PLC控制技術在工業自動化中的應用分析

劉耀武（廣東國信工程監理有限公司，廣東 茂名 525000）

1 PLC控制技術

PLC又稱作可編程控制器，是計算機技術發展的產物，它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程，是一種數字運算操作電子系統。

2 PLC控制技術在工業自動化中的應用分析

PLC 控制系統主要由cpu、存儲器、I/0 模塊、程序編輯器組成。通過開關邏輯電路控制來實現編輯程序對輸出設備比較直觀的運行操作。PLC在工業自動化控制中主要對溫度、壓力、精度等工藝指標進行指令控制，通過PLC控制系統代替人工進行運算，大大提高了生產效率和準確度。隨著計算機技術的發展，PLC系統在生產數據的處理能力方面也越來越強大，能夠實現模擬量與實際測量數據的相互轉化，同時還具備數據的存儲、運算和分析能力。目前PLC在開關量控制、運動控制、過程控制、數據處理、聯網通信功能方面都得到了一定的應用。

2.1 對開關量邏輯控制應用分析

對開關量的邏輯控制是PLC控制運用最基本、最廣泛的應用，包括對順序和數字量的控制。它通過編程實現強大的邏輯運算功能，能對工業生產中的各種工程運行狀態進行邏輯運算，比如通過AND、OR 等控制指令，對繼電器串聯、并聯、串并聯結合等各種連接方式的開關進行控制。在工業自動化中用PLC控制技術能夠實現一對一也可實現一對多的控制，實際應用中PLC能夠實現超過十個節點的同步控制，以此為基礎設計工業開關，能夠直觀的反饋開關量的控制作用，為了滿足工業生產變化需求，PLC 控制程序直接在接入模塊、輸入/輸出模塊中的檢測信號以及輸出信號中建立中間變量，將硬件輸入、輸出測點轉換成數據塊中的“位”，實現輸入、輸出測點與數據塊中“位”一一對應的關系，增加了PLC 系統的可讀性和維修的簡便性。通過開關量邏輯控制功能，可以實現對電氣工程系統中所有電氣設備的控制.

開關量控制既可用于單臺設備控制如注塑機、印刷機，也可用于多機群控制如組合機床，還可用于自動化流水線中如包裝流水線、分揀流水線等。

2.2 PLC過程控制的應用分析

工業生產過程控制是指通過對溫度、壓力、速度、時間、順序的控制完整的輸出工業生產目標的過程，整個控制過程既復雜又需要高度的準確性。PLC 控制技術能夠控制工業自動化當中的離散與連續過程，運用到工業自動化生產中就是通過內部邏輯運算分析功能按照設定好的溫度、壓力、速度、時間和順序模擬量進行控制運算以完成整個閉環控制，其調節方式采用PID 調節，以達到精確控制的要求。典型的過程控制實例PLC對溫度的控制，設置時規定模擬量輸入范圍，本為實例假設模擬量范圍為0V～10V,對應溫度為0～100 度，要求被控系統的溫度范圍為80～90 度，那么對應的模擬量為8～9V,根據實際需要設定一個電壓調整基準值8.5V，PLC 設置邏輯為測量溫度>90度，假設為100 度，那么10V 減掉8.5V 值1.5V 作為控制信號來控制外部設備進行降溫動作，反之當溫度低于80 度假設為70度，那么與基準值之間的差值為1.5V，把1.5V 與基準值之和10V作為控制信號來控制外部設備進行升溫動作，當溫度調節到正常范圍內時，輸出調節電壓基準值8.5V 作為輸出信號，是系統保持恒溫狀態。PLC控制會按照該設定好的邏輯進行循環掃描達到溫度過程控制目標。過程控制在冶金、鍋爐、化工、熱處理等領域應用較為普遍。

2.3 PLC運動控制應用分析

運動控制主要指對控制對象的位置、速度所做的控制，有時是單坐標，控制對象做直線運動，有時是多坐標，控制對象做平面、立體、角度變化等運動，甚至還可控制多個對象，這些對象間的運動可能還要有一定的協調。

工業生產尤其是制造業、倉儲物流業等涉及大量物料、產品半成品的搬運、產品包裝、分揀等操作，這就涉及到運動控制，以機械手分揀產品為例，被分揀出的產品需要通過機械手進行位置的轉移，如從流水線上轉移到指定的位置，只要有位置的變化就會產生運動，該運動對機械手的控制，可以通過編寫對應的PLC 程序來完成，只需要將機械手相關的位置、速度、控制邏輯以程序的方式輸入到PLC 中，機械手就可以自動完成規定的動作，如果需要對機械手的動作進行改進，對PLC 程序進行重新編譯即可，對于機械手的抓取控制還會運用到開關量的控制功能。運動控制功能適用于各種機械、機床、機器人、電梯等會產生物理運動的使用場所。

2.4 數據資源的控制

工業生產一般較為復雜，會涉及產生大量的生產數據信息，并需要按照不同的數據分類進行存儲，在大數據環境下，企業生產還需要對各類生產數據進行分析，以為新的生產優化提供依據，對企業發展有非常重要的作用，PLC控制技術除了在控制方面強大作用，其在數據傳輸、數據計算和數據搜索、數據存儲以及數據分析方面的也存在凸顯優勢。它可以在同樣的時間和操作環境下快速的完成數據傳輸、數據計算和數據搜索，還可以對數據資源進行進一步的分析處理，將輸出結果和數據存儲器中的樣本設定標準值進行校核，如有差異，還可根據實際情況進行調整，更加精準高效地完成既定生產任務。PLC 控制技術在數據資源處理方面的應用也十分廣泛，除了經常會應用到的柔性機器制造企業之外，冶金和食品等大型生產企業，也有一定程度上的應用。

