PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

馬衛(wèi)忠

(上海博士高環(huán)保設(shè)備工程有限公司技術(shù)部，上海 200438)

PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

馬衛(wèi)忠

(上海博士高環(huán)保設(shè)備工程有限公司技術(shù)部，上海 200438)

PLC系統(tǒng)以硬件技術(shù)成熟、性能價(jià)格比較高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。文中介紹了PLC、艾默生EC20系列產(chǎn)品的功能等，結(jié)合實(shí)際，分析說(shuō)明了PLC在工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，最后闡述了其發(fā)展的前景。

可編程控制器;功能;應(yīng)用;前景

可編程控制器(Programmable Controller，PC)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制［1］。隨著科技的發(fā)展，這種裝置已超出邏輯控制范圍，成為一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。

1 PLC的功能及EC20系列產(chǎn)品介紹

PLC功能強(qiáng)大，在軟件方面，能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能;在硬件方面，具有開(kāi)關(guān)模塊、模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。由于超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，PLC處理速度加快，軟硬件功能也發(fā)生較大變化。單片機(jī)系統(tǒng)，是嵌入式控制系統(tǒng)的主要組成部分，系統(tǒng)由不同的硬件和軟件系統(tǒng)組成?？貦C(jī)控制系統(tǒng)，是以微型計(jì)算機(jī)為主要載體，加上有關(guān)控制板卡或模塊實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，完成控制功能的控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制中，PLC、單片機(jī)、工控機(jī)承擔(dān)著重要角色，是實(shí)現(xiàn)控制功能的重要載體，三者在功能上的對(duì)比如表1所示。

表1 PLC、單片機(jī)、工控機(jī)功能對(duì)比

艾默生推出的EC20系列新一代可編程控制器充分融合了計(jì)算機(jī)、通信、電子、自動(dòng)控制技術(shù)，全面吸收了眾多自動(dòng)化技術(shù)［2］，以及多年來(lái)應(yīng)用在PLC領(lǐng)域的精華。在方案設(shè)計(jì)、硬件選擇、軟件功能、網(wǎng)絡(luò)通訊、用戶接口等方面，對(duì)中國(guó)用戶的使用習(xí)慣和應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)進(jìn)行了充分考慮，是一款高性能、高品質(zhì)的PLC產(chǎn)品。其具有強(qiáng)大的全中文編程軟件，編程快捷簡(jiǎn)單、易操作性強(qiáng)等特點(diǎn)［3］。

EC20系列PLC與常用的可編程控制器PLC相比，其在通訊能力、存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、程序開(kāi)發(fā)方便性、環(huán)境適應(yīng)能力等方面都具有將強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，且具有多種可供選擇的配置。該產(chǎn)品采用先進(jìn)的MCU和CPLD工業(yè)控制專用芯片，功能更加豐富，完全可以勝任邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能控制，能夠完成高速計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、RTD、PID、TC、通訊聯(lián)網(wǎng)等重要功能。同時(shí)，其為一體式結(jié)構(gòu)的可編程控制器，通過(guò)對(duì)程序的設(shè)計(jì)就可以完成對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的采集、邏輯、過(guò)程控制等。此外，通過(guò)選擇適宜的通訊方式、協(xié)議，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本地或遠(yuǎn)程測(cè)控，從而可以適應(yīng)現(xiàn)代工廠自動(dòng)化對(duì)系統(tǒng)開(kāi)放性及互聯(lián)性的需要。表2為EC20系列PLC與普通PLC主要功能的對(duì)比。

表2 EC20系列PLC與普通PLC主要功能的對(duì)比

2 PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 PLC在發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代化發(fā)電廠中，自動(dòng)化程度在不同程度的提高，火力發(fā)電的輸煤系統(tǒng)就是一個(gè)典型的例子。輸煤系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)主站和一個(gè)從站，主站設(shè)在輸煤控制室，遠(yuǎn)程站設(shè)在煤倉(cāng)間。整個(gè)控制由數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、繼電器輸出、人機(jī)界面等幾個(gè)部分組成。其中輸入輸出為數(shù)字量。輸入的數(shù)據(jù)量有:所有除鐵器、除塵器的運(yùn)行信號(hào)、所有犁煤器、三通擋板的位置信號(hào)、給煤機(jī)、碎煤機(jī)的運(yùn)行信號(hào)。所有皮帶的運(yùn)行、跑偏、打滑、堵煤、防蔽塞等保護(hù)信號(hào)。輸出數(shù)據(jù)主要有:皮帶啟動(dòng)信號(hào)、給煤機(jī)、震動(dòng)給煤機(jī)、犁煤機(jī)、碎煤機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)。模擬量有隨時(shí)煤流量和給煤的頻率，通過(guò)調(diào)整給煤的頻率可以解決流煤的問(wèn)題。

