基于PLC的工業自動化控制技術探討

張捷

摘 要：本文探討了基于PLC的工業自動化控制技術，首先介紹了基于PLC的工業自動化控制工作原理，接著闡述了PLC技術在工業自動化控制領域中的應用，并提出了當前PLC技術在工業自動化控制應用過程中存在的問題，為基于PLC的工業自動化控制技術發展提供了參考和借鑒。

關鍵詞： PLC；自動化控制技術；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，用于其內部存儲程序，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，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。最初的PLC技術主要應用在替代繼電器的控制系統，雖然此時的PLC應用范圍不是很廣泛，但是由于其優越的性能，漸漸吸引了各個領域專家的關注。時至今日，PLC 控制技術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，應用領域也不斷擴大，已成為工業自動化控制領域不可或缺的關鍵技術之一 。

1 基于PLC的工業自動化控制工作原理

基于PLC的工業自動化控制技術并不是單一的技術，在其應用過程中，需要經過多方面的相互配合，才能完成既定任務。在實際應用中，PLC需要經過以下三個環節：輸入采樣環節；程序的執行環節；執行后的輸出環節。

PLC技術的這三個階段構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 輸入采樣環節

輸入采樣階段是 PLC 控制技術應用的第一個重要環節。PLC采用掃描方式按照順序讀入所有輸入狀態及相應的輸入數據，與此同時將這些讀入的狀態和數據存儲到 PLC 中的映像區的控制單元。當 PLC 完成輸入采樣階段之后，直接進入到用戶程序的執行階段，在此階段會進行數據的刷新，確保輸入數據的準確性。映像區中的狀態和數據并不會發生改變，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行控制之后才能保證不變，也就是對輸入信號進行控制。

1.2 用戶程序運行環節

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

1.3 輸出刷新環節

輸出刷新環節是在前兩個環節完成之后才進行的。在輸出刷新環節下，PLC會對存儲的數據和狀態進行刷新。

2 基于PLC的工業自動化控制應用

如今，PLC作為信息技術與微電子技術的有機結合體，其可控制的編程屬性，使得PLC能夠滿足各領域的任務需求，從而使得PLC技術在整個世界范圍內被廣泛使用，尤其是工業自動化控制領域對PLC技術的需求越發明顯，主要表現在以下幾點：

2.1 過程控制

在基于PLC的工業自動化控制應用中，過程控制的主要任務是對模擬量的操作。PLC技術在工業自動化控制中對模擬量實施實時監控，通過檢測模擬量的電流、電壓和溫度等因素，對當前狀況進行有效的分析。

依據 PLC 技術自身具有的特點，相關生產用戶設定開關量，依據用戶設定值，使 PLC 能夠按照操作流程進行操作，在過程控制的過程中，開環與閉環發揮重要作用，通常情況下，過程控制主要應用于石油、化工和冶金領域，并且實施的效果較明顯。

2.2 信息控制

在基于PLC的工業自動化控制應用中，信息控制的主要任務是實現自身數據處理功能，在信息控制的過程中，為達到信息控制的基本目的，對于生產用戶的相關信息，會進行采集、存儲、處理以及傳輸等等。此外，還能有效對數據進行分析，伴隨信息時代的逐漸深入，在控制工作的過程中，對 PLC 技術提出了新的要求和標準，信息控制也是PLC技術實現信息化的主要表現形式之一。

2.3 順序控制

在基于PLC的工業自動化控制應用中，順序控制的主要任務是PLC 技術的狀態信息，在執行的過程中，可以通過輸入簡單的指令，就能全面的進行順序控制。順序控制能夠更好的體現 PLC 具有的基本功能，在順序控制發展的過程中，PLC技術已經逐漸占據優勢地位，在工業化發展的過程中，具有無可替代的作用。

2.4 遠程控制

在基于PLC的工業自動化控制應用中，遠程控制的主要任務是實現PLC 技術與智能終端之間的聯系、PLC 與 PLC 控制網之間的聯系、PLC技術與計算機技術之間的聯系等。

2.5 運動控制

在基于PLC的工業自動化控制應用中，運動控制的主要任務是實現在機械運動過程中，針對這類特殊的控制對象，當其進行直線、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，實現 PLC 技術的機械運動控制。在基于PLC的工業自動化控制應用中，運動控制是PLC技術的難點，需要PLC技術在控制過程中保持較高的精度才能得到理想的結果。

3 基于PLC的工業自動化控制存在的問題

基于PLC的工業自動化控制技術雖然已經發展很成熟了，但是由于PLC本身的局限性，如軟硬件體系封閉，專用總線、專用通信網絡協議、各公司的結構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。雖然1992 年頒布了《可編程序控制器的編程軟件標準》，為 PLC 編程統一標準提供了基礎，但是新一代 PLC 尚未推出，正在規劃中[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，盡量遠離發熱量大的其他設備。如果周圍溫度大于 55°，則要安裝通風裝置或制冷裝置，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 元件的穩定性，要注意濕度控制。元器件的絕緣性與環境水汽含量有關，應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，其工作環境要盡可能遠離頻率在 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 應用中，主要發展趨勢有：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 的應用范圍將更加廣泛，技術將更加成熟。

4 結語

本文探討了基于PLC的工業自動化控制技術，首先從輸入采樣環節、程序的執行環節、執行后的輸出環節三個方面介紹了基于PLC的工業自動化控制工作原理，接著闡述了PLC技術在工業自動化控制領域中，尤其是其過程控制、信息控制、順序控制、遠程控制、運動控制的應用，并提出了當前PLC技術在工業自動化控制應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的工業自動化控制技術發展提供了參考和借鑒。

參考文獻：

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

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

[3] 李樹彬.淺談PLC控制技術在工業自動化中的應用[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].武漢大學學報： 工學版.2002（03）：79-81.

[5] 張帆.基于PLC控制系統設計探討[J].中國新技術新產品.2012（06）：129.

[6] 周峰，王新華，李劍峰，等.軟PLC技術的發展現狀及應用前景[J].計算機工程與應用.2004（24）：57-60.