PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展

于航

摘 要：社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動了工業(yè)自動化進(jìn)程，使得工業(yè)自動化進(jìn)入快速發(fā)展時期，并將PLC逐漸滲透到工業(yè)自動化生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，輔助數(shù)字計(jì)算以及模擬量控制。PLC能夠豐富機(jī)械裝置自動化操作方式，還能對其運(yùn)行期間產(chǎn)生的異常因素進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的測定。因此，對工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的發(fā)展情況進(jìn)行深度分析后，并盡可能地將PLC應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，是一件非常重要的事情?；诖?，詳細(xì)分析了PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)同行業(yè)者提供有效的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);工業(yè)自動化控制;具體應(yīng)用;發(fā)展

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0064-03

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的穩(wěn)定發(fā)展，各個行業(yè)都呈現(xiàn)了良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，IT的發(fā)展為工業(yè)自動化提供了良好的基礎(chǔ)條件?；诖?，PLC的運(yùn)用滿足了以往工業(yè)領(lǐng)域中部分客觀要求，對全面提升工業(yè)自動化控制效果具有非常重要的意義。為此，文章詳細(xì)概述了PLC，深入分析了PLC應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域中出現(xiàn)的問題，描述了PLC應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的具體方式，全面闡述了PLC應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域中需要注意的事項(xiàng)，展望了PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢，以供參閱。

1 PLC

1.1 概念

PLC技術(shù)也就是常說的可編程控制器，實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)的過程中，是將通信服務(wù)和自動控制有效融合起來，確保運(yùn)行穩(wěn)定。從工業(yè)生產(chǎn)來看，該項(xiàng)技術(shù)的的優(yōu)點(diǎn)包括程序設(shè)計(jì)方便、體積較小、能夠有效外擴(kuò)組件模塊（如圖1所示）。在電力領(lǐng)域、輕工業(yè)生產(chǎn)之中，PLC逐步發(fā)揮出越來越重要的作用。

1.2 類型

1.2.1 FCS系統(tǒng)

FCS模塊也就是現(xiàn)場總線型控制模塊。主要是用來操控電氣設(shè)備體系中的各個開關(guān)，實(shí)際生產(chǎn)中具有以下優(yōu)勢：采用高效傳輸?shù)臄?shù)字通信服務(wù)，具有完善的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而形成較為多樣的功能結(jié)構(gòu)，不但可以滿足電氣裝置的穩(wěn)定工作，還能夠進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸效率，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。此外，借助綜合化的FCS模塊，還可以為電氣裝置搭建出配套的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，推動機(jī)械裝置朝著智能化、自動化的前行趨勢。

1.2.2 DCS系統(tǒng)

對比來看，DCS模塊的使用較為嚴(yán)苛。其主要用于測定并降低電氣裝置運(yùn)行階段出現(xiàn)的風(fēng)險情況，利用交互端口使得控制體系和測定服務(wù)有效融合?；诳刂葡到y(tǒng)提供的風(fēng)險把控服務(wù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析功能，對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行整合，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。DCS模塊在實(shí)際生產(chǎn)中主要發(fā)揮的是分散效用，能夠?qū)㈦姎庋b置運(yùn)行階段中出現(xiàn)的風(fēng)險情況有效把控并合理分散，降低風(fēng)險的負(fù)面影響，防止出現(xiàn)較大的經(jīng)濟(jì)虧損。DCS模塊內(nèi)部組成復(fù)雜，主要包括三大核心系統(tǒng)：控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和通信系統(tǒng)?；谌笙到y(tǒng)可以有效完成電氣線路的測定服務(wù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.3 特色及優(yōu)勢

PLC控制技術(shù)在實(shí)際使用過程中有自身的優(yōu)勢和特點(diǎn)，它能夠?qū)ΜF(xiàn)場的總線加以控制，來達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的效果和目的[1]。PLC技術(shù)在運(yùn)用時能夠?qū)⑼ㄐ艆f(xié)議統(tǒng)一化處理，保障用戶和廠家的雙方權(quán)益。有關(guān)技術(shù)人員對PLC工程技術(shù)進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)PLC技術(shù)在通信程序設(shè)置過程中力求精簡，它能將通信結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加以整合來達(dá)到優(yōu)化內(nèi)部控制程序的目的，有效地控制計(jì)算機(jī)編程工作量。PLC控制技術(shù)具有強(qiáng)大的性價比，PLC設(shè)備和各種裝置在系統(tǒng)中運(yùn)行時也體現(xiàn)出了極強(qiáng)的適應(yīng)性和普適性。PLC控制技術(shù)能夠優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行的程序，經(jīng)過多年的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)證明了PLC技術(shù)能夠使電氣自動化系統(tǒng)的各個部件呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的發(fā)展，并且它能夠?qū)ιa(chǎn)過程進(jìn)行全程管控，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，找到解決對策，提高自動化系統(tǒng)的使用效率。當(dāng)前我國電氣自動化領(lǐng)域利用PLC技術(shù)進(jìn)行操作時，可以采用梯形圖的方式進(jìn)行系統(tǒng)編程，能夠有效地降低工作人員的技術(shù)難度，減輕工作壓力。

