PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展

高亮GAO Liang；張文樹ZHANG Wen-shu

（①日照鋼鐵有限公司，日照 276806；②日照瑞吉德倉儲(chǔ)科技有限公司，日照 276800）

（①Rizhao Steel Holding Group Co.，Ltd.，Rizhao 276806，China；②Rizhao Ruijide Storage Technology Co.，Ltd.，Rizhao 276800，China）

0 引言

目前很多現(xiàn)代化的工業(yè)應(yīng)用需要更多的功能要求，如網(wǎng)絡(luò)連接、設(shè)備互用、企業(yè)數(shù)據(jù)集成等，這些都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的、基于離散-邏輯控制的PLC 所能提供的功能。想要基于PLC 的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些功能，必須用單獨(dú)的處理器、網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)換器、運(yùn)行于獨(dú)立PC 的軟件中間件以及企業(yè)系統(tǒng)級(jí)的專用軟件進(jìn)行綜合系統(tǒng)集成。在一家PAC 供應(yīng)商的網(wǎng)站上，有這樣一段描述PAC 誕生背景的文字。他們認(rèn)為，PAC 可以同時(shí)擁有PC 的功能和PLC 的可靠性，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制時(shí)PLC 的理想替代者。在“十二五”期間，國家明確要大力提倡發(fā)展裝備制造業(yè)及基礎(chǔ)制造業(yè)，減少高耗能產(chǎn)品的使用，相關(guān)有利政策都會(huì)促進(jìn)PLC 產(chǎn)品健康快速發(fā)展。預(yù)計(jì)未來五年我國PLC 市場仍將持續(xù)快速發(fā)展，2015年將達(dá)到88 億元以上的規(guī)模。

1 PLC 系統(tǒng)概述

自1969年問世以來，PLC 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的核心地位就一直堅(jiān)不可摧。它改變了以前只能借助于繼電器和步進(jìn)器等機(jī)電器件進(jìn)行邏輯和順序控制的傳統(tǒng)控制模式，并在作為主流控制器的幾十年間，不斷依據(jù)用戶的不同需求提升各種功能，現(xiàn)代PLC 還引入了計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境的要求。在“十二五”期間，國家明確要大力提倡發(fā)展裝備制造業(yè)及基礎(chǔ)制造業(yè)，減少高耗能產(chǎn)品的使用，相關(guān)有利政策都會(huì)促進(jìn)PLC 產(chǎn)品健康快速發(fā)展。預(yù)計(jì)未來五年我國PLC 市場仍將持續(xù)快速發(fā)展，2015年將達(dá)到88 億元以上的規(guī)模。

因此，我們?cè)谧ゾo國內(nèi)市場因?yàn)樽詣?dòng)化變革而產(chǎn)生的對(duì)PLC 的巨大需求，實(shí)行民族PLC 行業(yè)的快速發(fā)展，改變國內(nèi)PLC 市場，由國外廠商一家或幾家獨(dú)大的場面。

2 PLC 在國內(nèi)外的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。

2.2 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D 轉(zhuǎn)換及D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn)配套的A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

2.3 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。

2.4 過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。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。

2.5 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)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)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

2.6 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。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC 廠商都十分重視PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。

3 PLC 的發(fā)展前景

在未來五年內(nèi)，中國PLC 市場的綜合年增長率預(yù)計(jì)將達(dá)到14.1%。PLC 中國市場預(yù)期以12.4%的年復(fù)合增長率(CAGR)增長，市場份額2006年接近7.5 億美元;2011年達(dá)到13 億美元;根據(jù)相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，2015年這一市場將超過16 億美元。

PLC 的未來發(fā)展不僅取決與產(chǎn)品本身的發(fā)展，還取決于PLC 與其它控制系統(tǒng)和工廠管理設(shè)備的集成情況。PLC通過網(wǎng)絡(luò)，被集成到計(jì)算機(jī)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(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來，在工廠的未來發(fā)展中，將占據(jù)重要的地位。

新的PLC 的技術(shù)進(jìn)展包括，更好的操作員界面，圖形用戶界面（GUI），人機(jī)界面，也包括與設(shè)備、硬件和軟件的接口，并支持人工智能比如邏輯I/O 系統(tǒng)等。軟件進(jìn)展將采用廣泛使用的通訊標(biāo)準(zhǔn)提供不同設(shè)備的連接，新的PLC指令將立足于增加PLC 的智能性，基于知識(shí)的學(xué)習(xí)型的指令也將逐步被引入，以增加系統(tǒng)的能力。可以肯定的是，未來的工廠自動(dòng)化中，PLC 將肯定占據(jù)重要的地位，控制策略將被智能地分布開來，而不是集中，超級(jí)PLC 將在需要復(fù)雜運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通信和對(duì)小型PLC 和機(jī)器控制器的監(jiān)控的應(yīng)用中獲得使用。

下一代PLC 發(fā)展的趨勢(shì)分析：

外觀：小型化、模塊化、集成化。

外形、體積縮小，意味著便于安裝維護(hù)，系統(tǒng)集成時(shí)占用柜體空間就越少。

體積小并不意味著用戶對(duì)功能的要求在降低，相反用戶對(duì)于功能的要求越來越多，這就意味著產(chǎn)品的集成度要求更高。下一代PLC 應(yīng)集成更多的操作與維護(hù)功能，如內(nèi)置CPU 顯示屏，可快速訪問各種文本信息和詳細(xì)的診斷信息，以提高設(shè)備的可用性，同時(shí)也便于全面了解工廠的所有信息；集成短接片，方便用戶更為靈活便捷地建立電位組；集成DIN 導(dǎo)軌，能夠快速便捷地安裝自動(dòng)斷路器、繼電器之類的其它組件；靈活電纜存放方式，憑借預(yù)先設(shè)計(jì)的電纜定位槽裝置，即使存放粗型電纜，也可以輕松地關(guān)閉模塊前蓋板；集成屏蔽夾，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)屏蔽，可確保高質(zhì)量地識(shí)別信號(hào)并有效防止外部電磁干擾。

在結(jié)構(gòu)上，用戶充分認(rèn)可PLC 模塊化帶來的靈活擴(kuò)展性。為滿足各種自動(dòng)化應(yīng)用的需求，各種帶CPU 和存儲(chǔ)器的智能I/O 模塊，既能擴(kuò)展PLC 功能，又使用靈活，延伸了PLC 的應(yīng)用范圍。對(duì)于模塊化的設(shè)置，用戶要求模塊間的連接要可靠牢固，具有一定程度的抗振動(dòng)，接線方式最好是用可插拔的端子，換模塊時(shí)無需借助任何工具即可實(shí)現(xiàn)快速安裝；設(shè)置預(yù)接線位置，通過帶有定位功能轉(zhuǎn)向布線系統(tǒng)，無論是初次布線還是重新連接，快速便捷；插拔端子的接線最好是用螺絲刀進(jìn)行而非焊接式；標(biāo)準(zhǔn)前連接器，這樣不僅極大簡化了電纜的接線操作，同時(shí)還節(jié)省了更多的接線時(shí)間。在模塊化設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的可靠性方面，西門子PLC 始終走在前列。S7-300 是模塊化中型PLC 系統(tǒng)，各模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)

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[2]張衛(wèi)平.PLC 外部開關(guān)控制運(yùn)行、停止的方法[J].科技信息，2011（15）.

[3]朱益飛.CPM1A 可編程序控制器在油井控制中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2011（15）.