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

遲 云

(蘭州蘭達(dá)工貿(mào)有限公司，甘肅 蘭州 730060)

PLC作為當(dāng)今應(yīng)用十分廣泛的數(shù)字電子技術(shù)，其主要集中了自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，是一種綜合性非常強(qiáng)的自動(dòng)化控制技術(shù)之一。特別是在自動(dòng)化工業(yè)不斷發(fā)展背景下，PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，極大地降低了人工勞力的投入量，可以實(shí)現(xiàn)全過程的自動(dòng)化生產(chǎn)。隨著越來越多的軟硬件不斷被開發(fā)，軟件編程也變得更加簡(jiǎn)單，PLC編程相比其他軟件編程更加便捷。隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展，PLC從最初的簡(jiǎn)單控制功能逐漸演變成了復(fù)雜、連續(xù)控制形式。因此，加強(qiáng)PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用研究有著重要意義。

1 PLC簡(jiǎn)單概述

PLC是可編程邏輯控制器，是針對(duì)工業(yè)環(huán)境下特定的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。其主要是采用了一種可編程存儲(chǔ)器，并且在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算等各項(xiàng)指令，采用數(shù)字式、模擬式輸入輸出方法控制自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行與生產(chǎn)過程。

1.1 PLC組成

(1)電源。電源是PLC系統(tǒng)運(yùn)行的基本動(dòng)力，其作用是保障PLC系統(tǒng)內(nèi)部集成電路可以正常、安全運(yùn)行。

(2)CPU。CPU也就是中央處理器，其主要的工作內(nèi)容是進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，是整個(gè)PLC系統(tǒng)的核心大腦，控制各個(gè)子系統(tǒng)。每個(gè)PLC系統(tǒng)中必須存有一個(gè)(或多個(gè))CPU。

(3)存儲(chǔ)器。PLC系統(tǒng)中所采集或運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)最終都要存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，其中包括監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量等信息。存儲(chǔ)器可以分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。

(4)I/O模塊。I/O模塊也就是輸入/出接口電路，PLC連接工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)需要有通道介質(zhì)，而這個(gè)介質(zhì)就是I/O。在PLC運(yùn)行過程中，通常要根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)來確定模塊的數(shù)量與規(guī)格，但最大數(shù)都要采用PLC系統(tǒng)或機(jī)架槽數(shù)確定。

(5)編程設(shè)備。在整個(gè)PLC系統(tǒng)中，編程設(shè)備不參與到系統(tǒng)運(yùn)行工作中，主要是進(jìn)一步開發(fā)PLC的功能。

1.2 PLC的運(yùn)行管理

(1)輸入采樣。采樣是PLC系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，通過各個(gè)接口進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)采樣，并獲取數(shù)據(jù)狀態(tài)，讀取數(shù)據(jù)。之后將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀/O影響區(qū)域單元中，在同個(gè)掃描周期中，進(jìn)入單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)與內(nèi)容保持不變。在此過程需要注意的是，在輸入脈沖信號(hào)時(shí)，要保證輸入信號(hào)寬度大于掃描周期，這樣能夠正常的讀取信息。

(2)用戶程序執(zhí)行。在執(zhí)行階段，PLC是采用梯形的掃描形式，由上而下的掃描信息，并對(duì)每個(gè)梯形圖之中的各個(gè)觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行映射，其順序?yàn)樽蟆摇⑸稀马樞蜻M(jìn)行邏輯運(yùn)算。最后在傳輸?shù)较到y(tǒng)的RAM中，所輸出邏輯線圈直接對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)狀態(tài)或I/O映像區(qū)狀態(tài)，結(jié)合運(yùn)算結(jié)果不斷刷新，后續(xù)排隊(duì)的數(shù)據(jù)或線圈刷新需要在此周期完成后再次刷新。

(3)輸出刷新。待到一個(gè)刷新周期完成之后，會(huì)將I/O映像區(qū)內(nèi)的各個(gè)模塊狀態(tài)、數(shù)據(jù)對(duì)鎖存電路進(jìn)行刷新，所刷新的數(shù)據(jù)會(huì)變成指令驅(qū)動(dòng)電路并輸入到自動(dòng)化設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。這樣即可形成一個(gè)PLC的控制周期。