2 工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中PLC的影響因素

PLC的穩(wěn)定運(yùn)行是工業(yè)自動化控制的保障，PLC為工業(yè)的自動化控制帶來了諸多便利，但是也存在一些因素會在PLC工作中產(chǎn)生一定的影響[2]。

2.1 溫度

PLC工作環(huán)境的溫度不能低于0 ℃，也不能高于55 ℃，否則會對工作的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在PLC安裝的過程中一定要充分考慮到PLC的散熱，并且放在不被陽光直射的地方，當(dāng)工作環(huán)境溫度過高時，一定要選擇安裝制冷裝置或者在安裝在通風(fēng)良好的地方。

2.2 濕度

濕度對于PLC運(yùn)營的穩(wěn)定性影響較大，因?yàn)镻LC元器件的絕緣性和PLC工作環(huán)境的濕度有很大關(guān)系，所以一定要保證環(huán)境的濕度低于85%，這樣就能讓PLC更加穩(wěn)定地工作。

2.3 振動

PLC系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)行過程中，會受到諸多因素的影響，其中振動影響最為明顯。如果生產(chǎn)環(huán)境中出現(xiàn)了連續(xù)振動且頻次超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，就會嚴(yán)重影響運(yùn)行質(zhì)量。因此工業(yè)自動化發(fā)展過程中，勢必會不斷融合各項(xiàng)先進(jìn)裝置和技術(shù)服務(wù)，優(yōu)化存在的振動問題。逐步在PLC系統(tǒng)中擴(kuò)增功能組塊，就可以顯著降低振動影響。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工況下，PLC技術(shù)將會發(fā)揮出應(yīng)有作用，提升工業(yè)生產(chǎn)效率，確保各個環(huán)節(jié)均按照預(yù)期完成。

2.4 電源設(shè)置

PLC系統(tǒng)在運(yùn)行過程中選用220 V交流供電，并對干擾運(yùn)行的各項(xiàng)因素進(jìn)行合理把控。實(shí)際應(yīng)用PLC技術(shù)時，雖然其內(nèi)部已經(jīng)具備良好的抗干擾能力，但電源影響較為明顯，仍需要優(yōu)化抗干擾措施，并選擇適合系統(tǒng)運(yùn)行的電源供能。防止電源持續(xù)對PLC系統(tǒng)施加影響，同時保證供電穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率。整個PLC系統(tǒng)運(yùn)行階段，均要持續(xù)關(guān)注技術(shù)的發(fā)展情況，確保技術(shù)能夠達(dá)到預(yù)期效果[3]。

3 在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中PLC的具體應(yīng)用

3.1 優(yōu)化數(shù)據(jù)信息處理工作

PLC技術(shù)主要作用于邏輯分析和數(shù)量計(jì)算等，由此便可以在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動化的數(shù)模轉(zhuǎn)換，同時向被控設(shè)備發(fā)送對應(yīng)的控制命令。基于相關(guān)的運(yùn)行條件，此技術(shù)可以有效融入到信息管理之中，更好的完成針對化管理和分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。后續(xù)再完成各項(xiàng)信息整合和數(shù)據(jù)對比時，PLC系統(tǒng)便能夠快速地確定數(shù)據(jù)差異，針對存在的不足之處進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。此外，系統(tǒng)還可以外擴(kuò)其他的智能設(shè)備，達(dá)成整體性的工業(yè)自動化管理，采用大規(guī)模自動運(yùn)行系統(tǒng)和無人值守系統(tǒng)時，需要增設(shè)有效的遠(yuǎn)程管理模塊。一旦大規(guī)模系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到運(yùn)行工況，就需要持續(xù)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析[4]。