輸煤系統(tǒng)是由PLC與上位機(jī)組成的系統(tǒng)，如圖1所示［4］，采用EtherNet網(wǎng)將其連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣就可以采用控制室監(jiān)控方式。啟動(dòng)后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，工藝參數(shù)進(jìn)入給PLC，PLC再與監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)經(jīng)行數(shù)據(jù)交換，計(jì)算機(jī)上即可顯示各設(shè)備的狀態(tài)。操作人員根據(jù)這些參數(shù)的狀態(tài)，判斷各設(shè)備是否正常工作，并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的控制。PLC接收到指令，按預(yù)預(yù)先編好的程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，再將結(jié)果傳給輸出模塊，通過(guò)給各個(gè)輸出點(diǎn)信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。

2.2 PLC在污水處理中的應(yīng)用

污水處理是將水中的重金屬、COD等對(duì)人體有害的物質(zhì)除去。重金屬的氫氧化物大多難容解，所以向中和后的污水中加入石灰，使其生成難容的金屬氧化物而沉淀。工藝流程分為預(yù)處理、中和、壓濾、沉淀、澄清等［5］。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)主要進(jìn)行PLC對(duì)提升泵、加藥泵、計(jì)量泵、外排泵等組件的啟動(dòng)和停車及各設(shè)備的關(guān)聯(lián)控制，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)流量、液位、pH值、燃料等參數(shù)的采集，以調(diào)節(jié)各變頻器的設(shè)定、提升泵、加藥泵、外排泵等閥門的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，優(yōu)化控制效果。

PLC控制系統(tǒng)分為3級(jí)。第一級(jí)為就地控制箱現(xiàn)場(chǎng)控制，就地控制裝置分別設(shè)置在各設(shè)備附近。在控制箱上設(shè)置自動(dòng)控制和手動(dòng)控制切換開(kāi)關(guān)?！笆謩?dòng)”模式下，手動(dòng)操作優(yōu)先級(jí)最高，以備控制系統(tǒng)的故障或其他緊急情況的使用。第二級(jí)采用冗余PLC控制系統(tǒng)，完成“自動(dòng)”模式下現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)和整個(gè)邏輯順序控制。第三級(jí)采用一臺(tái)觸摸屏，組成上位機(jī)系統(tǒng)，顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況。工業(yè)污水處理站PLC 3級(jí)控制框圖如圖2所示。

圖2 PLC 3級(jí)控制框圖

pH值的控制是污水處理系統(tǒng)中的重要指標(biāo)。在污水站內(nèi)主要的工藝流程的相關(guān)槽內(nèi)，安裝上pH值傳感器，將4～20 mA模擬信號(hào)送入PLC，由PLC控制相關(guān)藥槽加藥泵、加藥氣動(dòng)閥的化學(xué)藥品的投加量，從而保證pH值維持在給定值。此外，在控制室的控制柜面板上用指示燈、數(shù)顯表顯示相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)和pH值，體現(xiàn)了系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)，同時(shí)可對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。pH值的控制原理如圖3所示。

圖3 pH值的控制原理

2.3 PLC在廢水處理中的應(yīng)用

廢水包括補(bǔ)給給水系統(tǒng)的再生廢水、化學(xué)實(shí)驗(yàn)排水、鍋內(nèi)取樣廢水、鍋內(nèi)清洗廢水等。工業(yè)廢水站廢水不對(duì)外排放，一般分為兩類，第一類廢水只需要酸堿中和處理即可，例如再生廢水和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排水;第二類工業(yè)廢水主要流程如圖4所示［6］，例如鍋內(nèi)取樣廢水、鍋內(nèi)清洗廢水等。

