基于PLC 技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化控制

王遠(yuǎn)征，江 淵，潘 強(qiáng)

（華油鋼管有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

PLC 是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱，這種控制器具有可編程的特性，能夠使用編輯的程序進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算、控制以及執(zhí)行一些指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的渠道將運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行輸入或輸出，從而實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械或者生產(chǎn)的過(guò)程。PLC 技術(shù)最初的用途是替代繼電器來(lái)執(zhí)行控制功能，隨著PLC 控制效果穩(wěn)定，得到了工業(yè)領(lǐng)域的不斷重視，逐漸在各個(gè)部門進(jìn)行使用，從而提高了PLC 的使用范圍。為了實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的控制，更多的科研機(jī)構(gòu)加入到了PLC 技術(shù)的研究和應(yīng)用的過(guò)程中，使得PLC 技術(shù)得到了較快的發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用得更加廣泛。

1 PLC 技術(shù)的介紹

1.1 PLC 技術(shù)的基本情況

PLC 技術(shù)是多種技術(shù)的結(jié)合體，在發(fā)展的過(guò)程中將計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)融合在其中，同時(shí)隨著通信技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)又融入通信技術(shù)，這樣控制的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的升級(jí)換代。隨著PLC 技術(shù)安全性能的逐漸提高，已經(jīng)成為設(shè)備結(jié)構(gòu)的重要組成部分。為此，相關(guān)單位和部門都加強(qiáng)對(duì)PLC技術(shù)的研究，以期能夠達(dá)到更多的要求，滿足更多的需要。

1.2 PLC 技術(shù)的基本原理

PLC 技術(shù)是有多部分配合組成，一般情況下有3 個(gè)主要環(huán)節(jié)，即輸入環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)和輸出環(huán)節(jié)。

（1）輸入環(huán)節(jié)。PLC 技術(shù)采用的是掃描方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，按照順序方式對(duì)所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，并將這些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在相應(yīng)的控制單元中，等待進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在等待數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，新的數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生。新數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)之間存在著一定的時(shí)間差距，為了保持這種時(shí)間差距不變，就需要對(duì)時(shí)間差進(jìn)行控制，方便數(shù)據(jù)的采集和處理。

（2）執(zhí)行環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，可編程控制器發(fā)揮了主要作用，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整掃描，使數(shù)據(jù)全部讀入到程序中，然后按照可編程控制器中原有的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后得出相應(yīng)的結(jié)論。通過(guò)與原有數(shù)據(jù)的比對(duì)，兩者相符合后，就可以確認(rèn)為命令已經(jīng)執(zhí)行。

（3）輸出環(huán)節(jié)。在完成前兩個(gè)環(huán)節(jié)之后，進(jìn)入第三個(gè)環(huán)節(jié)輸出環(huán)節(jié)。輸出環(huán)節(jié)主要是將數(shù)據(jù)輸送到輸出鎖存器中，然后通過(guò)輸出模塊輸出指令，通過(guò)動(dòng)作元器件來(lái)完成對(duì)設(shè)備的控制，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新，進(jìn)行下一個(gè)新的數(shù)據(jù)處理循環(huán)。

1.3 PLC 技術(shù)的基本特點(diǎn)

（1）功能完善。PLC 產(chǎn)品具有一定的數(shù)據(jù)計(jì)算能力以及邏輯計(jì)算能力，在長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中，性能較為穩(wěn)定，同時(shí)由于產(chǎn)品進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品種類較多，能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化的多種要求。

（2）性能穩(wěn)定。PLC 產(chǎn)品在發(fā)展的過(guò)程中不斷運(yùn)用新技術(shù)，采用較為可靠的整體技術(shù)，特別是大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，使PLC 產(chǎn)品的技術(shù)等級(jí)有了很大的提高，對(duì)于各種干擾有較強(qiáng)的抵抗能力，同時(shí)還具備故障自檢功能，能夠在發(fā)生故障時(shí)提出相應(yīng)的預(yù)警，這將為系統(tǒng)運(yùn)行提供有效的安全保障，從而使自動(dòng)化運(yùn)行更加平穩(wěn)安全。

（3）操作簡(jiǎn)單。PLC 產(chǎn)品的編程技術(shù)較為簡(jiǎn)單，多數(shù)采用梯形圖語(yǔ)言，因此，在操作時(shí)內(nèi)容更加直觀，使操作人員能夠較快地掌握PLC 的編程技術(shù)，同時(shí)也增加了PLC 產(chǎn)品的可維護(hù)性，滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

2 PLC 技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制上的應(yīng)用

2.1 過(guò)程控制

PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制過(guò)程中，可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。這些模擬量主要包括電流，電壓，溫度等，通過(guò)對(duì)這些變量的分析，能夠有效地對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制。就是基于這個(gè)特性，在自動(dòng)化過(guò)程中設(shè)置各種變量，通過(guò)用戶設(shè)定的數(shù)值來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而完成循環(huán)控制。

2.2 信息控制

在自動(dòng)化生產(chǎn)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，將會(huì)大大提高自動(dòng)化生產(chǎn)的效率。PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制的過(guò)程中，主要是利用其數(shù)據(jù)處理功能來(lái)實(shí)現(xiàn)信息控制。為了能夠更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，就需要PLC 產(chǎn)品對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地采集處理。不僅如此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)的引入，PLC 產(chǎn)品在處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更加有效及時(shí)的反饋，能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)進(jìn)行更深入分析，便于繼續(xù)提高自動(dòng)化管理水平。

