PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用分析

劉耀武（廣東國信工程監(jiān)理有限公司，廣東 茂名 525000）

1 PLC控制技術(shù)

PLC又稱作可編程控制器，是計算機技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。

2 PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用分析

PLC 控制系統(tǒng)主要由cpu、存儲器、I/0 模塊、程序編輯器組成。通過開關(guān)邏輯電路控制來實現(xiàn)編輯程序?qū)敵鲈O(shè)備比較直觀的運行操作。PLC在工業(yè)自動化控制中主要對溫度、壓力、精度等工藝指標進行指令控制，通過PLC控制系統(tǒng)代替人工進行運算，大大提高了生產(chǎn)效率和準確度。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC系統(tǒng)在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理能力方面也越來越強大，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量與實際測量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化，同時還具備數(shù)據(jù)的存儲、運算和分析能力。目前PLC在開關(guān)量控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信功能方面都得到了一定的應(yīng)用。

2.1 對開關(guān)量邏輯控制應(yīng)用分析

對開關(guān)量的邏輯控制是PLC控制運用最基本、最廣泛的應(yīng)用，包括對順序和數(shù)字量的控制。它通過編程實現(xiàn)強大的邏輯運算功能，能對工業(yè)生產(chǎn)中的各種工程運行狀態(tài)進行邏輯運算，比如通過AND、OR 等控制指令，對繼電器串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)結(jié)合等各種連接方式的開關(guān)進行控制。在工業(yè)自動化中用PLC控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)一對一也可實現(xiàn)一對多的控制，實際應(yīng)用中PLC能夠?qū)崿F(xiàn)超過十個節(jié)點的同步控制，以此為基礎(chǔ)設(shè)計工業(yè)開關(guān)，能夠直觀的反饋開關(guān)量的控制作用，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)變化需求，PLC 控制程序直接在接入模塊、輸入/輸出模塊中的檢測信號以及輸出信號中建立中間變量，將硬件輸入、輸出測點轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)塊中的“位”，實現(xiàn)輸入、輸出測點與數(shù)據(jù)塊中“位”一一對應(yīng)的關(guān)系，增加了PLC 系統(tǒng)的可讀性和維修的簡便性。通過開關(guān)量邏輯控制功能，可以實現(xiàn)對電氣工程系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的控制.

開關(guān)量控制既可用于單臺設(shè)備控制如注塑機、印刷機，也可用于多機群控制如組合機床，還可用于自動化流水線中如包裝流水線、分揀流水線等。

2.2 PLC過程控制的應(yīng)用分析

工業(yè)生產(chǎn)過程控制是指通過對溫度、壓力、速度、時間、順序的控制完整的輸出工業(yè)生產(chǎn)目標的過程，整個控制過程既復(fù)雜又需要高度的準確性。PLC 控制技術(shù)能夠控制工業(yè)自動化當(dāng)中的離散與連續(xù)過程，運用到工業(yè)自動化生產(chǎn)中就是通過內(nèi)部邏輯運算分析功能按照設(shè)定好的溫度、壓力、速度、時間和順序模擬量進行控制運算以完成整個閉環(huán)控制，其調(diào)節(jié)方式采用PID 調(diào)節(jié)，以達到精確控制的要求。典型的過程控制實例PLC對溫度的控制，設(shè)置時規(guī)定模擬量輸入范圍，本為實例假設(shè)模擬量范圍為0V～10V,對應(yīng)溫度為0～100 度，要求被控系統(tǒng)的溫度范圍為80～90 度，那么對應(yīng)的模擬量為8～9V,根據(jù)實際需要設(shè)定一個電壓調(diào)整基準值8.5V，PLC 設(shè)置邏輯為測量溫度>90度，假設(shè)為100 度，那么10V 減掉8.5V 值1.5V 作為控制信號來控制外部設(shè)備進行降溫動作，反之當(dāng)溫度低于80 度假設(shè)為70度，那么與基準值之間的差值為1.5V，把1.5V 與基準值之和10V作為控制信號來控制外部設(shè)備進行升溫動作，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)到正常范圍內(nèi)時，輸出調(diào)節(jié)電壓基準值8.5V 作為輸出信號，是系統(tǒng)保持恒溫狀態(tài)。PLC控制會按照該設(shè)定好的邏輯進行循環(huán)掃描達到溫度過程控制目標。過程控制在冶金、鍋爐、化工、熱處理等領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍。

