PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

虞小明

摘 要：現(xiàn)代復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)都是建立在控制的高可靠、高精度和高靈活的基礎(chǔ)之上的，PLC可編程控制器為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了保障，本文將就PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，從PLC的工作原理入手，對PLC在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)中進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；工業(yè)生產(chǎn)；應(yīng)用

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)的自動(dòng)化也得到了長足的發(fā)展，而這一切都必須依靠精確的工業(yè)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)都是建立在控制的高可靠、高精度和高靈活的基礎(chǔ)之上的，PLC可編程控制器為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了保障，它憑借可靠性好、編程便捷、性價(jià)比高的特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，本文將就PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的闡述。

1 PLC的工作原理和特點(diǎn)

1.1 PLC的工作原理

PLC 是 Programmable Logic Controller 的縮寫，中文名為可編程邏輯控制器。它是由電源、中央處理器、只讀存儲(chǔ)器、接口模塊、功能模塊、通信模塊六大主要部分組成。PLC的工作原理是操作人員預(yù)先將用C 語言等高級語言編寫的程序存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中，在PLC電源接通的情況下，中央處理器調(diào)取只讀存儲(chǔ)器中的程序，使功能板塊完成程序設(shè)定的功能，并通過接口電路將PLC程序的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為控制電機(jī)等模擬信號電流，從而對電機(jī)或其他元器件等進(jìn)行精確的控制。

1.2 PLC 的特點(diǎn)

PLC芯片的特點(diǎn)主要是經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安裝方便和便于操作。PLC芯片可以實(shí)現(xiàn)的功能較多，若要對某種機(jī)電設(shè)備進(jìn)行功能改造，就可以在該機(jī)電設(shè)備的控制電路中加裝PLC芯片，雖然其沒有計(jì)算機(jī)的功能強(qiáng)大，但是在沒有繁重的計(jì)算量的情況下，這種改造方式是最經(jīng)濟(jì)和最實(shí)用的；同時(shí)PLC芯片因?yàn)槠潴w積小，而且都是標(biāo)準(zhǔn)的IC 封裝，在對現(xiàn)有設(shè)備控制電路改造中只要在電路板上加裝相應(yīng)的PLC芯片卡槽，使用時(shí)將PLC芯片直接插入卡槽內(nèi)即可，如果芯片損壞或者對PLC芯片升級時(shí)直接將芯片拔出；隨著對PLC芯片開發(fā)的深入，各種PLC的程序設(shè)計(jì)語言和軟件日益增多，對于操作人員編程非常方便，這些軟件在實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行，這樣不僅方便了編程，同時(shí)也可以提高程序編寫的效率。

2 PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的領(lǐng)域

在工業(yè)控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用領(lǐng)域主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，特別是在開關(guān)量控制、運(yùn)動(dòng)控制、集中控制、遠(yuǎn)程控制等高精度控制方面。

下面就以PLC在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)線中的應(yīng)用為例，說明PLC控制系統(tǒng)的作用。啤酒發(fā)酵生產(chǎn)線的工藝流程大致為：麥芽等谷物的粉碎→麥芽的糊化→過濾→煮沸→回旋沉淀→冷卻→發(fā)酵→成熟→過濾與灌裝。其中在發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，在發(fā)酵過程中產(chǎn)生新物質(zhì)并伴隨著大量的熱量釋放。啤酒發(fā)酵的方法有上發(fā)酵和下發(fā)酵兩種，兩種發(fā)酵方法基本一致，區(qū)別在于對于發(fā)酵溫度的控制，上發(fā)酵溫度為15℃～25℃，下發(fā)酵溫度為5℃～10℃，發(fā)酵溫度的高低及其變化決定了啤酒的口味和質(zhì)量，因此，必須高精度的控制發(fā)酵過程中的溫度，是啤酒生產(chǎn)中自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心部分。

2.1 開關(guān)量控制

在啤酒發(fā)酵過程中的溫度控制是一種開關(guān)量控制，這也是PLC控制系統(tǒng)中最常見的方式，在控制系統(tǒng)中，首先由發(fā)酵罐中溫度傳感器采集控制對象的溫度變量，采集的模擬信號通過PLC芯片中的接口電路（即I/O輸入輸出接口）轉(zhuǎn)化為PLC芯片可以識(shí)別的數(shù)字信號，這些信號數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定程序中的數(shù)值進(jìn)行比對，在PLC芯片中中央處理器進(jìn)行比較計(jì)算，并進(jìn)一步觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的決策程序，然后將這一決策動(dòng)作通過數(shù)字信號傳送到I/O輸入輸出接口，轉(zhuǎn)化為模擬信號實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。在此過程中也可以通過PLC芯片的通信模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其工作原理圖如圖1所示。

2.2 運(yùn)動(dòng)控制

在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)中溫度的控制的主要方式就是冷卻介質(zhì)與發(fā)酵罐壁之間的熱傳遞，在此過程中主要依靠電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來完成，而電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開關(guān)和閥門開啟的大小，都必須與控制溫度變化的PLC控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的觸發(fā)初始參數(shù)相一致。PLC控制系統(tǒng)是中各I/O接口都直接與各溫度、液位、壓力和流量傳感器相連接，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)器內(nèi)的初始參數(shù)相比較，并做出相應(yīng)的動(dòng)作。其具體的I/O分配表見表1。

2.3 遠(yuǎn)程控制

在啤酒發(fā)酵過程中PLC控制系統(tǒng)，通過其總線與中央控制室的電腦相連接，并通過PLC中的EM241智能通信模塊，進(jìn)行遠(yuǎn)程通信功能。這樣在中央控制室內(nèi)的主控設(shè)備借助局域網(wǎng)或以太網(wǎng)就可以對發(fā)酵罐的PLC控制系統(tǒng)相連，并通過控制室內(nèi)的顯示屏，將PLC中的通信模塊獲得的溫度傳感器傳來的實(shí)時(shí)溫度顯示在控制屏上，同時(shí)顯示由PLC系統(tǒng)傳來的I/O接口中各電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)中央控制室內(nèi)的主機(jī)通過OPC（OLE FOR Process Contrrol）基于嵌入式過程的控制軟件，對PLC控制系統(tǒng)的內(nèi)存儲(chǔ)器和各 I/O接口進(jìn)行控制，主機(jī)將設(shè)計(jì)好的溫度控制程序，存儲(chǔ)到PLC中的存儲(chǔ)器內(nèi)，置入溫度控制的初始參數(shù)和相應(yīng)動(dòng)作，或者直接通過主機(jī)對PLC輸入控制命令。

結(jié)語

在我國提出的中國制造2025發(fā)展規(guī)劃中，要實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國，在這一過程中PLC 技術(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用將更加廣泛，同時(shí)要在應(yīng)用中大力提倡創(chuàng)新發(fā)展，并進(jìn)一步解決好PLC應(yīng)用中的問題，大大拓展PLC應(yīng)用的領(lǐng)域，提高工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平。

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