2.5 系統集中控制

工業生產一般成本投入較大，生產過程一旦出現問題可能會帶來巨大的經濟損失，采用自動化的生產工業雖然提高了效率和準確率但是并不是萬無一失的，這就要求自動化系統要有一套監控方案，而PLC控制技術可以通過預先設定邏輯錯誤檢測程序、時間控制檢測程序、位置限制檢測程序等在系統自身中實現自我檢查功能以達到整個自動化系統的集中控制功能。

3 PLC 控制功能在工業自動化控制中的綜合應用分析

工業自動化PLC 控制功能的實際應用既可以是單一功能的應用，如對開關的通、斷狀態的控制，也可是多種功能的復合應用，而且大部分的工業自動化控制都是一個的復雜的控制系統，涉及多種PLC控制功能的運用，既離不開對開關量的狀態、順序邏輯控制和（或）過程控制，也離不數據資源和系統集中控制功能。

拿汽車車身激光焊接生產線PLC自動控制系統來說，主要是以可編程控制器組成的總線為主，實現系統的聯網自動化控制。包括PLC程序設計、電氣設計、水汽控制、系統通訊網絡架構設計、PLC外圍設備設計、操作員、管理員使用上位機監控程序等。該流水線是一個流程性強的順序操作過程，主要流程為切割機床切割車身各個零部件、運送到激光焊接單元、夾具夾取零部件進行焊接，然后運送到下一個工位，下一個工位夾具夾取上一工位的焊接半成品和其他部分零部件進行該部位的焊接，直至最后車身總成焊接結束。該過程離不開程序連鎖控制功能，控制系統啟動時按流水線方向先從該流程最初設備開始依次啟動，直到最后一個輸送床及相關設備啟動后才開始整個生產線的工作。整個控制過程涉及到大量輸出設備（如夾具、激光器、機器人、輸送床）的開關量以及開關量的順序邏輯控制；以及對焊接設備的輸出功率的控制、氣路氣量、水路水量的控制還會涉及到過程控制功能的應用。

PLC 控制系統能提供直觀的操作界面，操作員可方便地輸入控制命令，執行生產線各處的啟動停止操作及外部設備的通訊手動和自動的切換功能，自動監測生產狀態及每個輸送的狀態和運行狀態，實現遠程通訊、聯網及上位機監控，可為全生產線實現計算機控制和管理創造條件，對空間上分布較廣的系統，還可以增加遠程控制站和異域控制系統進行信息和數據交換處理。體現了PLC控制系統的數據處理和集中控制功能。

4 PLC 在工業自動化應用中存在的問題以及解決方案

4.1 PLC控制技術在工業自動化應用中存在的問題：

首先，由于工業生產一般環境比較復雜，機械電器設備較多，PLC控制硬件設備對環境的要求比較高，比如溫度、濕度、空氣清潔度等都有一定的要求，因此在選擇PLC控制設備時在性能方面要求較高。其次,PLC 控制系統對抗干擾能力要求比較高，在實施安裝的過程中要考慮各方面的因素采取不同的措施盡量降低電磁干擾，以保證PLC控制系統穩定高效的工作。

4.2 解決方案

4.2.1 控制溫度

PLC控制設備的安全有效運行溫度在0～55攝氏度范圍內，溫度過高容易造成設備老化，運行速率變低，使用壽命縮短等問題。因此工業生產環境要嚴格控制環境溫度，但由于有些行業的特殊性或者工業機械設備的高速運轉導致的局部環境溫度升高可能無法保證PLC控制設備的安全運行溫度環境，生產企業需采取局部安裝散熱器、空調制冷、物理降溫等方式達到溫度控制的目的。

4.2.2 控制濕度

PLC控制設備的有效運行濕度環境一般要求在85%以下，高于85%的濕度將造成設備器件的損壞、失靈，如工業生產環境濕度較大，應采取使用干燥劑、設置設備間等方式確保運行環境濕度的有效控制。

4.2.3 確保運行環境潔凈

PLC 控制組件尤其是CPU 對環境潔凈度要求較高，粉塵、纖維、腐蝕性液滴等微粒一旦進入或者污染這些組件，將加速設備的老化，影響其運行穩定性，這類生產企業可以采取使用除塵器、空氣循環凈化器、保持通風、設置設備間等方式達到PLC運行環境的要求。

4.2.4 有效降低PLC運行其他干擾因素

除溫度、濕度、空氣質量對PLC運行存在影響外，如果有劇烈的振動或者存在電磁干擾，也會影響PLC設備性能的正常發揮。所以，在安裝PLC設備時，必須采取有效的防震減震措施，如采用減震墊，并且遠離有劇烈振動或者容易產生電磁干擾情況發生的設備。

5 結語

隨著市場需求變化多樣性發展，對工業企業的生產能力和應變市場變化的能力要求也越來越高，PLC控制技術雖然在實用性、高效性、穩定性、成本方面還有較大的提升空間，但隨著科技的發展，PLC控制技術對工業自動化的貢獻將會越來越大，其靈活的編程特點能為企業應提供強有力的生產優勢，未來將有越來越多的工業企業加入到工業自動化生產的大軍中來，本文望能為PLC 控制技術的發展更好的得到應用提供一點參考價值。