研討PLC技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

摘要：PLC技術(shù)是工業(yè)控制領(lǐng)域?yàn)樘娲^電器控制而出現(xiàn)的產(chǎn)物，能夠方便地控制開(kāi)關(guān)操作和生產(chǎn)時(shí)序等。PLC技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大地提升了自動(dòng)化控制技術(shù)，改善工廠的生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);工業(yè)控制;自動(dòng)化控制

PLC是專為工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域設(shè)計(jì)的可編程控制器。工業(yè)控制經(jīng)歷手動(dòng)控制、繼電器/接觸器控制、數(shù)字控制三個(gè)階段，其中繼電器控制的發(fā)展極大的解放了生產(chǎn)，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，但是在大型工業(yè)生產(chǎn)中，繼電器控制系統(tǒng)體積大，耗電多，接線復(fù)雜，在控制實(shí)現(xiàn)上，繼電器控制系統(tǒng)速度較低，調(diào)試?yán)щy，當(dāng)生產(chǎn)流程或生產(chǎn)線變更時(shí)，系統(tǒng)難以改造，適應(yīng)性較差。為解決以上難題，PLC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其功能從最初的邏輯控制發(fā)展出時(shí)序控制、模擬控制、聯(lián)網(wǎng)通信等諸多功能。經(jīng)過(guò)編程的PLC控制器可以完成過(guò)去需要上千的繼電器和計(jì)時(shí)器才能完成的工作。

一、PLC技術(shù)的概述

PLC控制技術(shù)屬于數(shù)字控制的范疇，PLC本身可視為一種微型工控機(jī)，包含：電源模塊、中央處理單元、存儲(chǔ)器、I/O接口、功能模塊、通信模塊。PLC工作過(guò)程分為三個(gè)階段，即數(shù)據(jù)采集（輸入）、邏輯運(yùn)算（程序運(yùn)行）和指令輸出（輸出）三個(gè)階段，以上三個(gè)階段視為一個(gè)掃描周期。PLC常用的編程語(yǔ)言是梯形圖，CPU按一定的時(shí)鐘速率循環(huán)掃描，系統(tǒng)運(yùn)行的速率取決于CPU的時(shí)鐘頻率和用戶程序的長(zhǎng)度。

其主要特點(diǎn)有：1、使用簡(jiǎn)單，易于編程，可移植性強(qiáng)。2、可靠性高，使用故障率極低。3、抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)不同的工作環(huán)境。4、功能豐富，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。5、體積小，安裝簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。

相比單片機(jī)控制，兩者都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，替代復(fù)雜的繼電器控制。但是，PLC的可靠性遠(yuǎn)勝于單板機(jī)，對(duì)于工業(yè)環(huán)境的粉塵、震動(dòng)和電磁干擾的適應(yīng)性很強(qiáng)。另外，單片機(jī)使用匯編語(yǔ)言編程，PLC使用梯形圖編程語(yǔ)言，在匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，可學(xué)性更強(qiáng)，編程界面與直觀的繼電器電路相似，更適合開(kāi)發(fā)維護(hù)人員使用。PLC具備系統(tǒng)自檢功能，內(nèi)部硬件問(wèn)題可通過(guò)強(qiáng)大的顯示界面進(jìn)行顯示，便于設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)。

二、PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制的應(yīng)用

PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

1開(kāi)關(guān)量控制

取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，適用于單臺(tái)設(shè)備控制、多機(jī)群控、自動(dòng)化流水線等。

2模擬量控制

通過(guò)A/D模塊和D/A模塊，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)變化量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等進(jìn)行控制。

3運(yùn)動(dòng)控制

通過(guò)專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。

4過(guò)程控制

通過(guò)編制控制程序或使用PID控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量等生產(chǎn)的閉環(huán)控制，在冶金、化工、熱處理等生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)用廣泛。

5通信聯(lián)網(wǎng)

