PLC控制系統在工業生產中的應用

虞小明

摘 要：現代復雜的工業生產都是建立在控制的高可靠、高精度和高靈活的基礎之上的，PLC可編程控制器為這一目標的實現提供了保障，本文將就PLC在工業控制系統中的應用，從PLC的工作原理入手，對PLC在啤酒發酵生產中進行詳細的闡述。

關鍵詞：PLC控制系統；工業生產；應用

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A

隨著我國制造業的快速發展，工業的自動化也得到了長足的發展，而這一切都必須依靠精確的工業控制系統。現代復雜的工業生產都是建立在控制的高可靠、高精度和高靈活的基礎之上的，PLC可編程控制器為這一目標的實現提供了保障，它憑借可靠性好、編程便捷、性價比高的特點被廣泛的應用于工業控制領域，本文將就PLC在工業控制系統中的應用進行深入的闡述。

1 PLC的工作原理和特點

1.1 PLC的工作原理

PLC 是 Programmable Logic Controller 的縮寫，中文名為可編程邏輯控制器。它是由電源、中央處理器、只讀存儲器、接口模塊、功能模塊、通信模塊六大主要部分組成。PLC的工作原理是操作人員預先將用C 語言等高級語言編寫的程序存儲于只讀存儲器中，在PLC電源接通的情況下，中央處理器調取只讀存儲器中的程序，使功能板塊完成程序設定的功能，并通過接口電路將PLC程序的數字信號轉換為控制電機等模擬信號電流，從而對電機或其他元器件等進行精確的控制。

1.2 PLC 的特點

PLC芯片的特點主要是經濟實用、安裝方便和便于操作。PLC芯片可以實現的功能較多，若要對某種機電設備進行功能改造，就可以在該機電設備的控制電路中加裝PLC芯片，雖然其沒有計算機的功能強大，但是在沒有繁重的計算量的情況下，這種改造方式是最經濟和最實用的；同時PLC芯片因為其體積小，而且都是標準的IC 封裝，在對現有設備控制電路改造中只要在電路板上加裝相應的PLC芯片卡槽，使用時將PLC芯片直接插入卡槽內即可，如果芯片損壞或者對PLC芯片升級時直接將芯片拔出；隨著對PLC芯片開發的深入，各種PLC的程序設計語言和軟件日益增多，對于操作人員編程非常方便，這些軟件在實現程序設計的同時還可以實現仿真運行，這樣不僅方便了編程，同時也可以提高程序編寫的效率。

2 PLC在工業控制系統中的領域

在工業控制系統中PLC的應用領域主要是實現自動化控制，特別是在開關量控制、運動控制、集中控制、遠程控制等高精度控制方面。

下面就以PLC在啤酒發酵生產線中的應用為例，說明PLC控制系統的作用。啤酒發酵生產線的工藝流程大致為：麥芽等谷物的粉碎→麥芽的糊化→過濾→煮沸→回旋沉淀→冷卻→發酵→成熟→過濾與灌裝。其中在發酵過程是啤酒生產中的關鍵步驟，在發酵過程中產生新物質并伴隨著大量的熱量釋放。啤酒發酵的方法有上發酵和下發酵兩種，兩種發酵方法基本一致，區別在于對于發酵溫度的控制，上發酵溫度為15℃～25℃，下發酵溫度為5℃～10℃，發酵溫度的高低及其變化決定了啤酒的口味和質量，因此，必須高精度的控制發酵過程中的溫度，是啤酒生產中自動化控制系統的核心部分。

2.1 開關量控制

在啤酒發酵過程中的溫度控制是一種開關量控制，這也是PLC控制系統中最常見的方式，在控制系統中，首先由發酵罐中溫度傳感器采集控制對象的溫度變量，采集的模擬信號通過PLC芯片中的接口電路（即I/O輸入輸出接口）轉化為PLC芯片可以識別的數字信號，這些信號數據與預先設定程序中的數值進行比對，在PLC芯片中中央處理器進行比較計算，并進一步觸發預先設定的決策程序，然后將這一決策動作通過數字信號傳送到I/O輸入輸出接口，轉化為模擬信號實現對電動調節閥進行控制。在此過程中也可以通過PLC芯片的通信模塊實現遠程控制。其工作原理圖如圖1所示。

2.2 運動控制

在啤酒發酵生產中溫度的控制的主要方式就是冷卻介質與發酵罐壁之間的熱傳遞，在此過程中主要依靠電動調節閥來完成，而電動調節閥的開關和閥門開啟的大小，都必須與控制溫度變化的PLC控制系統內設定的觸發初始參數相一致。PLC控制系統是中各I/O接口都直接與各溫度、液位、壓力和流量傳感器相連接，將各項數據與存儲器內的初始參數相比較，并做出相應的動作。其具體的I/O分配表見表1。

2.3 遠程控制

在啤酒發酵過程中PLC控制系統，通過其總線與中央控制室的電腦相連接，并通過PLC中的EM241智能通信模塊，進行遠程通信功能。這樣在中央控制室內的主控設備借助局域網或以太網就可以對發酵罐的PLC控制系統相連，并通過控制室內的顯示屏，將PLC中的通信模塊獲得的溫度傳感器傳來的實時溫度顯示在控制屏上，同時顯示由PLC系統傳來的I/O接口中各電動調節閥的運行狀態。同時中央控制室內的主機通過OPC（OLE FOR Process Contrrol）基于嵌入式過程的控制軟件，對PLC控制系統的內存儲器和各 I/O接口進行控制，主機將設計好的溫度控制程序，存儲到PLC中的存儲器內，置入溫度控制的初始參數和相應動作，或者直接通過主機對PLC輸入控制命令。

結語

在我國提出的中國制造2025發展規劃中，要實現制造強國，在這一過程中PLC 技術的工業控制系統的應用將更加廣泛，同時要在應用中大力提倡創新發展，并進一步解決好PLC應用中的問題，大大拓展PLC應用的領域，提高工業生產的現代化水平。

參考文獻

[1]甘能.基于 PLC 控制技術在工業自動化中的應用研究[J].電子技術與軟件工程，2015（6）：159-160.

[2]王峰.關于 PLC 在工業自動化控制領域中的應用分析[J].科技展望，2015（5）：159.

[3]黃良璧，吳淵，周巧，等.啤酒錐型發酵罐媼度分布實驗研究及分析[J].現代計量測試，2011（3）：15-21.

[4]李世發.PLC 在工業自動化控制領域中的應用[J].信息通信，2014 （4）：176-177.

[5]陳奇峰，薛瑞，趙琳.基于PLC的啤酒發酵智能溫度控制系統[J]自動化技術與應用， 2013，32（12）：59-63.

[6]傅宇.PLC 在工業自動化控制中的應用研究[J].機電信息，2016（3）：52-53.