關于PLC 在工業自動化控制領域中的應用探討

吳小聰

（廣州市輕工技師學院， 廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著現代社會不斷發展，各行業都呈現出良好的發展態勢，尤其是工業技術發展如火如荼，工業逐漸成為振興我國的重要支柱產業，這對于強化我國的綜合國力有著積極作用。在21 世紀信息化技術占據主導地位的時代下，我國工業領域不斷發展，尤其是PLC 技術的應用更是實現了我國工業領域的革新和發展，并在工業自動化控制中占據舉足輕重的地位。實踐證實PLC（可編程邏輯控制器）能滿足以往工業領域生產中許多的客觀要求，對于提升自動化控制質量有著重要價值。此次圍繞PLC 與工業自動化控制深入研究，有重要現實意義與指導價值。

1 PLC 與工業自動化控制概念

PLC 全稱為Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，最早出現于1969 年[1]。在20 世紀90 年代，PLC 經不斷完善后更適合用于現代工業領域中。PLC 主要組成構件有:第一，電源。電源是保障PLC 相關模塊集成電路能正常工作的關鍵，占據重要地位。第二，中央處理器。中央處理器主要是負責進行數學與邏輯運算，能控制整個系統的正常運行，發揮出組織和協調的作用。第三，存儲器。存儲器包括系統、用戶不同類型，主要功能就是存儲關鍵信息。第四，模塊。模塊在該系統中有著連接作用的通路。第五，編程設備。該設備主要是對整個系統進行監測和維護，在系統的運行中不能發揮出特別的作用。由于PLC 系統體積小、功能全、質量輕、安全可靠，因而被廣泛用于工業自動化控制中。工業自動化控制（也可簡稱為工控）指通過利用計算機技術、微電子技術等，能讓工業生產和制造的整個過程更高效、精確的過程，能實現可控和可視的目標。和傳統控制技術相比，工業領域中的自動化控制，能提升生產效率在300%以上，運用價值突出[2]。工業自動化控制有著廣闊的發展前景，而與PLC 系統的融合也必定為該領域的發展注入鮮活動力，有利于實現“中國制造 2025”、《“十四五”智能制造發展規劃》等國家戰略的要求和目標。

2 PLC 在工業自動化控制的應用影響因素

PLC 應用于工業自動化控制中作用突出，且是實現工業領域發展的重要保障，雖然它能為工控帶來便利，但在實際應用時也不可忽視存在著的影響因素。第一，溫度。PLC 應用于工業自動化控制中，溫度宜處于0~55 ℃之間，過高或是過低的溫度都可能影響到該系統運行的穩定性，因而要采取策略加以管理。第二，濕度。濕度對PLC 系統的穩定性影響較大，濕度過大可能損害到PLC 系統中各類元器件的絕緣性能，因而通常要將濕度控制在85%以下，從而為工業自動化控制工作的開展創造有利條件[3]。第三，振動。應用PLC 時很可能受到許多因素影響，尤其是以振動最為突出。若工業生產中振動非常頻繁且超過了規定的范圍值，很可能會影響到PLC 系統的運行質量。為此，在實際應用時要解決該問題，盡可能地減少振動造成的不良影響。第四，電源設置。電源是PLC 的核心所在，選擇220 V 交流供電并減少外部環境下的干擾，能確保供電穩定持續，繼而提升工業自動化控制的質量。

3 PLC 在工業自動化控制的具體應用

3.1 應用于生產過程控制

PLC 應用于工業生產的控制主要對象是生產中的模擬量，且此控制方式也常常出現在化工、冶金等工業領域中，效果理想。所謂模擬量（analog quantity）指某個變量在一定范圍內連續變化的量，其使用屬于PLC 控制的重要部分。在工業自動化領域中，依托于PLC 能有效統計分析當前的電壓、電流、溫度等與工業生產密切相關的模擬量，并將其與提前輸入好的歷史數據加以對比，最終得到和生產要求符合的開關量，從而確保工業生產過程更完善，各設備也能按照所預定的程序來運行。首先，PLC 系統先對各種物理量進行采集，包括工業生產中的溫度、壓力、速度、振動等[4]。其次，處理模擬量。模擬量涵蓋輸入、輸出單元兩種，以輸入單元為例，需做好外部接線、程序編寫等相關程序，方可達到更好的模擬量控制效果。模擬量接線時可使用屏蔽雙絞線，能減少電路間不良干擾，保障采集模擬量過程更穩定。隨后在程序編寫時，要編寫關于模擬量采集等內容，包括讀取模擬量數據、數據處理和轉化、數據存儲地址等，且對編寫好的程序加以調試。通過進行對模擬量的控制，便利于實現對生產過程的控制。

