徐盛
汇川技术（苏州）有限公司 江苏 苏州 215100
摘要：自动化生产提升了制造能力，也为智能制造提供了坚实的基础。在PLC（可编程逻辑控制器）的帮助下，自动化生产更加稳定、高效。无论是人力成本的降低，还是产量的增加、质量的提升，PLC都是坚实的技术基础。PLC以类似PC的硬件结构和循环扫描的工作方法更加稳定可靠，配合多种现场总线应用于不同的场景，在控制成本的情况下保证有效的通讯和数据传输。在RFID，MES等软硬件的协同工作下，做到产品实时追踪监控和信息追溯，保证了快速有效的生产力和质量。
关键词：PLC，自动化，生产，RFID，MES
绪论
为了满足更快、更稳、更省的自动化生产线，PLC的作用显而易见，同时为了满足越来越复杂和精益的制造流程，PLC也在同步快速的更新换代。目前市场上主流PLC为西门子、三菱、欧姆龙，成熟度都比较高，广泛应用于国内外大小型制造工厂。除此以外，还有博世力士乐PLC和 Beckhoff的TwinCAT系列也有不小的竞争力，还有汇川的HxU系列和AM600也在快速发展。PLC的发展离不开它的几项关键性能指标的提升，比如，I/O点数、存储容量、扫描速度、指令功能、内部元件、扩展能力。本文将会基于常用PLC的原理和功能，软硬件和通讯需求，结合MES，数据分析等，从而做到改善自动化生产线效率。
一、PLC硬件结构与基本原理
1，PLC的主要硬件结构如下。
中央处理器（CPU），接收输入信号、数据、用户程序，并转存寄存器、存储器，诊断电源及PLC状态和编程中的语法错误，并进行算术逻辑运算，更新寄存器内容，实现输出控制、通信等功能。
存储器，一般由存储体、地址译码电路、读写控制电路和数据寄存器组成。用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它信息。
I/O单元，能可靠地从现场获得有关的信号，能对输入信号进行滤波、整形、变换成控制器可接受的电平信号，输入电路应与控制器隔离。把控制器的输出信号转换成有较强驱动能力的、执行机构所需的信号，输出电路也应与控制器隔离。
电源，分为三类，1）外部电源，用于驱动PLC的负载和传递现场信号；2）工作电源，现场输入信号的电源；3）备用电源（UPS）。
扩展模块，1）基本扩展模块，较多的I/O点组成的一个单元；2）用于特殊控制，如模拟量输入（输出）、温度传感器输入、高速计数、PID控制、位置控制、通信等。
通讯接口，1）现场总线，EtherCAT、Profibus等用于本地主从模块的通讯；2）TCP/IP、串口等，一般与编程PC相连，用于写入用户程序。
2，按PLC的功能，将PLC分为低档、中档、高档。
低档PLC，具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较及通信等功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
中档PLC，除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序及通信联网等功能；有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂的控制系统。
高档PLC，除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。
PLC与上位机的区别为，它是重复快速扫描自身和各I/O状态进行工作。每一次扫描周期包括五个阶段。扫描周期是PLC的一个重要指标，一般在几十毫秒。
二、PLC五大语言介绍
PLC主流五大语言为：梯形图（LD）、指令表（IL）、功能模块图（FBD）、顺序功能流程图（SFC）及结构化文本（ST）。
三、PLC基于RFID对产品、工装夹具的识别
PLC与其它控制模块的通讯连接，可以做到更多有效的自动化生产控制功能，大大提升生产效率。其中RFID的作用尤其重大，而且技术成熟，配置简易，符合目前自动化生产流水线的控制逻辑和需求。
PLC常用通信方式为现场总线通信、串口通信、以太网通信等。RFID的控制器一端连接着PLC模块和供电模块，另一端连接RFID reader。RFID的控制器与PLC模块连接的方式有的是用现场总线（Profibus-DP），将此RFID控制器作为整个控制体系里的一个从站；也有使用串口通信或以太网通信，具体的选择要基于RFID的选型，不同型号的RFID所支持的通讯方式也不一样，而RFID的选型依据现场功能需求，比如，现场环境、读写性能、信号干扰、尺寸空间等等。
RFID的工作原理，电子标签进入天线磁场后，如果接收到控制器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即Active Tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，将数据信息传输给PLC，进行有关数据信息处理。目前市场上基本都是被动式RFID，成本低且易于配置。
RFID的电子标签的选择，除了考虑RFID本身性能以外，还要考虑标签所安装工装夹具设计、工艺设备和轨道空间。每一个工装夹具初次写入唯一码，唯一码的长度要考虑RFID系统所能支持长度，并且与生产线产品型号等匹配上以便于现场管理和防呆防错。
四、PLC与MES通讯对产品状态监控和追溯
PLC与MES的几种握手方式，
1，定期抓取数据，对于设备的关键工艺参数，需要定期的进行数据抓取，写入数据库并作为工艺分析数据基础。这些数据一般读取频率高、数据变化小。
2，基于条件触发，对于需要满足某种条件时抓取当时的某个工艺数据，比如螺栓拧紧，达到最终扭矩（差分扭矩）条件时拧紧控制器发送完成信号给PLC，PLC将数据发给MES，抓取当时扭矩、角度数据。
3，请求-响应机制，这是目前制造业生产线用的最多，最完善的握手机制，越是复杂的生产线，越需要这样的不断请求-响应进行交互。无论是物料、工装夹具的管控、换型，还是设备接收产品、开始工艺、完成工艺，都可以通过请求（PLC发送）与响应（MES接收请求并处理信息后发送）。
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五、结论
以PLC为下位机的核心，配合RFID、扫码枪等采集工具，也许还有一些单独功能的设备（比如测试仪、AOI等标准设备），然后与上位机（或服务器）上的MES进行通讯，可以对生产线做到信息监控、追溯，逐渐加强生产线的自动化程度。
参考文献：
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徐盛 1987-10-24，男，常州大学，本科，电子信息工程，