PLC可編程序控制器的應用及發展趨勢探析

李青云 濟南國際機場 250022

PLC可編程序控制器的應用及發展趨勢探析

李青云 濟南國際機場 250022

PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制裝置。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現控制。

PLC應用；趨勢；探究

前言

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC，其定義是：專門為在工業環境應用而設計的一種數字運算操作的電子系統。它采用一類可編程的存儲器，用于存儲用戶程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬量輸入，輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的工業自動控制裝置。隨著科學技術的進步和可編程序控制器的不斷發展，功能不斷增強，其定義也會發生變化。可編程控制器（以下簡稱PLC）從其產生到現在，實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業控制領域的主流控制設備，在各行各業發揮著越來越大的作用。

一、PLC可編程序控制器的組成

可編程控制器實質上是一種工業控制專用計算機，其系統的實際組成與微機基本相同，一般由以下五個部分組成：

1．中央處理器。進行邏輯和數學運算，控制整個系統，使之協調地工作；

2．存儲器。用于存放系統的監控程序、用戶程序、邏輯變量和一些其他信息；

3．接口電路。它是PLC與現場設備以及外圍設備的聯系通道，如輸入／輸出接口、鍵盤／顯示接口、通信接口和擴展接口等等；

4．輸入，輸出電路。輸入電路用來對輸入信號進行隔離和電平轉換；輸出電路用來對PLC的輸出結果進行放大和電平轉換，驅動現場設備；

5．電源。包括系統電源、備用電源和掉電保護電源等。

二、PLC可編程序控制器的工作原理

PLC首先用戶根據控制要求編制好程序并輸入到PLC的用戶程序存儲器中，PLC工作的時候，CPU對用戶程序做周期性的循環掃描的方式來完成，在沒有跳轉指令的情況下，CPU即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述3個階段，一個周期所用時間為：T=(讀入時間*輸入點數)+(運算速度*程序步數)+(輸出時間*輸出點數)+自診斷時間 ，在每次的掃描過程中，還要完成對輸入信號的采集和對輸出狀態的刷新等工作，成為可編程序控制器的實際輸出。

三、PLC可編程序控制器在工業自動化領域中的利用

目前，PLC技術已在國內外被廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，目前主要是用于以下幾類：

1.開關量邏輯控制

取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

2.工業過程控制

在工業生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/ D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的一種調節方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

3.運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

4.數據處理

PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

5.通信及聯網

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發展，現在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

6、 用于遠程控制

遠程控制是指對系統的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。PLC有多種通信接口，有很強的聯網、通信能力，并不斷有新的聯網模塊與結構推出。所以PLC遠程控制是很方便的。PLC與PLC可組成控制網。可通信、交換數據、相互操作。參與通信的PLC可多達幾十、幾百個。網與網還可互連。這樣，參與通信的PLC就更多，甚至不受限制。

PLC與智能傳感器、智能執行裝置（如變頻器），也可連成設備網。也可通信、交換數據、相互操作。可連接成遠程控制系統，系統范圍面可大到幾十、幾百米或更遠。這種遠程控制，既提高了控制能力，又簡化了硬件接線及維護。PLC于可編程終端也可聯網、通信。

PLC的數據可在它上面顯示，也可通過它向PLC寫數據，使它成為人們操作PLC的界面。PLC可與計算機通信，加進信息網。利用計算機強大的信息處理及信息顯示功能，可實現計算機對控制系統的監控與數據采集SCADA（Supervisory Control and Data Acaquisition）。同時，還可以用計算機進行PLC編程、監控及管理。

PLC還有以太網模塊，可用其使PLC加入互聯網。也可設置自己的網址和網頁。有這樣PLC控制的工廠，有人稱之為透明工廠。在地球上任何可上網的計算機，只要權限允許，就可直接對其進行訪問。遠程控制威力是無比的，可提升PLC的控制能力和控制領域。在戰爭中遠程控制對提高控制效益也是很明顯的。總之，遠程控制也已是PLC應用的重要方面。

四、 PLC可編程序控制器的特點

1.可靠性高，抗干擾能力強

由于工業生產的環境條件遠比通用計算機所處的環境差,因此要求PLC具有很強的抗干擾能力,并且應能在比較惡劣的運行環境中(如高溫、過電壓、強電磁干擾和高濕度等)長期可靠地運行。

2.配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發展到今天，已經形成了各種規模的系列化產品，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。

3.易學易用，深受工程技術人員歡迎

PLC是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業控制打開了方便之門。

4.系統的設計，工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產場合。

五、PLC可編程序控制器的發展趨勢

21世紀，PLC會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。

目前的各個公司都在滿足用戶需求開發多功能集成的PLC，針對不同行業的不同要求，應該從軟硬件方面著手。

硬件上針對一體型PLC，應該集成多種特殊應用功能，同時增加擴展單元的特殊功能。而模塊型PLC，應該增加具備特殊功能的模塊。

軟件上應該具備程序打包功能，能夠針對相應的控制系統，使用相應的指令，使原本復雜的程序集成為一條指令和一些參數設置就可以實現，這樣，使用者可以按照自己的設計思路，控制系統獨特性，進行單獨的指令開發，同時也增強了程序的保密性。

結束語

PLC的未來發展不僅取決于產品本身的發展，還取決于PLC與其它控制系統和管理設備的集成情況。PLC通過網絡，被集成到計算機集成制造（CIM）系統中，把他們的功能和資源與數控技術、機器人技術、CAD/CAM技術、個人計算機系統、管理信息系統以及分層軟件系統結合起來，在工業化的未來發展中，將占據重要的地位。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.055

李青云（1969、10），男，山東濟南人，濟南國際機場，工學碩士，高級工程師，主要從事電力、電氣系統的研究。