3.2 應用于生產環境控制

工業生產中，對于環境的監控也非常重要，PLC在工業自動化控制中的應用也常常體現在環境控制上。不同行業的產品加工生產中，生產環境都是影響產品質量及其工藝穩定性的關鍵性因素，例如在糧食、酒精等行業的工業自動化生產中，企業就必須格外關注到外部環境，發酵時外部的溫度、濕度等因素，都可能影響到產品的生產質量。為此，要積極應用PLC 來進行環境的控制，例如進行對空氣成分、溫度等因素的管控。首先，以空氣成分檢測為例。工業企業可借助于PLC 系統來制作某監測系統，該系統中設置了煙霧傳感器、一氧化碳傳感器等數據采集模塊，同時還包括網絡傳輸模塊、存儲模塊、移動終端、安全中心、報警模塊。若在工業自動化生產中有任何可能影響到生產的空氣異常情況，就可借助于PLC 來處理，從而有效改善生產環境，提升工業生產質量。其次，以溫度檢測為例。例如某食品工業生產中對于佐料的溫度有著嚴格要求，那么便可借助于PLC 來強化管理。先利用編程掌握器來采集工業生產現場環境的相關數據（溫度）并處理，并設置相關人機界面，便于技術人員能了解數據存儲、工業生產過程，同時還要設計溫度報警系統，能提升溫度測量的精確性并發出警報。除了所提及到的溫度、濕度等環境因素，PLC的應用還能體現在對生產安全的控制上。通過及時用傳感器裝置分析生產環境要素，還能合理規避可能存在的火災安全隱患，為工業自動化生產的安全性提供了保障。

3.3 應用于產品質量控制

質量是企業的生命，工業自動化控制中，最不可忽視的便是產品質量。高質量的產品是企業樹立品牌的前提，也是獲取效益的源泉。反之，若產品質量未能達到滿意的狀態，會直接影響到工業企業的生存與發展。PLC 能獲取工業生產加工的相關信息并加以監控，從而實現對產品質量的控制。究其原因，是因為PLC 本身就集合了有著較強兼容性的信息感知系統，它不但能采集工業生產中產品的信息，并將信息進行傳送對比，還能分析出各種殘次品、劣質品，為生產質量的提高做好保障。在此過程中，工業生產相關技術人員能通過所獲取到的信息知曉當前產品生產中的缺陷問題，并及時進行后續的生產計劃調控，實現生產質量的改進。例如在某工業企業中可借助于PLC技術來設計質量檢測提醒系統，該系統中包括了控制單元、開關電源、電感式傳感器、繼電器件、聲光報警器等[5]。當生產中發現存在產品質量缺陷時，該系統能及時提醒檢測與報警，最終提升了工業生產中產品流通的合格率，實現企業生產效益與社會效益的共同提高，推動企業良性發展。

3.4 應用于物理運動控制

工業生產中，產品的制造與生產會需要相關機械設備處理，在此過程中往往會發生不同情況的物理運動。假設所制造出的零件在物理運動中因各種外界因素影響而出現軌跡的偏差，那么必定會影響到該零件的形態，包括其尺寸、形狀等，無法達到更完美的工業制造效果。PLC 系統能對工業自動化過程中的圓周運動、直線運動加以控制，并利用系統的脈沖量來確保其物理運動維持在常規狀態下。由于脈沖控制中的實際位移量小，也就決定了PLC 系統應用于物理運動控制中的高精度特性。當前PLC 在物理運動控制中的應用，主要體現在工業自動化中的機械手、機床等。首先，以機械手為例。例如某工業企業中運用了物料搬運機械手，它本身屬于工業機器人的重要部分。為了確保物料搬運機械手的操作高效，動作精確，也可利用PLC 系統來加以完善。PLC 系統的程序設計能更好地控制機械手的各個步驟與動作，保障工業生產中各零件的物理運動更準確。其次，以機床控制為例。PLC 系統在現階段工業領域中的數控機床運用，主要包括內裝、獨立兩種形式。在數控機床中PLC 系統能充當其“大腦”，由PLC 發號施令實現對刀架換刀等運動的精確性控制，減少了因工件物理運動失誤造成的不良影響。PLC 系統用于工業自動化控制中能發出脈沖信號，實現系統整體的控制目標，調整優化工作機制。

