PLC在工業(yè)應(yīng)用中的研究

楊浩

摘 要：PLC作為專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，自問世以來，一直受到工程師的青睞。本文針對(duì)PLC在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)展過程、應(yīng)用顯示、前景發(fā)展，進(jìn)行分析總結(jié)。PLC在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展，對(duì)高職院校PLC教學(xué)起到的引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：PLC;工業(yè)應(yīng)用;技術(shù)發(fā)展

前言

PLC是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的英文縮寫。PLC是一種具有微處理器的用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲(chǔ)存與執(zhí)行。PLC的出現(xiàn)為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展應(yīng)用提供了巨大的幫助。PLC技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中，通過不斷發(fā)展，已經(jīng)分化出許多應(yīng)用體系。這些應(yīng)用體系既是對(duì)PLC技術(shù)功能的不斷開發(fā)，也對(duì)PLC技術(shù)提出了更多的功能要求。PLC技術(shù)是高職院校中的重要課程，高職院校師生對(duì)PLC技術(shù)的發(fā)展需要有一個(gè)了解，對(duì)PLC技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的需求要有一定的認(rèn)知。本文對(duì)PLC技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要綜述，希望能有助于高職院校師生和工程技術(shù)對(duì)PLC技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。

1.PLC的發(fā)展歷史

美國汽車工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的發(fā)展促進(jìn)了PLC的產(chǎn)生，20世紀(jì)60年代，美國通用汽車公司在對(duì)工廠生產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。

1969年，美國數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺(tái)可編程控制器（PDP-14），在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后，效果顯著;1971年，日本研制出第一臺(tái)可編程控制器（DCS-8）;1973年，德國研制出第一臺(tái)可編程控制器;1974年，我國開始研制可編程控制器：1977年，我國在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。

現(xiàn)在工業(yè)上使用的可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺(tái)緊湊型電腦的主機(jī)，其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)使其被廣泛應(yīng)用于目前的各類工業(yè)控制領(lǐng)域。不管是在計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS，或者現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS中，總是有各類PLC控制器的大量使用。PLC的生產(chǎn)廠商很多，如西門子、施耐德、三菱、臺(tái)達(dá)等，幾乎涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廠商都會(huì)有其PLC產(chǎn)品提供。

2.PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

PLC因其自身的特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，PLC的主要特點(diǎn)是①應(yīng)用靈活，擴(kuò)展性好;②操作方便③標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng);④完善的監(jiān)視和診斷功能;⑤可適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境;⑥控制功能強(qiáng)。

PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。

1）開關(guān)量邏輯控制。

取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

2）工業(yè)過程控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。

3）運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

4）數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

5）通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3.PLC未來發(fā)展與前景

伴隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，PLC技術(shù)的發(fā)展也非常迅速。廣大的工程技術(shù)人員在工程應(yīng)用中對(duì)PLC的應(yīng)用也呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)，同時(shí)各PLC廠家對(duì)PLC的技術(shù)提升方面也在不斷進(jìn)步，不斷推出新的更先進(jìn)的PLC產(chǎn)品。PLC和單片機(jī)作為控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的控制器，而PLC作為專為工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的控制產(chǎn)品，在現(xiàn)在和未來的工業(yè)領(lǐng)域中起到首要的作用，可以說，PLC技術(shù)在未來工業(yè)領(lǐng)域中具有美好的前景，PLC技術(shù)的發(fā)展有著廣闊的空間。結(jié)合PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)PLC技術(shù)未來的發(fā)展進(jìn)行以下總結(jié);

（一）PLC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展

其中有兩個(gè)趨勢(shì)：一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分;另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能化設(shè)備，比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過一根傳輸介質(zhì)（比如雙絞線、同軸電纜、光纜）鏈接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)展更方便，造價(jià)更低，性能價(jià)格比更好，也更具開放意義。

（二）PLC向高性能小型化發(fā)展

PLC的功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的機(jī)種，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說，PLC系統(tǒng)與DCS（集散控制系統(tǒng)）的差別越來越小了，用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過程控制系統(tǒng)。

（三）PLC操作向簡(jiǎn)易化發(fā)展

目前PLC推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步，而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語言，難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，用普通的方法對(duì)它們編程時(shí)，需要熟悉有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器的意義，在編程時(shí)對(duì)它們賦值，運(yùn)行時(shí)通過訪問它們來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān)，編程的過程既繁瑣又容易出錯(cuò)，阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜任務(wù)的編程，大大方便了用戶的使用。

（四）開放性發(fā)展

用戶對(duì)PLC的性價(jià)比會(huì)越來越高，在同等價(jià)位下，希望PLC能夠集成更多功能，如多軸插補(bǔ)功能等，甚至把原來不帶有運(yùn)動(dòng)控制模塊的PLC轉(zhuǎn)化成帶有運(yùn)動(dòng)模塊，這些都是PLC廠商面對(duì)這場(chǎng)危機(jī)時(shí)所需要考慮的，在人人捂緊錢包的時(shí)候，只有高性價(jià)比的產(chǎn)品才能在這場(chǎng)危機(jī)中勝出，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制器/卡，開放性將是其發(fā)展趨勢(shì)，不再借助相關(guān)平臺(tái)即能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制功能。

4.總結(jié)

PLC技術(shù)從產(chǎn)生開始，一直是為工程一線服務(wù)的。PLC因其高效方便、功能強(qiáng)大，給工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域帶來了巨大的推動(dòng)作用。PLC技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的要求也越來越高，與此同時(shí)，對(duì)PLC的要求也越來越高。高職院校機(jī)電自動(dòng)化類專業(yè)教學(xué)中，PLC作為重要的學(xué)習(xí)對(duì)象，高職學(xué)校作為高技能型人才的培養(yǎng)基地，在PLC的教學(xué)中，更應(yīng)該融合PLC技術(shù)發(fā)展前沿與工程技術(shù)需求，在教學(xué)中不斷更新教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式，使學(xué)生在校期間就能學(xué)到與時(shí)俱進(jìn)的PLC技術(shù)知識(shí)。PLC技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的作用隨著自動(dòng)化程度的需求不斷增進(jìn)，PLC在技術(shù)革新的過程中不斷向著更加智能化的方向發(fā)展。與此同時(shí)，對(duì)于PLC應(yīng)用者來說，深入學(xué)習(xí)、挖掘PLC的功能具有重要的作用。

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（作者單位：洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471000）