內(nèi)嵌式PLC在工業(yè)自動(dòng)化上的運(yùn)用

趙陽明 王大杰

【摘 要】在1968年，dickmorley與他的團(tuán)隊(duì)研制出了模塊化的數(shù)字控制器，開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的PLC的時(shí)代。此后PLC的功能不斷完善，體積越變?cè)叫。赑LC誕生后的44年的今天，PLC已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的絕對(duì)中流砥柱、中堅(jiān)力量。稍懂一點(diǎn)點(diǎn)工業(yè)自動(dòng)化的人士都知道在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域PLC這三個(gè)單詞意味著什么，PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的無可替代的優(yōu)勢(shì)。主導(dǎo)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域幾十年的PLC很可靠、很實(shí)用、效率很高、耐用、物美價(jià)廉，隨著工業(yè)傳感器的不斷智能化，PLC在三網(wǎng)合一的工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域還將發(fā)揮越來越重要的作用。在我國，電氣自動(dòng)化行業(yè)伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)追求個(gè)性差異化的階段，市場(chǎng)對(duì)這個(gè)行業(yè)的要求也越來越高，普通的PLC產(chǎn)品已經(jīng)難以滿足市場(chǎng)的需要了。所以為了滿足市場(chǎng)的需求一種新的技術(shù)因此產(chǎn)生了——內(nèi)嵌式PLC技術(shù)。筆者通過自身的工作經(jīng)驗(yàn)在文中主要介紹了內(nèi)嵌式PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用，希望能為相關(guān)從事內(nèi)嵌式PLC技術(shù)研究的學(xué)者提供有用的借鑒。

【關(guān)鍵詞】?jī)?nèi)嵌式；PLC；技術(shù)；電氣自動(dòng)化；工業(yè)自動(dòng)化；工控；DCS；工業(yè)控制

1 相關(guān)概念

PLC（Programmable Logic Controller）按照字面的翻譯是可編程邏輯控制器。它實(shí)際上就是一小塊芯片，可以插在電路板上，把它的針角焊在電路板上配合其他一些部件就可以工作了。它的最大用處就在于可以對(duì)其進(jìn)行編程，然后根據(jù)所編的程序?qū)I(yè)化設(shè)備進(jìn)行控制。它既是一塊芯片，也算一臺(tái)小的電腦，因?yàn)殡娔X用的它都具備，比如說中央處理器、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器、輸入輸出接口這些電腦必備的單元它一樣也不少。通過輸入輸出接口，它可以接受控制者的指令，可以與控制者交互，可以由控制者的指令產(chǎn)生輸出信號(hào)，用這些輸出信號(hào)控制附近的工業(yè)智能化設(shè)備。針對(duì)它的編程極為簡(jiǎn)單，最重要的是PLC的適應(yīng)能力超強(qiáng)，幾乎涉及工業(yè)自動(dòng)化的所有領(lǐng)域都有它的用武之地。因此才會(huì)占據(jù)了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的大半江山，而且還有越來越擴(kuò)大的趨勢(shì)。有的讀者可能會(huì)問，現(xiàn)在電腦已經(jīng)非常便宜了，為什么不直接使用電腦進(jìn)行控制，而一定要使用這么一小塊芯片，還要把它焊到電路板上還要為它選擇其他的部件，還要編程這么麻麻煩煩的弄一大堆事情呢？答案其實(shí)很簡(jiǎn)單：電腦的穩(wěn)定性不高。用過電腦的人都經(jīng)歷過電腦的死機(jī)、崩潰、中病毒、癱瘓等等這樣或那樣的問題，然而這些狀況PLC都不會(huì)發(fā)生，PLC的平均故障率極低，可以說幾乎不會(huì)發(fā)生故障。而對(duì)于工業(yè)環(huán)境，尤其是24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)的工業(yè)環(huán)境，穩(wěn)定性無疑是最重要的。而且電腦的實(shí)時(shí)性也不夠好，工業(yè)環(huán)境要求按下按鈕操控的機(jī)器必須實(shí)時(shí)作出反映，而電腦有時(shí)達(dá)不到實(shí)時(shí)性的要求。在堅(jiān)固性方面，電腦就更是難以企及，一塊單芯片的PLC可以放在任何復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境之中，然而在同樣的工業(yè)環(huán)境中放置的一臺(tái)電腦可能過不了幾天就會(huì)頻繁地出現(xiàn)這樣或那樣的故障。而內(nèi)嵌式PLC技術(shù)卻可以解決上述問題，所謂內(nèi)嵌式PLC技術(shù)是以內(nèi)嵌式技術(shù)為平臺(tái)，對(duì)過程控制的操作能力進(jìn)行了加強(qiáng)，而且擴(kuò)展結(jié)構(gòu)是開放式的，整合了內(nèi)嵌式板等特點(diǎn)，發(fā)揮PLC梯形圖語言優(yōu)勢(shì)，也有PC的開放性，為對(duì)象控制提供了一個(gè)通用的開發(fā)平臺(tái)。