2.3 PLC運動控制應(yīng)用分析

運動控制主要指對控制對象的位置、速度所做的控制，有時是單坐標，控制對象做直線運動，有時是多坐標，控制對象做平面、立體、角度變化等運動，甚至還可控制多個對象，這些對象間的運動可能還要有一定的協(xié)調(diào)。

工業(yè)生產(chǎn)尤其是制造業(yè)、倉儲物流業(yè)等涉及大量物料、產(chǎn)品半成品的搬運、產(chǎn)品包裝、分揀等操作，這就涉及到運動控制，以機械手分揀產(chǎn)品為例，被分揀出的產(chǎn)品需要通過機械手進行位置的轉(zhuǎn)移，如從流水線上轉(zhuǎn)移到指定的位置，只要有位置的變化就會產(chǎn)生運動，該運動對機械手的控制，可以通過編寫對應(yīng)的PLC 程序來完成，只需要將機械手相關(guān)的位置、速度、控制邏輯以程序的方式輸入到PLC 中，機械手就可以自動完成規(guī)定的動作，如果需要對機械手的動作進行改進，對PLC 程序進行重新編譯即可，對于機械手的抓取控制還會運用到開關(guān)量的控制功能。運動控制功能適用于各種機械、機床、機器人、電梯等會產(chǎn)生物理運動的使用場所。

2.4 數(shù)據(jù)資源的控制

工業(yè)生產(chǎn)一般較為復(fù)雜，會涉及產(chǎn)生大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，并需要按照不同的數(shù)據(jù)分類進行存儲，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，企業(yè)生產(chǎn)還需要對各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，以為新的生產(chǎn)優(yōu)化提供依據(jù)，對企業(yè)發(fā)展有非常重要的作用，PLC控制技術(shù)除了在控制方面強大作用，其在數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)分析方面的也存在凸顯優(yōu)勢。它可以在同樣的時間和操作環(huán)境下快速的完成數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)搜索，還可以對數(shù)據(jù)資源進行進一步的分析處理，將輸出結(jié)果和數(shù)據(jù)存儲器中的樣本設(shè)定標準值進行校核，如有差異，還可根據(jù)實際情況進行調(diào)整，更加精準高效地完成既定生產(chǎn)任務(wù)。PLC 控制技術(shù)在數(shù)據(jù)資源處理方面的應(yīng)用也十分廣泛，除了經(jīng)常會應(yīng)用到的柔性機器制造企業(yè)之外，冶金和食品等大型生產(chǎn)企業(yè)，也有一定程度上的應(yīng)用。

2.5 系統(tǒng)集中控制

工業(yè)生產(chǎn)一般成本投入較大，生產(chǎn)過程一旦出現(xiàn)問題可能會帶來巨大的經(jīng)濟損失，采用自動化的生產(chǎn)工業(yè)雖然提高了效率和準確率但是并不是萬無一失的，這就要求自動化系統(tǒng)要有一套監(jiān)控方案，而PLC控制技術(shù)可以通過預(yù)先設(shè)定邏輯錯誤檢測程序、時間控制檢測程序、位置限制檢測程序等在系統(tǒng)自身中實現(xiàn)自我檢查功能以達到整個自動化系統(tǒng)的集中控制功能。

3 PLC 控制功能在工業(yè)自動化控制中的綜合應(yīng)用分析

工業(yè)自動化PLC 控制功能的實際應(yīng)用既可以是單一功能的應(yīng)用，如對開關(guān)的通、斷狀態(tài)的控制，也可是多種功能的復(fù)合應(yīng)用，而且大部分的工業(yè)自動化控制都是一個的復(fù)雜的控制系統(tǒng)，涉及多種PLC控制功能的運用，既離不開對開關(guān)量的狀態(tài)、順序邏輯控制和（或）過程控制，也離不數(shù)據(jù)資源和系統(tǒng)集中控制功能。

拿汽車車身激光焊接生產(chǎn)線PLC自動控制系統(tǒng)來說，主要是以可編程控制器組成的總線為主，實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)自動化控制。包括PLC程序設(shè)計、電氣設(shè)計、水汽控制、系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、PLC外圍設(shè)備設(shè)計、操作員、管理員使用上位機監(jiān)控程序等。該流水線是一個流程性強的順序操作過程，主要流程為切割機床切割車身各個零部件、運送到激光焊接單元、夾具夾取零部件進行焊接，然后運送到下一個工位，下一個工位夾具夾取上一工位的焊接半成品和其他部分零部件進行該部位的焊接，直至最后車身總成焊接結(jié)束。該過程離不開程序連鎖控制功能，控制系統(tǒng)啟動時按流水線方向先從該流程最初設(shè)備開始依次啟動，直到最后一個輸送床及相關(guān)設(shè)備啟動后才開始整個生產(chǎn)線的工作。整個控制過程涉及到大量輸出設(shè)備（如夾具、激光器、機器人、輸送床）的開關(guān)量以及開關(guān)量的順序邏輯控制；以及對焊接設(shè)備的輸出功率的控制、氣路氣量、水路水量的控制還會涉及到過程控制功能的應(yīng)用。

