基于PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用研究

武蘭江，王麗艷，李黎

（大連裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116000）

基于PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用研究

Application of PLC based control technology in industrial automation

武蘭江，王麗艷，李黎

（大連裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116000）

可編程控制器（PLC）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等多項(xiàng)高新技術(shù)為基礎(chǔ)，所發(fā)展起來的新一代工業(yè)自動化控制裝置。近年來，PLC控制技術(shù)在我國各個(gè)工業(yè)自動化領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的普及與應(yīng)用。本文從PLC控制技術(shù)的概念及特點(diǎn)出發(fā)，并著重就PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究與探索。

PLC控制技術(shù)；工業(yè)自動化；應(yīng)用

隨著數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已拓展與延伸到幾乎所有工業(yè)控制領(lǐng)域。

目前，用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)技術(shù)主要包括：PLC控制技術(shù)、基于單片機(jī)的測控裝置、基于PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）以及集散控制系統(tǒng)（DCS）等等。其中，PLC控制技術(shù)是在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，應(yīng)用廣泛，使用方便和功能強(qiáng)大的一種通用型工業(yè)控制化技術(shù)，它已成為了現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要支柱之一。

1 PLC控制技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展

PLC（Programmable Logic Controller），最初源于20世紀(jì)60年代的美國汽車制造業(yè)。當(dāng)時(shí)是為了盡可能的減少重新設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)以及接線所需的費(fèi)用與時(shí)間，在1969年研制開發(fā)出了世界上第一臺可編程控制器，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線中獲得了成功應(yīng)用。隨著近年來生產(chǎn)工藝和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正不斷延伸與擴(kuò)大。當(dāng)前，PLC控制技術(shù)不僅可用于開關(guān)量的控制，還用于模擬量以及數(shù)字量的控制。

目前，PLC控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、紡織、化工、食品等多個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中。

2 PLC控制技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 功能完善、適用性強(qiáng)

隨著PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，除了原有的邏輯處理功能以外，還具備完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能，并形成了大、中、小各種規(guī)模且配套齊全的系列化產(chǎn)品，適用于各類工業(yè)自動化控制場合。

2.2 可靠性高、抗干擾性強(qiáng)

PLC控制技術(shù)普遍采用了現(xiàn)代化大規(guī)模的集成電路技術(shù)，其生產(chǎn)與制造工藝嚴(yán)格，內(nèi)部電路也采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，對外部干擾有著很強(qiáng)的抑制與減弱功能。同時(shí)，PLC還具備了硬件故障的自動檢測功能，當(dāng)故障問題發(fā)生時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，提高了應(yīng)用過程中的可靠性。

2.3 易學(xué)易用，便于掌握

PLC編程采用專業(yè)化梯形圖編程，具有形象直觀、簡單易用的特點(diǎn)，很容易被工程技術(shù)人員理解與掌握。

3 PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

3.1 PLC控制技術(shù)的總體應(yīng)用

通常而言，工業(yè)生產(chǎn)過程主要可劃分兩種類型，即連續(xù)型生產(chǎn)過程（如冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等）與離散型生產(chǎn)過程（如機(jī)械制造業(yè)等）。其中，連續(xù)型生產(chǎn)過程的生產(chǎn)對象是連續(xù)的，也是不分件的；而離散型生產(chǎn)過程為生產(chǎn)離散型的，是單件的。由于PLC控制技術(shù)所具備的可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、改造方便等特點(diǎn)，且控制的規(guī)模又可大、可小，所以在這兩種類型的生產(chǎn)過程中都有其用武之地。而且隨著近年來PLC控制技術(shù)中各種功能模塊的大量出現(xiàn)，其控制方向正逐漸向著標(biāo)準(zhǔn)化、模式化的方向靠近，使得PLC控制技術(shù)在位置控制、過程控制、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）等各種工業(yè)自動化控制領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

