PLC可編程序控制器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢探析

李青云 濟南國際機場 250022

PLC可編程序控制器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢探析

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PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)控制。

PLC應(yīng)用；趨勢；探究

前言

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC，其定義是：專門為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程的存儲器，用于存儲用戶程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬量輸入，輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強，其定義也會發(fā)生變化?？删幊炭刂破鳎ㄒ韵潞喎QPLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。

一、PLC可編程序控制器的組成

可編程控制器實質(zhì)上是一種工業(yè)控制專用計算機，其系統(tǒng)的實際組成與微機基本相同，一般由以下五個部分組成：

1．中央處理器。進行邏輯和數(shù)學(xué)運算，控制整個系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)地工作；

2．存儲器。用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量和一些其他信息；

3．接口電路。它是PLC與現(xiàn)場設(shè)備以及外圍設(shè)備的聯(lián)系通道，如輸入／輸出接口、鍵盤／顯示接口、通信接口和擴展接口等等；

4．輸入，輸出電路。輸入電路用來對輸入信號進行隔離和電平轉(zhuǎn)換；輸出電路用來對PLC的輸出結(jié)果進行放大和電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備；

5．電源。包括系統(tǒng)電源、備用電源和掉電保護電源等。

二、PLC可編程序控制器的工作原理

PLC首先用戶根據(jù)控制要求編制好程序并輸入到PLC的用戶程序存儲器中，PLC工作的時候，CPU對用戶程序做周期性的循環(huán)掃描的方式來完成，在沒有跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個階段，一個周期所用時間為：T=(讀入時間*輸入點數(shù))+(運算速度*程序步數(shù))+(輸出時間*輸出點數(shù))+自診斷時間 ，在每次的掃描過程中，還要完成對輸入信號的采集和對輸出狀態(tài)的刷新等工作，成為可編程序控制器的實際輸出。

三、PLC可編程序控制器在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的利用

目前，PLC技術(shù)已在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，目前主要是用于以下幾類：

1.開關(guān)量邏輯控制

取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

2.工業(yè)過程控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/ D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

3.運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4.數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

5.通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

6、 用于遠程控制

遠程控制是指對系統(tǒng)的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。PLC有多種通信接口，有很強的聯(lián)網(wǎng)、通信能力，并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以PLC遠程控制是很方便的。PLC與PLC可組成控制網(wǎng)?？赏ㄐ拧⒔粨Q數(shù)據(jù)、相互操作。參與通信的PLC可多達幾十、幾百個。網(wǎng)與網(wǎng)還可互連。這樣，參與通信的PLC就更多，甚至不受限制。

PLC與智能傳感器、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），也可連成設(shè)備網(wǎng)。也可通信、交換數(shù)據(jù)、相互操作。可連接成遠程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到幾十、幾百米或更遠。這種遠程控制，既提高了控制能力，又簡化了硬件接線及維護。PLC于可編程終端也可聯(lián)網(wǎng)、通信。

PLC的數(shù)據(jù)可在它上面顯示，也可通過它向PLC寫數(shù)據(jù)，使它成為人們操作PLC的界面。PLC可與計算機通信，加進信息網(wǎng)。利用計算機強大的信息處理及信息顯示功能，可實現(xiàn)計算機對控制系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA（Supervisory Control and Data Acaquisition）。同時，還可以用計算機進行PLC編程、監(jiān)控及管理。

PLC還有以太網(wǎng)模塊，可用其使PLC加入互聯(lián)網(wǎng)。也可設(shè)置自己的網(wǎng)址和網(wǎng)頁。有這樣PLC控制的工廠，有人稱之為透明工廠。在地球上任何可上網(wǎng)的計算機，只要權(quán)限允許，就可直接對其進行訪問。遠程控制威力是無比的，可提升PLC的控制能力和控制領(lǐng)域。在戰(zhàn)爭中遠程控制對提高控制效益也是很明顯的。總之，遠程控制也已是PLC應(yīng)用的重要方面。

四、 PLC可編程序控制器的特點

1.可靠性高，抗干擾能力強

由于工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件遠比通用計算機所處的環(huán)境差,因此要求PLC具有很強的抗干擾能力,并且應(yīng)能在比較惡劣的運行環(huán)境中(如高溫、過電壓、強電磁干擾和高濕度等)長期可靠地運行。

2.配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。

4.系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

五、PLC可編程序控制器的發(fā)展趨勢

21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

目前的各個公司都在滿足用戶需求開發(fā)多功能集成的PLC，針對不同行業(yè)的不同要求，應(yīng)該從軟硬件方面著手。

硬件上針對一體型PLC，應(yīng)該集成多種特殊應(yīng)用功能，同時增加擴展單元的特殊功能。而模塊型PLC，應(yīng)該增加具備特殊功能的模塊。

軟件上應(yīng)該具備程序打包功能，能夠針對相應(yīng)的控制系統(tǒng)，使用相應(yīng)的指令，使原本復(fù)雜的程序集成為一條指令和一些參數(shù)設(shè)置就可以實現(xiàn)，這樣，使用者可以按照自己的設(shè)計思路，控制系統(tǒng)獨特性，進行單獨的指令開發(fā)，同時也增強了程序的保密性。

結(jié)束語

PLC的未來發(fā)展不僅取決于產(chǎn)品本身的發(fā)展，還取決于PLC與其它控制系統(tǒng)和管理設(shè)備的集成情況。PLC通過網(wǎng)絡(luò)，被集成到計算機集成制造（CIM）系統(tǒng)中，把他們的功能和資源與數(shù)控技術(shù)、機器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、個人計算機系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來，在工業(yè)化的未來發(fā)展中，將占據(jù)重要的地位。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.055

李青云（1969、10），男，山東濟南人，濟南國際機場，工學(xué)碩士，高級工程師，主要從事電力、電氣系統(tǒng)的研究。