基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)探討

張捷

摘 要：本文探討了基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)，首先介紹了基于PLC的工業(yè)自動化控制工作原理，接著闡述了PLC技術(shù)在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，并提出了當(dāng)前PLC技術(shù)在工業(yè)自動化控制應(yīng)用過程中存在的問題，為基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)發(fā)展提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞： PLC；自動化控制技術(shù)；自動控制原理

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。最初的PLC技術(shù)主要應(yīng)用在替代繼電器的控制系統(tǒng)，雖然此時的PLC應(yīng)用范圍不是很廣泛，但是由于其優(yōu)越的性能，漸漸吸引了各個領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注。時至今日，PLC 控制技術(shù)本身的性能得到了極大的提升，各方面的功能也都在漸漸完善，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，已成為工業(yè)自動化控制領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一 。

1 基于PLC的工業(yè)自動化控制工作原理

基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)并不是單一的技術(shù)，在其應(yīng)用過程中，需要經(jīng)過多方面的相互配合，才能完成既定任務(wù)。在實際應(yīng)用中，PLC需要經(jīng)過以下三個環(huán)節(jié)：輸入采樣環(huán)節(jié)；程序的執(zhí)行環(huán)節(jié)；執(zhí)行后的輸出環(huán)節(jié)。

PLC技術(shù)的這三個階段構(gòu)成了一個完整的回路，或者說是一個完整的掃描周期。下面針對PLC的三個階段具體說明：

1.1 輸入采樣環(huán)節(jié)

輸入采樣階段是 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用的第一個重要環(huán)節(jié)。PLC采用掃描方式按照順序讀入所有輸入狀態(tài)及相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)，與此同時將這些讀入的狀態(tài)和數(shù)據(jù)存儲到 PLC 中的映像區(qū)的控制單元。當(dāng) PLC 完成輸入采樣階段之后，直接進(jìn)入到用戶程序的執(zhí)行階段，在此階段會進(jìn)行數(shù)據(jù)的刷新，確保輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。映像區(qū)中的狀態(tài)和數(shù)據(jù)并不會發(fā)生改變，二者之間的運行存在一定的時間差距。這種時間差距必須要進(jìn)行控制之后才能保證不變，也就是對輸入信號進(jìn)行控制。

1.2 用戶程序運行環(huán)節(jié)

用戶程序運行環(huán)節(jié)是整個PLC技術(shù)的實施環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)下，可編程控制器會自動地對用戶程序進(jìn)行完整的掃描，掃描的目的是確保所有的輸入程序都已經(jīng)被讀入。對用戶程序進(jìn)行掃描的過程中，可編程控制器會按照固定的順序和路線進(jìn)行程序的運算。掃描的線路是由用戶程序的各個觸電構(gòu)成，正常的掃描順序也是按照先左后右的順序進(jìn)行，然后根據(jù)相應(yīng)的邏輯運算最終得出正確的運算結(jié)果。在此階得出的運算結(jié)果，需要與輸入采樣階段映像區(qū)中存儲的狀態(tài)和數(shù)據(jù)相對應(yīng)，只有二者相符后，才可以確定輸出映像區(qū)是否執(zhí)行了相應(yīng)的命令。

1.3 輸出刷新環(huán)節(jié)

輸出刷新環(huán)節(jié)是在前兩個環(huán)節(jié)完成之后才進(jìn)行的。在輸出刷新環(huán)節(jié)下，PLC會對存儲的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行刷新。

2 基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用

如今，PLC作為信息技術(shù)與微電子技術(shù)的有機結(jié)合體，其可控制的編程屬性，使得PLC能夠滿足各領(lǐng)域的任務(wù)需求，從而使得PLC技術(shù)在整個世界范圍內(nèi)被廣泛使用，尤其是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域?qū)LC技術(shù)的需求越發(fā)明顯，主要表現(xiàn)在以下幾點：

2.1 過程控制

在基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用中，過程控制的主要任務(wù)是對模擬量的操作。PLC技術(shù)在工業(yè)自動化控制中對模擬量實施實時監(jiān)控，通過檢測模擬量的電流、電壓和溫度等因素，對當(dāng)前狀況進(jìn)行有效的分析。

依據(jù) PLC 技術(shù)自身具有的特點，相關(guān)生產(chǎn)用戶設(shè)定開關(guān)量，依據(jù)用戶設(shè)定值，使 PLC 能夠按照操作流程進(jìn)行操作，在過程控制的過程中，開環(huán)與閉環(huán)發(fā)揮重要作用，通常情況下，過程控制主要應(yīng)用于石油、化工和冶金領(lǐng)域，并且實施的效果較明顯。