2 PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 開關(guān)量控制

PLC之所以被廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)镻LC具備安裝簡(jiǎn)單、觸電多、效率高、維修方便等優(yōu)勢(shì)，可以極大地提高工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的質(zhì)量，同時(shí)也可以極大地節(jié)省人力、時(shí)間等，同時(shí)也可以避免線路過于復(fù)雜或系統(tǒng)不易修改等問題。傳統(tǒng)自動(dòng)化都是通過機(jī)電控制實(shí)現(xiàn)的，而PLC可以完全取替機(jī)電控制形式，其中最為明顯的就是優(yōu)化了和機(jī)電系統(tǒng)的開關(guān)質(zhì)量，同時(shí)PLC使用中間繼電器可以控制系統(tǒng)動(dòng)作，在PLC設(shè)計(jì)中采用了順序控制器公式，為了確保最終設(shè)計(jì)的規(guī)范性，要對(duì)順序控制器當(dāng)中的梯形圖進(jìn)行仿真檢查。

2.2 模擬量控制

結(jié)合PLC模擬量控制的特性，控制系統(tǒng)主要是采用了組合功能模塊組裝而成，這樣可以提高控制模塊的靈活性。其中最為主要的模塊包括高速計(jì)算、I/O、位置控制、主機(jī)等模塊。想要實(shí)現(xiàn)過程控制、儀表監(jiān)控，必須要采用PLC的模擬控制模塊。同時(shí)PLC模擬控制量還可以讓控制系統(tǒng)精度更高。在實(shí)際使用中可以控制系統(tǒng)的溫度，包括上升溫度、溫度保持、下降溫度過程。工業(yè)生產(chǎn)熱處理是十分重要的環(huán)節(jié)，而采用PLC系統(tǒng)可以讓熱系統(tǒng)處理變得更加簡(jiǎn)便，這也是過去儀器儀表無(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)。

2.3 位置控制

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中位置控制十分重要。位置控制可以通過PLC系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，例如工業(yè)生產(chǎn)中定點(diǎn)搬運(yùn)控制、主軸精度控制等。在實(shí)際使用中，在控制電機(jī)時(shí)PLC會(huì)發(fā)出脈沖，由于是系統(tǒng)編程控制，因此脈沖位置固定也就確定了生產(chǎn)精度，也可以輕松實(shí)現(xiàn)位置控制。

2.4 系統(tǒng)集中控制

除了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制模式，系統(tǒng)自身也要受到PLC控制，如可以監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的故障問題，并在顯示器上顯示等。PLC對(duì)系統(tǒng)集中控制主要是以邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)和時(shí)限故障檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的，也就是在系統(tǒng)中設(shè)定閾值，如果運(yùn)行數(shù)據(jù)超出閾值，則判定為錯(cuò)誤檢測(cè)，從而自動(dòng)化進(jìn)行調(diào)整。在機(jī)床生產(chǎn)加工當(dāng)中，每個(gè)生產(chǎn)流程都是按照編程內(nèi)容循環(huán)工作，在檢測(cè)工步環(huán)節(jié)中設(shè)置啟動(dòng)定時(shí)器，可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤、故障報(bào)警以及自動(dòng)生產(chǎn)等功能。通常實(shí)際動(dòng)作時(shí)間相比定時(shí)器要更短一些。電控系統(tǒng)當(dāng)中的信號(hào)傳遞都有一定的邏輯關(guān)系，這是因?yàn)檫@種邏輯關(guān)系在產(chǎn)生故障問題時(shí)會(huì)被損壞掉，因此故障分析就是根據(jù)之前設(shè)定的閾值，并采用邏輯判定故障程序進(jìn)行分析。

2.5 變頻調(diào)速控制

在PLC系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，可以將變頻器和PLC系統(tǒng)接口進(jìn)行連接，這樣即可讓PLC系統(tǒng)操控變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速控制功能。把電壓平滑電路加入到PLC、PWM當(dāng)中，通過PWM指令中的參數(shù)設(shè)置功能即可控制轉(zhuǎn)速，參數(shù)與轉(zhuǎn)速成正比，所輸出的電壓波紋也會(huì)直接受到不同大小脈沖周期的影響。

3 PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

保證PLC系統(tǒng)的有效性是保障自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，雖然PLC有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，會(huì)在一定程度上對(duì)PLC系統(tǒng)造成影響，因此需要關(guān)注PLC在實(shí)際應(yīng)用中需要重點(diǎn)注意的問題。