3.2 模擬量類型控制

對各種控制對象特點(diǎn)進(jìn)行分析可以知道，PLC技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中能夠達(dá)到組裝功能模塊的要求，并創(chuàng)建完善的控制系統(tǒng)，達(dá)到工業(yè)自動化控制的目的。一般來說，PLC系統(tǒng)內(nèi)包括主機(jī)類型、模擬量控制類型、模塊以及位置控制類型和通信類型等。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合PLC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)模擬量控制，可以實(shí)現(xiàn)對整體流程的控制。應(yīng)當(dāng)注意：在PLC模擬量控制措施應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過有效的監(jiān)控儀表設(shè)備來增強(qiáng)系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性。同時在熱處理的過程中進(jìn)行降溫和升溫處理，達(dá)到對溫度進(jìn)行控制的目的，實(shí)現(xiàn)控制熱處理的要求，解決傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)中存在的問題，保證模擬量類型控制的具體效果。

3.3 開關(guān)量類型控制

PLC在系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中體現(xiàn)出接線簡單的特點(diǎn)，同時具有豐富的軟觸點(diǎn)以及更快的運(yùn)行速度，也能夠?qū)ζ溥M(jìn)行及時的維修，因此PLC系統(tǒng)具有極高的可靠性以及穩(wěn)定性。PLC系統(tǒng)應(yīng)用在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中能夠保障系統(tǒng)的質(zhì)量，幫助節(jié)省人力和時間資源，更好地解決整個系統(tǒng)中不易修改以及線路復(fù)雜的問題。同時，PLC系統(tǒng)在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)量的控制，將其替代傳統(tǒng)的繼電器控制，確保整個系統(tǒng)在運(yùn)作過程當(dāng)中的可靠性和穩(wěn)定性。針對PLC的開關(guān)量控制要求，需要結(jié)合具體的順序控制器要求來開展。在中間繼電器設(shè)備的控制系統(tǒng)中對動作進(jìn)行合理設(shè)定和模擬仿真，來對PLC系統(tǒng)的狀況進(jìn)行明確，確保整個設(shè)計(jì)過程中的規(guī)范性，保障PLC系統(tǒng)在具體運(yùn)行過程中的效果[5]。

3.4 系統(tǒng)集中控制

PLC系統(tǒng)可以在工業(yè)自動化進(jìn)程中逐步實(shí)現(xiàn)整體控制的目標(biāo)，達(dá)成對系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控和全面管理。例如，在工業(yè)自動化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，因?yàn)槟承┙M件存在異常，就需要對系統(tǒng)整體展開全面測試和維護(hù)。根據(jù)具體研究結(jié)果不難看出，測定異常的方法本質(zhì)上就是依照邏輯問題進(jìn)行針對處理。諸如數(shù)控機(jī)床實(shí)際運(yùn)行時，會存在長時間的連續(xù)工作，就要求對整體運(yùn)行過程有效監(jiān)管，滿足預(yù)期的控制效果。若系統(tǒng)中時鐘模塊設(shè)定為定時模式，就要在檢測過程中結(jié)合具體的運(yùn)行工況，增加異常預(yù)警和自動切斷等功能。這個過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)定時模塊的運(yùn)行周期會顯著低于輸出時間。因?yàn)殡娍伢w系的輸入輸出間存在本質(zhì)的邏輯關(guān)聯(lián)，所以可以為后期的運(yùn)行異常提供相應(yīng)的參考意見。

3.5 位置類型和電動機(jī)變頻調(diào)速控制

PLC控制技術(shù)能夠在工業(yè)自動化控制進(jìn)程中，調(diào)節(jié)電動機(jī)的變頻速度，起到良好的系統(tǒng)控制作用，同時PLC技術(shù)具有高強(qiáng)度的滲透性和普遍適用性，它能夠用于工業(yè)生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)。精確地控制機(jī)床刀具的主軸分度，對串刀補(bǔ)償進(jìn)行有效的控制和處理，大大提高系統(tǒng)的位置類型控制精準(zhǔn)性。站在另外一個角度來說，PLC技術(shù)能夠?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行合理的調(diào)控，在具體使用時發(fā)出設(shè)備到脈沖信號，對步進(jìn)電機(jī)的位置進(jìn)行確定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制目標(biāo)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)電氣自動化在工業(yè)系統(tǒng)中的不足之處，對整體的工作機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。

除此之外，電動機(jī)變頻調(diào)速的有關(guān)控制也是PLC技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，一般來說PLC技術(shù)能夠?qū)ψ冾l器資源進(jìn)行整合發(fā)出指令，運(yùn)用在工業(yè)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中，PLC結(jié)技術(shù)可以對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度進(jìn)行調(diào)控，在這一過程中，可以將電機(jī)平滑電路運(yùn)用到PLC變頻器和PWM變頻器內(nèi)部，設(shè)置PWM的指令數(shù)值，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。PWM的指令應(yīng)當(dāng)包括脈沖周期的輸出量，要判斷電壓波紋受到的影響。由此可見，技術(shù)人員要對PLC控制技術(shù)在電動機(jī)變頻調(diào)速中的運(yùn)用加以重視，一方面達(dá)到一定的控制效果，另外一方面實(shí)現(xiàn)預(yù)期的系統(tǒng)工作目標(biāo)[6]。