PLC 控制系統(tǒng)能提供直觀的操作界面，操作員可方便地輸入控制命令，執(zhí)行生產(chǎn)線各處的啟動停止操作及外部設(shè)備的通訊手動和自動的切換功能，自動監(jiān)測生產(chǎn)狀態(tài)及每個輸送的狀態(tài)和運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠程通訊、聯(lián)網(wǎng)及上位機監(jiān)控，可為全生產(chǎn)線實現(xiàn)計算機控制和管理創(chuàng)造條件，對空間上分布較廣的系統(tǒng)，還可以增加遠程控制站和異域控制系統(tǒng)進行信息和數(shù)據(jù)交換處理。體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和集中控制功能。

4 PLC 在工業(yè)自動化應(yīng)用中存在的問題以及解決方案

4.1 PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化應(yīng)用中存在的問題：

首先，由于工業(yè)生產(chǎn)一般環(huán)境比較復(fù)雜，機械電器設(shè)備較多，PLC控制硬件設(shè)備對環(huán)境的要求比較高，比如溫度、濕度、空氣清潔度等都有一定的要求，因此在選擇PLC控制設(shè)備時在性能方面要求較高。其次,PLC 控制系統(tǒng)對抗干擾能力要求比較高，在實施安裝的過程中要考慮各方面的因素采取不同的措施盡量降低電磁干擾，以保證PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定高效的工作。

4.2 解決方案

4.2.1 控制溫度

PLC控制設(shè)備的安全有效運行溫度在0～55攝氏度范圍內(nèi)，溫度過高容易造成設(shè)備老化，運行速率變低，使用壽命縮短等問題。因此工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境要嚴格控制環(huán)境溫度，但由于有些行業(yè)的特殊性或者工業(yè)機械設(shè)備的高速運轉(zhuǎn)導(dǎo)致的局部環(huán)境溫度升高可能無法保證PLC控制設(shè)備的安全運行溫度環(huán)境，生產(chǎn)企業(yè)需采取局部安裝散熱器、空調(diào)制冷、物理降溫等方式達到溫度控制的目的。

4.2.2 控制濕度

PLC控制設(shè)備的有效運行濕度環(huán)境一般要求在85%以下，高于85%的濕度將造成設(shè)備器件的損壞、失靈，如工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境濕度較大，應(yīng)采取使用干燥劑、設(shè)置設(shè)備間等方式確保運行環(huán)境濕度的有效控制。

4.2.3 確保運行環(huán)境潔凈

PLC 控制組件尤其是CPU 對環(huán)境潔凈度要求較高，粉塵、纖維、腐蝕性液滴等微粒一旦進入或者污染這些組件，將加速設(shè)備的老化，影響其運行穩(wěn)定性，這類生產(chǎn)企業(yè)可以采取使用除塵器、空氣循環(huán)凈化器、保持通風(fēng)、設(shè)置設(shè)備間等方式達到PLC運行環(huán)境的要求。

4.2.4 有效降低PLC運行其他干擾因素

除溫度、濕度、空氣質(zhì)量對PLC運行存在影響外，如果有劇烈的振動或者存在電磁干擾，也會影響PLC設(shè)備性能的正常發(fā)揮。所以，在安裝PLC設(shè)備時，必須采取有效的防震減震措施，如采用減震墊，并且遠離有劇烈振動或者容易產(chǎn)生電磁干擾情況發(fā)生的設(shè)備。

5 結(jié)語

隨著市場需求變化多樣性發(fā)展，對工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)能力和應(yīng)變市場變化的能力要求也越來越高，PLC控制技術(shù)雖然在實用性、高效性、穩(wěn)定性、成本方面還有較大的提升空間，但隨著科技的發(fā)展，PLC控制技術(shù)對工業(yè)自動化的貢獻將會越來越大，其靈活的編程特點能為企業(yè)應(yīng)提供強有力的生產(chǎn)優(yōu)勢，未來將有越來越多的工業(yè)企業(yè)加入到工業(yè)自動化生產(chǎn)的大軍中來，本文望能為PLC 控制技術(shù)的發(fā)展更好的得到應(yīng)用提供一點參考價值。