3.1 濕度

PLC作為電子控制器，其所處的生產(chǎn)環(huán)境會(huì)直接影響PLC構(gòu)件的絕緣性能。對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境濕度的控制是保證PLC運(yùn)行性能的基礎(chǔ)。不僅是PLC設(shè)備，絕大部分電力設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中都要避免高濕環(huán)境。通常PLC設(shè)備運(yùn)行濕度要求不超過85%，如果是高濕的生產(chǎn)環(huán)境會(huì)加速設(shè)備老化，也有可能造成固件異常問題。因此，要加強(qiáng)PLC系統(tǒng)空間的干燥度，加強(qiáng)通風(fēng)或增設(shè)除濕器，這樣即可保障PLC運(yùn)行質(zhì)量。

3.2 溫度

PLC設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中必須要加強(qiáng)溫度控制，通常PLC運(yùn)行的適宜溫度為0～55℃，否則可能造成CPU過熱停止運(yùn)轉(zhuǎn)或受冷不運(yùn)轉(zhuǎn)等。所以在安裝PLC設(shè)備過程中，需要重點(diǎn)考慮設(shè)備的散熱性。在實(shí)際使用時(shí)，要盡可能避免陽(yáng)光直射，不得與熱源距離過近，增加空氣對(duì)流。如果PLC設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度在55℃以上，則要安裝制冷裝置，避免長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)行。

3.3 空氣

由于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，很多生產(chǎn)車間空氣中都有氧化氫、硫化氫等腐蝕性以及易燃易爆氣體。如果設(shè)備長(zhǎng)期在此環(huán)境下運(yùn)行，由于空氣中的雜質(zhì)含量較高，特別是空氣中的粉塵、不可視顆粒、腐蝕氣體等，都會(huì)加速PLC固件老化，造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)緩慢。因此一定要保持PLC內(nèi)部元器件的封閉性，在PLC設(shè)備外殼上安裝氣流傳感器(設(shè)備內(nèi)部溫度高于外界溫度，熱氣流膨脹會(huì)向縫隙外傳遞)，檢測(cè)其封閉性，如果出現(xiàn)泄露問題要及時(shí)彌補(bǔ)。

4 PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的發(fā)展

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)不斷發(fā)展，很多新型技術(shù)的出現(xiàn)也給傳統(tǒng)PLC帶來了巨大沖擊，但這也是推動(dòng)PLC發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。

4.1 SoftPLC

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域當(dāng)中，PLC的地位不言而喻，例如過程性系統(tǒng)控制、前自動(dòng)軟件控制、數(shù)據(jù)通信協(xié)議等。這也讓傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)生了極大的變革，而PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的發(fā)展前景還需要看PLC技術(shù)本身。近些年，PLC領(lǐng)域出現(xiàn)了一種SoftPLC(軟PLC)，是一種新型的控制組態(tài)軟件技術(shù)，在當(dāng)今發(fā)展和完善當(dāng)中也得到了應(yīng)用，軟PLC的市場(chǎng)份額也在不斷擴(kuò)大。從控制軟件方面來說，PLC的控制核心逐漸朝向工業(yè)用戶提供開放式編程。并且在通信技術(shù)上也實(shí)現(xiàn)了巨大突破，從而讓PLC融入到了更加開放的工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。

4.2 PC化PLC

PC也就是個(gè)人計(jì)算機(jī)，特別是移動(dòng)PC在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中使用更加靈活。當(dāng)今很多廠商都推出了支持在PC上運(yùn)行的PLC功能軟件包，包括嵌入式人機(jī)界面、符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟邏輯控制、Internet功能等。還通過功能整合提出了PLC的筆記本電腦，采用液晶顯示器、Windows系統(tǒng)、PLC的CPU模塊，能夠和以太網(wǎng)、I/O模塊進(jìn)行通信，完全取代傳統(tǒng)硬式PLC設(shè)備，移動(dòng)十分方便，這也是PLC設(shè)備移動(dòng)化的一大發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC在當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，這就需要加強(qiáng)PLC技術(shù)的研究，提高PLC的應(yīng)用范圍，同時(shí)也要積極使用新型PLC技術(shù)，如軟PLC和PC化PLC等，充分發(fā)揮PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中的積極作用。