4 在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中PLC應(yīng)用事項(xiàng)

PLC技術(shù)在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用要注意以下幾個方面的問題：

首先是PLC技術(shù)的電源問題。電源是PLC控制器能夠正常運(yùn)行的前提和條件，如果將PLC技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，必須要提供穩(wěn)定可靠的電源支持。由此可見，PLC控制器在設(shè)計(jì)過程中一定要提高抗干擾的效果和功能，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況，對PLC控制器進(jìn)行個性化的設(shè)計(jì)，如果工業(yè)工程或工業(yè)項(xiàng)目對PLC技術(shù)要求較高，則必須要在PLC上的裝置中安裝屏蔽層，確保PLC控制器在運(yùn)行過程中免受外界環(huán)境的因素干擾，提高工作完成的效率;

其次，要注意PLC在使用過程中容易受到溫度和濕度的影響。一般來說，PLC設(shè)備和裝置的溫度應(yīng)當(dāng)小于55 ℃，大于0 ℃，同時PLC設(shè)備使用時要避免陽光照射，否則容易造成溫度升高，一旦超過PLC裝置的自身溫度，工作人員必須要利用散熱設(shè)備幫助PLC系統(tǒng)進(jìn)行保溫，維持PLC設(shè)備在運(yùn)行時的相對恒溫;除此之外，PLC技術(shù)在工業(yè)自動化中的運(yùn)用還要注意振動的問題，利用PLC技術(shù)時，如果發(fā)生長時間的振動，可能會影響到PLC裝置的系統(tǒng)功能，這一點(diǎn)是由于PLC控制器存在較為復(fù)雜的核心電路，同時這些集成電路又較為復(fù)雜，如果長時間震動頻率保持在10 Hz以上，就有可能出現(xiàn)系統(tǒng)紊亂[7]。

5 在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中PLC的發(fā)展趨勢

目前我國工業(yè)自動化控制領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)普遍應(yīng)用了PLC技術(shù)，但是在實(shí)際中仍然存在一些軟硬件體系的問題。由于不同公司之間的結(jié)構(gòu)存在差異性，專用的總線以及通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面通常會不兼容，這就會導(dǎo)致PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用存在一定的限制。

首先，PLC技術(shù)的應(yīng)用能夠讓相關(guān)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能以及產(chǎn)品協(xié)調(diào)發(fā)展，使工業(yè)自動化的發(fā)展腳步更加平穩(wěn)，改善原本的工業(yè)發(fā)展中存在的一些問題，保證工業(yè)生產(chǎn)的效率。

其次，基于高速度以及大容量前提來正確地使用PLC系統(tǒng)，保障具體應(yīng)用的效果，結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)作現(xiàn)狀來對控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，從而能夠達(dá)到預(yù)期的目的。未來在工業(yè)自動化控制的發(fā)展過程中，PLC技術(shù)應(yīng)用需要總結(jié)更加豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，完善工業(yè)自動化控制體系，從而能夠有序地開展各項(xiàng)工作[8]。

6 結(jié)語

總體而言，科技的迅速發(fā)展使得自動化技術(shù)也得以全面發(fā)展，并逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。其中PLC憑借著高效、可靠以及多功能的優(yōu)勢能夠更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。除此之外，PLC的持續(xù)發(fā)展增加了產(chǎn)品的類型，使技術(shù)越來越多元化，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。這不但加快了工業(yè)的發(fā)展速度，還推動了科技的發(fā)展進(jìn)程。可以說，未來工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備就在于PLC。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹嘉佳.基于PLC控制的電鍍生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（15）：227+242.

[2] 溫晉勇.淺談PLC控制系統(tǒng)的可靠性措施[J].科技資訊，2020， 18（2）：77-78.

[3] 謝智華.淺談生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)（PLC）通訊抗干擾措施[J].化工管理，2020（1）：189-190.

[4] 邱志順.PLC抗干擾技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（1）：88-89.

[5] 遲云.分析PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展[J].通信電源技術(shù)，2018，35（11）：167-168+196.

[6] 張子豪.淺談PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（1）：224+230.

[7] 許瑞.PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的作用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（1）：50+46.

[8] 盧彩伶.PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的作用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（19）：107.