淺談PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)

常春陽(yáng) 趙芳

摘 要：可編程序控制器，簡(jiǎn)稱PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制自動(dòng)化裝置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，PLC迎來(lái)了廣泛的發(fā)展空間，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)、電力工業(yè)、制造業(yè)等各個(gè)行業(yè)中。該文介紹了PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的概念、優(yōu)點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：PLC 自動(dòng)化 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：X70 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（a）-0002-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的產(chǎn)生為工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)了一次革新，使工業(yè)生產(chǎn)中由原來(lái)笨重復(fù)雜的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，變?yōu)榱溯p巧智能的PLC控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性，降低了生產(chǎn)成本，減少了設(shè)備故障率，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，目前已廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

可編程序控制器，簡(jiǎn)稱PLC，是專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制自動(dòng)化裝置，它具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、體積小、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成為工業(yè)控制的基礎(chǔ)設(shè)備之一。

基于上述PLC的優(yōu)點(diǎn)，可以看出，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠大大降低人力和時(shí)間的輸出，同時(shí)改善了工業(yè)環(huán)境中控制系統(tǒng)線路復(fù)雜、修改繁瑣等問(wèn)題。

2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作原理

PLC的程序分為系統(tǒng)程序和用戶程序，系統(tǒng)程序是不能更改的。PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行逐行掃描，掃面結(jié)束再重新開(kāi)始，周而復(fù)始，即采用的是循環(huán)掃描的工作方式。PLC的一個(gè)掃描周期可以分為五個(gè)階段，分別是內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊中的硬件是否正常，并將監(jiān)控定時(shí)器等元件復(fù)位。通信服務(wù)階段，PLC與計(jì)算機(jī)、觸摸屏、變頻器等帶CPU的智能裝置進(jìn)行通信。輸入采樣階段，PLC一次性讀取外部信號(hào)，并存入到輸入映象寄存器中，在某個(gè)掃描周期中，即使外部信號(hào)改變，輸入映象寄存器中的數(shù)據(jù)在當(dāng)前周期也不會(huì)改變，只有當(dāng)進(jìn)入下一周期后才會(huì)發(fā)生改變。程序執(zhí)行階段，PLC按照從上到下、從左到右的順序依次掃描程序，調(diào)取輸入映象寄存器和輸出映象寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將運(yùn)算結(jié)果存入到輸入映象寄存器中。輸出刷新階段，即PLC將元素映像寄存器中的元件狀態(tài)全部輸出到外部電路，來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，每個(gè)掃描周期輸出一次元件狀態(tài)，新的數(shù)據(jù)會(huì)將原有的數(shù)據(jù)全部覆蓋。

3 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，目前使用的PLC品種繁多，現(xiàn)場(chǎng)安裝有的集中在控制室，也有的被分散在生產(chǎn)車間的設(shè)備上。PLC具有較好的抗干擾能力，可以直接安裝在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。其主要應(yīng)用于以下幾種應(yīng)用領(lǐng)域。

3.1 開(kāi)關(guān)量邏輯控制

PLC是專門(mén)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的計(jì)算機(jī)。PLC取代了傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量邏輯控制，順序控制，這是PLC最基本的控制領(lǐng)域，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行邏輯控制活動(dòng)，可以控制單臺(tái)設(shè)備，也可以同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備，比如注塑機(jī)，印刷機(jī)，各種機(jī)床，自動(dòng)化生產(chǎn)線等。

3.2 模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)中，需要處理很多連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PLC中使用模擬量控制模塊，即A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊和比例積分微分算法（即PID算法），來(lái)處理模擬量，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，不但實(shí)現(xiàn)了全程控制，更有效提高了控制數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。這種過(guò)程控制廣泛應(yīng)用于冶金，石油，化工，鍋爐等領(lǐng)域。

3.3 運(yùn)動(dòng)控制

圓周運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的定位控制都可以用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前通常使用可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)等專用運(yùn)動(dòng)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性，PLC還可以通過(guò)對(duì)脈沖量的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)控制，其原理是用PLC向步進(jìn)電機(jī)的繞組發(fā)出脈沖。由于脈沖量控制時(shí)，其位移量非常小，便有效提高了PLC運(yùn)動(dòng)控制的精確度。

3.4 數(shù)據(jù)處理

PLC可以實(shí)現(xiàn)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，也可以對(duì)信息進(jìn)行收集、處理、比較等，還可以把數(shù)據(jù)傳送到其他智能裝置，或打印制表。數(shù)據(jù)多用于柔性制造、造紙、食品加工等大型控制系統(tǒng)中。

3.5 通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC與PLC之間可以通信，也可以和變頻器、觸摸屏、打印機(jī)等智能設(shè)備通信。PLC可以通過(guò)網(wǎng)口組成工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)串口組成現(xiàn)場(chǎng)總線，這使PLC遠(yuǎn)程控制的能力增強(qiáng)，體現(xiàn)了PLC在大型控制系統(tǒng)中的重要性。

4 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展前景

4.1 軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化

由于PLC種類繁多，各個(gè)廠商軟硬件并不開(kāi)放，致使PLC的各種模塊不能通用，編程語(yǔ)言差異較大，兼容性差，嚴(yán)重限制了PLC的發(fā)展。至此國(guó)際電工委員會(huì)組成工作組展開(kāi)了對(duì)PLC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，為PLC的發(fā)展提供了標(biāo)準(zhǔn)化的框架與方向。在此背景下，很多廠商都使用了與IEC61131系列標(biāo)準(zhǔn)相符的指令系統(tǒng)。

4.2 人機(jī)界面更優(yōu)化

PLC的軟件性能得到大幅提高，大部分的品牌都有自己的平臺(tái)和軟件，降低開(kāi)發(fā)成本，明顯提升了PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的能力，目前，應(yīng)用最廣泛的模式就是PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT的模式。

4.3 編程工具與編程語(yǔ)言多樣化

隨著PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其編程工具和編程語(yǔ)言也向著多樣化發(fā)展。除了具有基本的語(yǔ)句表、功能圖、梯形圖等標(biāo)稱語(yǔ)言，也可以利用組態(tài)軟件，使編程簡(jiǎn)單化，大大降低了PLC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和使用難度。

4.4 網(wǎng)絡(luò)通信功能增強(qiáng)

PLC的通信能力和網(wǎng)絡(luò)化是重要的發(fā)展方向。PLC可以通過(guò)模塊與以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等組成自動(dòng)化控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線有CAN、WorldFI、Profibus 等。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)與PLC控制系統(tǒng)的組合應(yīng)用，很好地滿足了現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的復(fù)雜控制要求。很多廠商在原有RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，新增了其他通訊接口，有利于架構(gòu)一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

4.5 模塊功能性更強(qiáng)

PLC的模塊功能向著多樣化發(fā)展，如遠(yuǎn)程I/O模塊、語(yǔ)言處理模塊、模糊控制模塊、計(jì)算模塊、數(shù)控模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、模擬量I/O模塊、閉環(huán)控制模塊、快速響應(yīng)模塊、位置控制模塊、通信模塊等，使PLC在人機(jī)對(duì)話、分辨率、實(shí)時(shí)性精度等方面的功能得到提高。

5 結(jié)語(yǔ)

在自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷改進(jìn)和革新的大背景下，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有編程簡(jiǎn)單、可靠性高、配置靈活、面向用戶和生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中，并成為了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制的重要支柱。

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