系统
PLC集中控制系统仍然由一台PLC构成,其控制对象往往是数台机器,每个被控对象仅与一个PLC的I/O相连.由于还是采用一台PLC控制,所以各被控对象之间的数据和状态不需要额外的通讯电路.但是一旦该PLC出现故障,整个控制系统将停止工作,将可能造成大面积的停工.而且多台机器共用一台PLC,可能需要PLC配置更多的I/O点数,企业有可能需要为此控制系统订购大型的PLC.PLC集中控制系统的构造示意图如图3所示：
图LC集中控制系统
图4PLC分布式控制系统
2.LC分布式控制系统
PLC分布式控制系统（图4）比较复杂,它与前两种控制系统的最大区别就是,分布式控制系统会采用多台PLC控制.另外,分布式控制系统的被控对象通常比较多,分布在一个较大的区域内,相互之间比较远,而且被控对象之间经常交换数据和信息.
分布式控制系统的上位机可以采用PLC,也可以采用计算机或者HMI.上位机的主要作用是监控被控对象的运行状态、修改被控对象的运行参数和对现场进行动态模拟显示,以方便工作人员更好地管理作业现场、及时掌握企业生产状态.
比较三种不同类型的PLC控制系统,显然分布式控制系统更适用于焊接生产线.另外焊接生产线基本上采用模块化设计,各个工位具有很强的相似性.采用分布式控制,各个PLC的控制要求基本上是相同的,从而提高现场布线、PLC软件编程、电气配盘、设备安装调试和日后检修的效率.
综上所述,本文将采用PLC分布式控制系统这种方案,来实现对JSK36DV焊接生产线的控制.该控制系统由4台PLC组成,每台PLC控制2个工位,HMI作为上位机.
LC的N：N网络设计
就PLC而言,实现分布式控制关键是实现主站与从站之间的网络通信,N：N网络设计的目的是实现运用一台上位机来控制多台PLC,同时实现终端控制的唯一性,方便用户对控制系统的操作,也降低了控制系统的硬件成本.以JSK36DV焊接生产线来说,四台PLC将分为两个部分：（1）主站PLC一台,用PLC0来表示；（2）从站PLC三台,分别用PLC1、PLC2、PLC3表示.
通过FX1N-485-BD模块并行接线方式和软件编程,即可实现这四台PLC之间的相互通讯.然后用HMI控制其中的主站PLC0,就实现了HMI对整个PLC分布式控制系统的控制,即达到了一屏多机的要求.
在每台PLC上都装上FX1N-485-BD模块,然后将FX1N-485-BD模块两两之间进行并行连接,接线方式如图5所示.
4总结
采用分布式控制既可以避免订购大型PLC的麻烦,还可以避免因其中某一台PLC出现故障而导致整个控制系统停止工作的情况发生.在分布式控制系统下,即使其中一台PLC发生故障,其它PLC仍然能正常工作,即其它工位仍能正常作业,不会造成整条流水线停线,从而降低生产线的修护成本,也间接地保证了企业的生产能力.