圖4 工業(yè)廢水處理流程

PLC軟件系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行通信，在上位機(jī)上就可以實(shí)施對(duì)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的控制。PLC又分主從兩站，主站主要負(fù)責(zé)對(duì)從站的監(jiān)管，從站負(fù)責(zé)酸堿廢水處理和脫硫處理，這里將詳細(xì)分析這兩部分。

脫硫處理，上位機(jī)界面設(shè)置啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)可以有序啟動(dòng)。為保證系統(tǒng)的安全可靠，每種泵都有兩個(gè)，以便備用，每個(gè)設(shè)備都設(shè)有報(bào)警器。系統(tǒng)啟動(dòng)后，各種機(jī)器自動(dòng)有序啟動(dòng)。電磁流量計(jì)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，加藥計(jì)量泵、加堿計(jì)量泵自動(dòng)啟動(dòng)。反應(yīng)裝置液位升高時(shí)，反應(yīng)裝置廢水提升泵自動(dòng)啟動(dòng)。清水池液位升高時(shí)，清水泵啟動(dòng)。

酸堿廢水處理，酸堿廢水處理就是在污水中加入酸或堿進(jìn)行中和。當(dāng)酸性廢水提升泵啟動(dòng)時(shí)，pH計(jì)檢測(cè)到信號(hào)，并傳輸個(gè)PLC控制柜，PLC經(jīng)過(guò)計(jì)算啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)。整個(gè)過(guò)程的部分梯形控制程序如圖 5所示［7］。

圖5 控制程序

3 PLC在工業(yè)領(lǐng)域的前景

3.1 PLC將廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制

PLC系統(tǒng)的價(jià)格正在逐漸下降，PLC將會(huì)成為這一領(lǐng)域的日用品。許多工業(yè)用戶直接采取平拋棄故障的模塊，直接換上新模塊的處理方法。

3.2 駕御現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制

隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，可以利用新的通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的閉環(huán)控制，因?yàn)楝F(xiàn)在越來(lái)越多的控制計(jì)算機(jī)已經(jīng)嵌入了I/O系統(tǒng)。例如，F(xiàn)esto公司已經(jīng)將PLC技術(shù)嵌入到其氣調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品中。該公司新近推出的SB6產(chǎn)品在這一領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。

3.3 替代嵌入式控制器

目前，低端PLC市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)仍然在繼續(xù)，這也進(jìn)一步促進(jìn)了PLC的發(fā)展。隨著微型和超微型PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。例如，微型PLC已經(jīng)開(kāi)始替嵌入式控制器的工作內(nèi)容。對(duì)于一些特殊性能的PLC，要求它們的體積大小，這就充分顯示了嵌入式控制器的優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了PLC的功能、在工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，并總結(jié)了其發(fā)展的前景。PLC將以低廉的價(jià)格、可靠的性能、良好的現(xiàn)場(chǎng)駕御能力等優(yōu)勢(shì)，擁有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］王起.論P(yáng)LC、單片機(jī)、工控機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用及選用方法［J］.廣西輕工業(yè)，2011，1(1):60 －61.

［2］宋國(guó)華.艾默生推出EC20系列新一代可編程控制器［J］.可編程控制器與工廠自動(dòng)化(PLC FA)，2005(6):29－30.

［3］齊從謙，王士蘭.PLC技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［4］郭常敏，溫宗英.PLC在發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.石河子科技，2011，10(5):38 －39.

［5］孫小娟，劉權(quán).基于PLC的電廠廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2012(1):292－293.

［6］裴有海，莊文俏.PLC在小型污水處理站自控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2012(1):295－296.

［7］莊麗娟，吳麗云.基于 PLC控制的廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2005(1):24，118.

Summary of the Application of PLC in the Industrial Field

MA Weizhong
(Technical Department，Shanghai Boshigao Environmental Protection Equipment Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 200438，China)

The PLC is warmly

because of its mature hardware technology，cost-effectiveness，stable and reliable performance，simple development，and low maintenance cost.This paper describes the functions of PLC and Emerson EC20 series features.It also analyzes some typical applications of PLC in industry.Finally it summarizes the prospects of its development.

programmable controller;function;application;prospects

TP332.3

A

1007－7820(2012)08－154－03

2012-03-13

馬衛(wèi)忠(1972—)，男，工程師。研究方向:電子儀器設(shè)備應(yīng)用。