2.3 邏輯控制

PLC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一些邏輯控制功能，這樣可以較好地融入到自動(dòng)化管理。PLC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)字的控制。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，可以將PLC 技術(shù)融合其中，從而實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)或多點(diǎn)控制，這樣就能夠按照自動(dòng)化要求來(lái)完成生產(chǎn)。PLC 技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)順序控制和邏輯控制。這樣在自動(dòng)化生產(chǎn)中，可以按照生產(chǎn)順序逐一完成生產(chǎn)工藝，并且可以根據(jù)需要，按照既定的程序進(jìn)行調(diào)整，使整體上能夠保持協(xié)調(diào)一致，從而使自動(dòng)化水平不斷提高。

2.4 生產(chǎn)控制

在自動(dòng)化生產(chǎn)中，由各種動(dòng)態(tài)生產(chǎn)環(huán)節(jié)共同組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)的需要，會(huì)有很多相關(guān)的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)。各個(gè)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)屬于不同的系統(tǒng)中，這樣就會(huì)形成較為復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)。為了能夠使整體生產(chǎn)受到控制，降低對(duì)生產(chǎn)的管理難度，就需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效地控制，使其能夠達(dá)到精準(zhǔn)運(yùn)行的目的。在此期間，PLC 控制技術(shù)就發(fā)揮了作用。PLC 控制技術(shù)可以使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)具有較高的適用性和靈活性，這樣就可以完成生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行。即便是在要求較高的尖端工業(yè)領(lǐng)域，PLC 控制技術(shù)依然能夠發(fā)揮較為穩(wěn)定的作用，這樣就為生產(chǎn)控制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，保障了生產(chǎn)過(guò)程全面受控，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，可以充分發(fā)揮自動(dòng)化生產(chǎn)的巨大作用，同時(shí)也能夠降低管理難度，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 遠(yuǎn)程控制

由于PLC 技術(shù)廣泛聯(lián)系計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信技術(shù)，這樣在PLC控制技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，不僅可以讓PLC 與控制中心相聯(lián)接，同時(shí)也可以和其他PLC 進(jìn)行連接，形成PLC 控制網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同步控制，滿足現(xiàn)在生產(chǎn)中的同步要求。這樣對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)有著重要意義，可以對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處置，同時(shí)也可以迅速調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力，使生產(chǎn)安全受控，滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要。

3 PLC 技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制上存在的問(wèn)題及解決方法

3.1 PLC 技術(shù)存在的問(wèn)題

（1）物理狀況的制約。PLC 技術(shù)使用的電子元器件受到物理因素制約較多，主要有溫度、濕度、電源、振動(dòng)等。這些因素嚴(yán)重的制約著PLC 技術(shù)的應(yīng)用范圍。如PLC 工作溫度一般在0～55 ℃，在一些極端情況下，PLC 的使用受到限制，影響了性能的發(fā)揮。因此，還需要在使用條件上擴(kuò)大范圍，增強(qiáng)產(chǎn)品的物理承受能力，增加對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)能力，使其能夠擴(kuò)大使用范圍，滿足更多環(huán)境的需求。

（2）兼容情況的局限。由于PLC 生產(chǎn)廠家眾多，所生產(chǎn)的PLC 產(chǎn)品功能各不相同，即便是在功能相同的情況下，也會(huì)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，由于PLC 系統(tǒng)的自我封閉性，就會(huì)產(chǎn)生如使用不同的總線，不同的通信協(xié)議，以及不同的結(jié)構(gòu)等，這樣容易造成兼容情況差的局面，嚴(yán)重影響PLC 產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用。不僅如此，各個(gè)廠家的編程語(yǔ)言各不相同，產(chǎn)品維護(hù)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生額外的壓力，從而影響PLC 產(chǎn)品的使用。

3.2 PLC 技術(shù)問(wèn)題的解決方法

（1）加強(qiáng)PLC 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。PLC 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要不斷采用新材料和新技術(shù)，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量控制，突破產(chǎn)品的物理極限，這樣才能夠?yàn)镻LC 產(chǎn)品提供更廣闊的使用空間。要突出PLC 產(chǎn)品的特質(zhì)化。在滿足絕大部分客戶要求的同時(shí)，要針對(duì)特殊客戶開(kāi)發(fā)特質(zhì)產(chǎn)品，這樣才能夠滿足更大市場(chǎng)的需求。隨著材料水平的提高，以及通信技術(shù)的深入應(yīng)用，特別是5G 技術(shù)的推廣應(yīng)用，PLC 產(chǎn)品還有更大的提升空間，在功能上會(huì)更加多元化，在設(shè)計(jì)上更趨于合理，在產(chǎn)品上更加新穎獨(dú)特，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）提高PLC 產(chǎn)品的兼容性。重點(diǎn)規(guī)范PLC 產(chǎn)品的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，使標(biāo)準(zhǔn)盡量統(tǒng)一，增加產(chǎn)品的通用性，這樣能夠提高產(chǎn)品的使用效率，降低企業(yè)的使用成本。同時(shí)，要對(duì)PLC 產(chǎn)品的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，采用更加先進(jìn)的編程語(yǔ)言，使編程語(yǔ)言更加易于維護(hù)，并且使編程語(yǔ)言更加豐富，從而提高PLC 產(chǎn)品的性能，為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。要根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，增加PLC 產(chǎn)品的技術(shù)儲(chǔ)備，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，繼續(xù)為工業(yè)轉(zhuǎn)型計(jì)劃提供產(chǎn)品保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC 技術(shù)還是一項(xiàng)持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。隨著各個(gè)工礦企業(yè)對(duì)于該技術(shù)的研究深入，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的PLC 產(chǎn)品，不斷滿足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的需求。在保證控制質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率提高、產(chǎn)品品質(zhì)提升的前提下，PLC 產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益，從而為企業(yè)發(fā)展提供更多便利的條件。