小議PLC在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用

王朝慶 孫祥棋 白旭

摘 要：本文對PLC進(jìn)行簡單介紹，并闡述其通信功能與特點，最后介紹了PLC在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)；自動化控制；應(yīng)用

1 PLC概述

PLC指的是可編程控制器，其是基于傳統(tǒng)繼電器的發(fā)展，通過數(shù)字運算與操作來實現(xiàn)控制的一種裝置，這一電子系統(tǒng)具有較強的綜合性與技術(shù)性，具體涉及到的技術(shù)有計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及自動控制技術(shù)。PLC開發(fā)的目的在于使工業(yè)環(huán)境下單臺設(shè)備控制到整個工程流程的自動化得以實現(xiàn)，它的特點在于具有較小的體積，編程難度小，組裝具有一定得靈活性，能夠有效抵抗干擾，具有較強的可靠性。目前，在硬件、軟件設(shè)計與開發(fā)技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，PLC編程過程的難度大大降低，而功能與系統(tǒng)卻具有更強的開放性?，F(xiàn)階段，PLC由于其具有的獨特優(yōu)勢，在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中有著十分廣泛的應(yīng)用，具體有機械制造、化工、輕工、電力、造紙、冶金等等，對于機電一體化的發(fā)展而言有著十分重要的意義。

在PLC的應(yīng)用當(dāng)中，具體涉及到多個技術(shù)領(lǐng)域，包括過程控制、順序控制、位置控制、生產(chǎn)監(jiān)控與管理、綜合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。近幾年來，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，大大縮短了其更新?lián)Q代的周期，生產(chǎn)廠商推出的新興PLC在功能上也更加強大，具有越來越高的性價比。現(xiàn)代PLC尤其是小型PLC具有的功能主要包括：第一，32位高速計數(shù)器。計數(shù)頻率可以達(dá)到100kHz，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到預(yù)制值時，可以通過中斷來使PLC的輸出發(fā)生改變，進(jìn)而限制計數(shù)頻率；第二，高速輸出功能。現(xiàn)代PLC具有脈沖列輸出與脈寬調(diào)制的高速輸出功能；第三，脈沖捕獲功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入脈沖的捕獲；第四，其他功能。例如中斷功能，實時時鐘模塊或者內(nèi)置時鐘；內(nèi)置輸入電位器；

此外，對于小型PLC而言，還具有很多比較特殊的模塊，這些模塊有著不同的功能，例如溫度調(diào)節(jié)、溫度傳感、位置控制、脈沖輸出以及模擬量的輸入輸出等等。

2 PLC通信功能及其特點

2.1 通信功能

在計算機技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，在控制系統(tǒng)中，尤其是工業(yè)自動化控制中對網(wǎng)絡(luò)通信有著十分廣泛的應(yīng)用。由此，人們一直高度重視PLC的通信功能。PLC之間的通信以及PLC與其他智能設(shè)備的通信都屬于PLC通信。而PLC通信功能的突出特點就在于對重要數(shù)據(jù)傳遞或共享給其他系統(tǒng)的信息處理的方式?，F(xiàn)階段，隨著PLC通信功能越來越強大，例如三菱公司的FX系列PLC，其就是通過向開放式通信網(wǎng)絡(luò)的接入，對MELSEC加以利用，實現(xiàn)與CC-Link系統(tǒng)主站模塊、CC-Link接口模塊、DeviceNet接口模塊以及AS-I主站模塊等的遠(yuǎn)程鏈接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)的組成。FX提供與通信中的ASCII傳輸模式相符合的專用通信協(xié)議，PLC一側(cè)對用戶編程不作要求，僅僅通過簡單的設(shè)置，用戶的自動通信就可以實現(xiàn)。

2.2 特點

PLC的特點包括：第一，具有統(tǒng)一的通信協(xié)議。PLC的發(fā)展是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議進(jìn)行的，這是為了減小不同廠家產(chǎn)品互聯(lián)互通以及用戶的工作量，提高通信的開放程度；第二，與現(xiàn)場總線密切結(jié)合。由于很多現(xiàn)場總線的開發(fā)都是由PLC生產(chǎn)廠家完成的，因此它與PLC有著密切的關(guān)系。關(guān)于頻繁使用PLC且已進(jìn)入國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線具體有DeviceNet（執(zhí)行器）、Profibus（傳感器）、AS-I（接口）等等；第三，通訊程序設(shè)計簡單。在通信協(xié)議的使用過程中，僅需要對計算機一側(cè)的程序進(jìn)行編寫，就可以使PLC的自動接收發(fā)送得以實現(xiàn)。很多廠家還進(jìn)行了專門的計算機與PLC通信接口軟件設(shè)計，使用戶在計算機通信程序的編寫的工作量得以減小。