3.5 應用于信息安全控制

從當前已經發生過的典型事件來看，當前工業自動化控制領域中還存在安全威脅問題。除了自然災害（如洪水雷電）、內部安全威脅（人為操作有誤）、設備故障外，還有惡意代碼、網絡攻擊等情況，危及到工業領域的信息安全。工業自動化控制中涉及的信息與數據是工業企業的核心資源，包括了研發、生產、運維、管理、外部等多種信息與數據。PLC 系統應用在工業自動化控制中，能充分發揮出在信息安全控制上的作用，并借助于遠程監護、系統維護等功能來實現安全管控。首先，PLC 集成通信板塊采用IPv4 終端模式，并通過以太網串口通信協議，能確保PLC 系統和工業網絡間實現信息數據的高效安全傳輸，避免存在協議漏洞，而導致信息泄露。其中IPv4 終端的特點在于無連接協議，所需要的內存小，能構建虛擬的通信層。其次，PLC 系統中要集成防火墻技術（Firewall Technology）。該技術屬于網絡防御技術，它能對進出該系統網絡的數據加以保護，從根源上杜絕各種惡意代碼、惡意入侵的現象，保護該系統內部數據與信息的安全。再者，要將部分非必要的UDP/TCP 端口關閉，同時監聽管理必須端口中所發出的通信內容[6]。若在監聽中檢測到了可能存在畸形化的報文內容，必須及時由系統管理員處理，將其置入黑名單。最后，還要構建全方位的校驗機制。通過校驗工業自動化控制中的信息安全風險能最大程度上地發揮出PLC 系統的應用功能，繼而做好工業產品相關信息的保密。

4 PLC 在工業自動化控制的應用前景

PLC 能在工業自動化控制的多個環節中發揮作用，有非常廣闊的發展前景。結合實際來展望未來，PLC 在工業自動化控制的應用主要會朝著以下三個方向來發展：第一，智能化。當前隨著各項智能技術如雨后春筍般涌現，有更多先進的智能技術（如機器學習、計算機視覺等）開始在各個領域大放異彩。數字技術無論是傳輸的質量、速度還是安全性，都較于以往數據傳輸有明顯優勢。在未來PLC 技術的智能化控制也會受到更多關注，促使其在工業自動化控制的應用也更智能、高效。第二，專業化。雖然和傳統生產模式相比，PLC 系統的應用讓工業生產的效率、質量和安全都得到了明顯改善，但實際應用仍然有一定的不足，會導致設備控制有缺陷。在未來，PLC 用于工業自動化控制中的相關元器件質量會得以改善，一定程度上推動了專業化發展。第三，信息化。信息技術在PLC系統的發展中占據著主導地位，決定了PLC 信息化發展方向。與此同時，關于PLC 技術和其他軟件平臺的兼容也是重要的發展趨勢，能更好地實現資源共享與生產體系融合。

5 結語

《關于鞏固回升向好趨勢加力振作工業經濟的通知》要求要積極推進2023 年的新型工業化進程。目前，隨著我國綜合實力提升和科技進步，工業自動化領域的發展也獲得了更有利的契機。例如信息化技術發展的良好形勢下，PLC 技術也應運而生，并開始在工業自動化控制中迅速得到重視與應用，不斷拓展了運用范圍，也促進了工業化的積極向好發展。從研究可知，PLC 應用于工業自動化控制的環節較多，且有著廣闊的發展前景，作為工業企業更要結合因地制宜、與時俱進的雙原則，結合自身實際情況來充分發揮出PLC 的作用，并將其優化處理，完善PLC 源碼，以確保它在工業自動化控制中能發揮效能，助推工業企業的可持續發展。