3.2 用于開關(guān)量的控制

開關(guān)量的邏輯控制，是當(dāng)前PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，主要用于取代傳統(tǒng)的繼電器的順序控制。PLC控制技術(shù)對于開關(guān)量的控制能力是極強(qiáng)的，所控制的輸入點(diǎn)數(shù)，能多達(dá)幾百、幾千，甚至上萬點(diǎn)。利用PLC的聯(lián)網(wǎng)通信功能，其輸入點(diǎn)數(shù)的控制幾乎完全不受限制。同時(shí)，PLC在開關(guān)量控制中所涉及的邏輯問題也是多樣的，包括組合邏輯問題、時(shí)序邏輯問題等等，均能有效加以控制。同時(shí)，PLC控制技術(shù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與軟件程序都便于改變與修改，在必要時(shí)還可根據(jù)生產(chǎn)需要編寫多套程序軟件，按照需要進(jìn)行調(diào)用，使用非常靈活方便。因此，PLC控制技術(shù)非常適用于當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中多種工況、多種狀態(tài)開關(guān)量變換的控制需要。

3.3 用于模擬量的控制

工業(yè)生產(chǎn)中，如電流、電壓、流量、速度、壓力、溫度等參數(shù)均是模擬量，其參數(shù)值往往是連續(xù)變化的。因此在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是一些連續(xù)型的生產(chǎn)過程中，必須加強(qiáng)對這些模擬量的有效控制。當(dāng)前，PLC控制技術(shù)主要通過模擬量與數(shù)字量之間A/D、D/A單元來實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)換，并利用PID功能模塊實(shí)現(xiàn)模擬量的控制。目前，PLC控制技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)大型、中型機(jī)的模擬量控制，在小型機(jī)上也同樣可以實(shí)現(xiàn)。其中，A/D單元主要是將外電路中的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)中；D/A單元則是將PLC控制系統(tǒng)中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，再傳輸?shù)酵怆娐分?，并利用PID功能模塊以實(shí)現(xiàn)對各類工業(yè)設(shè)備的參數(shù)控制，從而有效保證了工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性與安全性。

3.4 用于運(yùn)動量的控制

PLC控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)動量控制中的應(yīng)用，主要是利用專業(yè)的運(yùn)動控制功能模塊，對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的位置、速度加以有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對各種設(shè)備單軸、雙軸以及多軸的位置控制，使其能準(zhǔn)確移動到目標(biāo)位置，并保證了在運(yùn)動過程中設(shè)備移動更加平滑、可靠。當(dāng)前，PLC各種新型產(chǎn)品中幾乎都包含有運(yùn)動量的控制功能，并被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、成形機(jī)械、裝配機(jī)械等多個(gè)工業(yè)場合當(dāng)中。

3.5 用于數(shù)據(jù)處理

當(dāng)前PLC各類新型產(chǎn)品中，都普遍具有數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)排序以及查表、位操作等多項(xiàng)數(shù)據(jù)功能，從而實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的有效的分析與處理。隨著PLC控制技術(shù)及功能的不斷發(fā)展與完善，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)域正越來越大，它不僅具有對日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲與管理功能，而且還可以將采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與存儲區(qū)域中的參考值進(jìn)行相互對比，從而糾正偏差，完成控制操作。同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)還可以配置打印機(jī)或者與其它計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信將數(shù)據(jù)進(jìn)行打印制表，以便于數(shù)據(jù)的讀出與處理。

3.6 用于聯(lián)網(wǎng)通信

PLC控制技術(shù)具有極強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通信功能，它主要包括了PLC與PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位機(jī)之間聯(lián)網(wǎng)通信，以及PLC與智能設(shè)備（數(shù)控裝置、變頻設(shè)備等等）之間聯(lián)網(wǎng)通信這三種。PLC控制系統(tǒng)不僅能與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接通過處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)之間的實(shí)時(shí)交換，而且還能構(gòu)建出“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，以滿足當(dāng)前工業(yè)自動化系統(tǒng)不斷發(fā)展的需要。

綜上，PLC控制技術(shù)中的各類控制功能，通過軟件程序改變即可實(shí)現(xiàn)，只需要改變相應(yīng)程序設(shè)計(jì)以及改動少量的接線端子，就可以重新適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，在靈活性、可靠性、安全性以及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等多個(gè)方面都具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，值得在工業(yè)自動化領(lǐng)域中大力普及與應(yīng)用。

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TP273

1009-797X （2015） 18-0100-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.038

武蘭江（1981-），女，研究生，講師，研究方向?yàn)镻LC、電力電子。

2015-08-04