3 PLC在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用

3.1 開關(guān)量控制

PLC的特點在于具有較快的速度，接線比較簡單，維修工作量小，具有較多軟輸出點以及具有較高的可靠性等等。其不僅能夠使系統(tǒng)質(zhì)量得到提升，同時相應(yīng)的人力與時間資源也得到節(jié)省，在大系統(tǒng)中可以使路線復(fù)雜、不易修改等問題得到解決。PLC可以說是替代了繼電器控制，其自動開關(guān)量控制使控制的可靠性大大增強，通過中間繼電器控制系統(tǒng)動作，按照順序控制器的公式進(jìn)行設(shè)計，對順序控制部分梯形圖加以繪制，然而在檢查中采用模擬仿真技術(shù)，使設(shè)計更加規(guī)范。

3.2 模擬量控制

通過對控制對象特征的分析，PLC利用組合功能模塊進(jìn)行功能齊全的控制系統(tǒng)的組裝，以此來實現(xiàn)對系統(tǒng)的靈活控制。PLC主要涉及到的模塊有主機模塊、高速計數(shù)模塊、I/O模塊、模擬量控制模塊、位置控制模塊以及通訊模塊。使用PLC模擬量控制模塊，除了可以使過程控制得以實現(xiàn)，同時還能夠利用語音來監(jiān)控儀表。通過PLC模擬量控制，過程控制系統(tǒng)的精度大幅度提升，其能夠嚴(yán)格控制熱處理中的升溫、降溫、保溫等一系列過程，而對于以往的儀表控制系統(tǒng)而言，這在以往是難以實現(xiàn)的。

3.3 位置控制

對于工業(yè)自動化控制而言，位置控制具有十分重要的意義。在工業(yè)生產(chǎn)中，位置控制的方式包括機床刀具串刀補償控制、搬運定位控制以及主軸精確分度控制等等。PLC通過對步進(jìn)電機的控制，給步進(jìn)電機繞組發(fā)出脈沖，使步進(jìn)電機位移得以精確確定，進(jìn)而使位置控制得以實現(xiàn)。

3.4 系統(tǒng)集中控制

除了可以使自動化控制得以實現(xiàn)，PLC也能夠控制系統(tǒng)本身，例如系統(tǒng)故障檢測與顯示等的控制?？刂葡到y(tǒng)的工作原理為按照時限故障檢測與邏輯錯誤檢測的原則來監(jiān)控系統(tǒng)，在工作循環(huán)中，機床設(shè)備每個工步的執(zhí)行都有一定的時間要求，可以在工步動作檢測中將定時器啟動，然后通過定時器的輸出信號，實現(xiàn)自動停機或者報警信號的起動。值得一提的是，定時器的啟動時間要稍微長于動作持續(xù)時間。在設(shè)備工作正常時，電控系統(tǒng)的輸入信號、輸出信號以及中間以及單元之言有一定的邏輯關(guān)系，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，那么就會破壞這一邏輯關(guān)系，進(jìn)而利用實現(xiàn)編好的常見故障邏輯來進(jìn)行程序的判斷，以此實現(xiàn)對故障的有效分析，并做出報警控制動作。

3.5 電動機變頻調(diào)速控制

變頻器可以與PLC的指令系統(tǒng)同時使用，以此實現(xiàn)對電機運轉(zhuǎn)與調(diào)速的控制。將電壓電路平滑加在PLC與PWM輸出變頻器之間，然后利用PWM指令中t值的設(shè)置，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制，隨著轉(zhuǎn)速的增加，t也相應(yīng)增加，對于輸出電壓波紋而言，其會受到PWM指令中輸出脈沖周期大小的影響。

4 結(jié)語

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC在工業(yè)自動化控制的中的應(yīng)用越來越重要，然而在PLC應(yīng)用過程中仍然存在一定的缺陷，需要我們對此展開研究，提出有效的解決措施，使問題得到解決，進(jìn)而使PLC在工業(yè)自動化控制中發(fā)揮出更加強大的作用。

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