PLC集成了各種通信接口，如485接口、232接口、RJ45接口，可實(shí)現(xiàn)PLC間通信、PLC與其它智能控制設(shè)備（如工控機(jī)、變頻器、控制屏）間的通信。

三、PLC技術(shù)在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用舉例

現(xiàn)有一片區(qū)雨水提升泵站，主要承擔(dān)片區(qū)雨季收集雨水的提升排放任務(wù)，對(duì)防止城市內(nèi)澇具有重要意義。泵站內(nèi)主要用電設(shè)備有6臺(tái)雨水泵、4臺(tái)閘門、2套格柵和照明監(jiān)控設(shè)備等。工藝流程如下：進(jìn)水閘井→格柵井→集水池→水泵間→壓力出水池→出水閘井→河道。工藝設(shè)備運(yùn)行采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，需監(jiān)測(cè)和控制的工藝參數(shù)有格柵井水位、水泵開(kāi)閉、格柵啟停、閘門開(kāi)閉、水泵電力參數(shù)、小動(dòng)力設(shè)備電力參數(shù)、故障信號(hào)等。泵站運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的離散輸入輸出數(shù)據(jù)，且控制可靠性要求很高，根據(jù)以上特點(diǎn)，泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)。

PLC控制站為泵站的控制核心環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)泵站內(nèi)的全部工藝設(shè)備的運(yùn)行控制、聯(lián)動(dòng)控制、故障報(bào)警和控制信息顯示，并提供監(jiān)控人員與控制系統(tǒng)的接口及控制系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)、控制中心的通信、管理接口。

PLC控制系統(tǒng)的控制命令通過(guò)設(shè)備控制柜對(duì)水泵、格柵、進(jìn)水閘門進(jìn)行控制，同時(shí)采集水泵、格柵機(jī)、進(jìn)水閘門的故障、運(yùn)行狀態(tài)及手/自動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。泵站上級(jí)管理中心可通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程控制泵站內(nèi)PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汛期內(nèi)遠(yuǎn)程控制和統(tǒng)一調(diào)度。

四、PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

需要注意的是，雖然PLC的梯形圖程序中使用了繼電器、計(jì)時(shí)器等物理名稱，但PLC內(nèi)部并不存在實(shí)物的繼電器，而是對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元中寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元，即“軟繼電器”。存儲(chǔ)單元位于高電位時(shí)，對(duì)應(yīng)的軟繼電器處于接通狀態(tài)，相當(dāng)于繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)關(guān)斷。存儲(chǔ)單元位于低電位時(shí)，對(duì)應(yīng)的軟繼電器處于斷開(kāi)狀態(tài)，相當(dāng)于繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)關(guān)斷，常閉觸點(diǎn)接通。PLC以軟繼電器模擬實(shí)物繼電器運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)程序執(zhí)行邏輯運(yùn)算，并通過(guò)輸出單元連接外部電氣元件，按程序運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的變革，PLC的發(fā)展出現(xiàn)兩個(gè)趨勢(shì)，即智能化和小型化。智能化面向大型復(fù)雜流程的工業(yè)生產(chǎn)，體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)化、智能化、大型化。小型化面向低成本簡(jiǎn)單流程的工業(yè)生產(chǎn)，體現(xiàn)為小體積、高速度、高可靠性。近年來(lái)大型PLC為保證可靠性，采用雙CPU或三CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，即使單個(gè)CPU發(fā)生故障，也不影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。隨著應(yīng)用的深入，針對(duì)PLC開(kāi)發(fā)了一系列的專用模塊，如矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、PID計(jì)算、伺服電機(jī)軸控制等，在大型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

五、結(jié)語(yǔ)

PLC控制技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制上，具備高可靠性、良好的抗干擾性，有著很強(qiáng)的適用性。PLC從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

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（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心）

作者簡(jiǎn)介：楚丹丹（1988.4-），女，吉林龍井人，大連理工大學(xué)控制理論 與控制工程碩士，審查員。