2.2 信息控制

在基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用中，信息控制的主要任務(wù)是實現(xiàn)自身數(shù)據(jù)處理功能，在信息控制的過程中，為達(dá)到信息控制的基本目的，對于生產(chǎn)用戶的相關(guān)信息，會進(jìn)行采集、存儲、處理以及傳輸?shù)鹊取４送猓€能有效對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，伴隨信息時代的逐漸深入，在控制工作的過程中，對 PLC 技術(shù)提出了新的要求和標(biāo)準(zhǔn)，信息控制也是PLC技術(shù)實現(xiàn)信息化的主要表現(xiàn)形式之一。

2.3 順序控制

在基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用中，順序控制的主要任務(wù)是PLC 技術(shù)的狀態(tài)信息，在執(zhí)行的過程中，可以通過輸入簡單的指令，就能全面的進(jìn)行順序控制。順序控制能夠更好的體現(xiàn) PLC 具有的基本功能，在順序控制發(fā)展的過程中，PLC技術(shù)已經(jīng)逐漸占據(jù)優(yōu)勢地位，在工業(yè)化發(fā)展的過程中，具有無可替代的作用。

2.4 遠(yuǎn)程控制

在基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用中，遠(yuǎn)程控制的主要任務(wù)是實現(xiàn)PLC 技術(shù)與智能終端之間的聯(lián)系、PLC 與 PLC 控制網(wǎng)之間的聯(lián)系、PLC技術(shù)與計算機技術(shù)之間的聯(lián)系等。

2.5 運動控制

在基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用中，運動控制的主要任務(wù)是實現(xiàn)在機械運動過程中，針對這類特殊的控制對象，當(dāng)其進(jìn)行直線、拋物線和圓周等運動，對脈沖量實施有效的控制，以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn) PLC 技術(shù)的機械運動控制。在基于PLC的工業(yè)自動化控制應(yīng)用中，運動控制是PLC技術(shù)的難點，需要PLC技術(shù)在控制過程中保持較高的精度才能得到理想的結(jié)果。

3 基于PLC的工業(yè)自動化控制存在的問題

基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)展很成熟了，但是由于PLC本身的局限性，如軟硬件體系封閉，專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、各公司的結(jié)構(gòu)不一致等原因造成各種不兼容。同時由于溫度局限、濕度局限、振動局限等問題，使得PLC仍然有很多地方需要改進(jìn)。雖然1992 年頒布了《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)》，為 PLC 編程統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)，但是新一代 PLC 尚未推出，正在規(guī)劃中[5] [6]。

3.1 溫度局限

國際上通常約定PLC的工作溫度限制在了 0°～55°，因此在 PLC的安裝過程中要考慮到散熱性的要求，防止陽光直射，盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的其他設(shè)備。如果周圍溫度大于 55°，則要安裝通風(fēng)裝置或制冷裝置，以降低PLC的工作溫度，滿足PLC正常工作的溫度需求。

3.2 濕度局限

為了保證 PLC 元件的穩(wěn)定性，要注意濕度控制。元器件的絕緣性與環(huán)境水汽含量有關(guān)，應(yīng)保證相對空氣濕度在85%以下。

3.3 振動局限

PLC 對防震有一定要求，其工作環(huán)境要盡可能遠(yuǎn)離頻率在 10～55 Hz 之間的震動，必要時要采取措施減少震動危害。

在未來的 PLC 應(yīng)用中，主要發(fā)展趨勢有：高速度、大容量、多品種，編程語言高級化、多樣化，智能模塊更加豐富。未來，PLC 的應(yīng)用范圍將更加廣泛，技術(shù)將更加成熟。

4 結(jié)語

本文探討了基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)，首先從輸入采樣環(huán)節(jié)、程序的執(zhí)行環(huán)節(jié)、執(zhí)行后的輸出環(huán)節(jié)三個方面介紹了基于PLC的工業(yè)自動化控制工作原理，接著闡述了PLC技術(shù)在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中，尤其是其過程控制、信息控制、順序控制、遠(yuǎn)程控制、運動控制的應(yīng)用，并提出了當(dāng)前PLC技術(shù)在工業(yè)自動化控制應(yīng)用過程中存在的問題和其在溫度、濕度以及振動中的局限性，為基于PLC的工業(yè)自動化控制技術(shù)發(fā)展提供了參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧高壽，潘宏俠.PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展[J].機械管理開發(fā).2006（03）：99-100.

[2] 郭素艷.淺議工業(yè)電氣自動化及其在生產(chǎn)中的實踐[J].科技風(fēng).2010（04）：243.

[3] 李樹彬.淺談PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用[J].機電信息.2011（30）：122-123.

[4] 汪小澄，方強.基于PLC的模糊控制研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報： 工學(xué)版.2002（03）：79-81.

[5] 張帆.基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2012（06）：129.

[6] 周峰，王新華，李劍峰，等.軟PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].計算機工程與應(yīng)用.2004（24）：57-60.