2 內(nèi)嵌式PLC在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)

內(nèi)嵌式可編程序控制器（PLC）是一種超小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要采用了內(nèi)嵌式的操作系統(tǒng)，它的主要用途是應(yīng)用在對(duì)電力的智能現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制上，并且建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)嵌式平臺(tái)，它的主要特點(diǎn)是成本低廉、實(shí)時(shí)性擴(kuò)展性好、并且可以通用。

內(nèi)嵌式PLC系統(tǒng)不但擁有著傳統(tǒng)的PLC和工業(yè)用的PC機(jī)它們所沒有的特點(diǎn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的PLC他們對(duì)硬件的要求高那樣就會(huì)造成資源浪費(fèi)。內(nèi)嵌式PLC系統(tǒng)它的最大的優(yōu)點(diǎn)就是低功能損耗、開放性也比較好而且功能相當(dāng)齊全。它的特點(diǎn)如下：

（1）控制功能的先進(jìn)性。要滿足先進(jìn)的控制技術(shù)必須滿足以下條件：首先要有模糊邏輯和網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)，而且要有一個(gè)強(qiáng)大的浮點(diǎn)處理器和很多內(nèi)存來支持。內(nèi)嵌式PLC恰恰都能滿足這些必要的條件。

（2）通信的接口。普通的PLC系統(tǒng)所用與外界的接口都是專用的，并且還會(huì)時(shí)常的切換，而且對(duì)于不同的程序差別也非常的大。而內(nèi)嵌式PLC的內(nèi)嵌式分布處理和網(wǎng)絡(luò)的需求卻能夠滿足一個(gè)或者多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的接口，只要提供通信的軟件驅(qū)動(dòng)程序就能使用。

（3）實(shí)時(shí)分析功能。內(nèi)嵌式PLC能夠及時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)傳回來的數(shù)字或者模擬信號(hào)，針對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析并且能夠準(zhǔn)確有效的檢測(cè)出故障狀態(tài)，以及檢測(cè)機(jī)器的運(yùn)行狀況等等。

（4）生產(chǎn)效率的提高。內(nèi)嵌式PLC所提供的多樣性的工作平臺(tái)能夠大大的提高生產(chǎn)效率。因?yàn)樗氖褂?？能夠是工程平臺(tái)快速的發(fā)展、實(shí)施以及項(xiàng)目的遷移等等，最主要的是它所具有的開放性和靈活性的功能。

（5）安全性高。內(nèi)嵌式PLC傳送數(shù)據(jù)包都是加密的，有效的防止了黑客的攻擊和破壞的行為。

相比一些大型的工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，內(nèi)嵌式PLC在家庭網(wǎng)關(guān)等低電壓電力控制方面也有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）方便快捷的接入方式。低壓的電力系統(tǒng)只要依據(jù)現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施，在不用新加電纜線并且不用重新穿墻打洞的同時(shí)就能加入連接，這樣有效的避免了對(duì)建筑物的破壞行為。

（2）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。在不改變?cè)瓉硎覂?nèi)的線路布局和安裝裝置的前提下，而且不用添加新的設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單靈活的安裝設(shè)置，并且在電力設(shè)置上也不用改變?cè)瓉淼木€路。

（3）自動(dòng)化程度相當(dāng)高。它的自動(dòng)化主要表現(xiàn)在：抄表的自動(dòng)化、配用電的自動(dòng)化，從而在數(shù)據(jù)、話音、視頻、電力上面可以實(shí)現(xiàn)“四線合一”。

3 選型規(guī)則

可編程邏輯控制器及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

4 結(jié)論

機(jī)電行業(yè)對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)來說起著重要的作用，它是國民經(jīng)濟(jì)的工業(yè)基礎(chǔ)以及經(jīng)濟(jì)命脈，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展關(guān)系著我國人民的生計(jì)，所以說保證電力行業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是維護(hù)國民經(jīng)濟(jì)的各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)有效發(fā)展的基礎(chǔ)。

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家工業(yè)對(duì)電氣控制要求不斷提高。因此，如果我們國家的各個(gè)工業(yè)企業(yè)都能夠把內(nèi)嵌式技術(shù)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中去，這對(duì)于我國將來的工業(yè)的發(fā)展將會(huì)帶來一場(chǎng)巨大的變革。我國政府應(yīng)該積極倡導(dǎo)各個(gè)地方企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際情況，在企業(yè)中引入內(nèi)嵌式PLC技術(shù)，只有這樣我們的企業(yè)才能夠在不斷的競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)中立于不敗之地，這樣才能促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]廖常初.PLC應(yīng)用技術(shù)問答[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]陳鳳蘭，孫竹梅.軟PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前景[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006.

[3]吳玉香.內(nèi)嵌式PLC系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2009.

[責(zé)任編輯：王靜]