試論可編程控制器原理及應用技術

趙興鵬

摘 要：可編程控制器以中央處理器為其運行核心，在當前的電氣自動化領域中占擁有重要的地位。自動控制領域與計算機領域的先進技術交叉融合，在工業控制領域形成了可編程控制器。對可編程控制器原理及其應用技術進行分析與探究，可以更好地推動可編程控制器的發展，提高我國工業控制自動化的水平。本文對可編程控制器原理及應用作了一定程度的探討。

關鍵詞：可編程控制器；控制技術；原理；應用

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0048-02

可編程控制器是自動化領域與計算機領域交叉融合的產物，它以其自身在性能與功能方面的特點逐漸取代了傳統的設備，成為當今工業自動化控制中的重要部分。

1 可編程控制器的概況

1.1 概念介紹

可編程控制器最先出現在美國，是一種以微型計算機技術為基礎的先進裝置，是計算機技術在自動化領域的運用成果之一。[1]與傳統設備相比，可編程控制器呈現出諸多優點，如可靠性高、能源消耗量低、抵抗外界干擾的能力強等等，因此其擁有廣闊的應用發展前景，在當前的工業控制領域的應用也相當廣泛。

1.2 可編程控制器的構成

可編程控制器的構成部分同計算機類似。其構成結構圖1所示。

CPU在可編程控制器中占據著控制核心的重要地位，它的作用是收集并儲存系統中所需的程序和數據，并實時監測系統中元件的運行現狀，負責診斷用戶在編程過程中的錯誤，以保證整個系統的順利運轉；電源對于整個系統的正常與順利運行至關重要；存儲器可以分為RAM和ROM兩類，RAM的功能是用來存儲用戶程序，而ROM的用途是用來存儲系統程序；四是輸入和輸出接口部分；最后的構成部分是輔助繼電器，單個可編程控制器一般會配有多個輔助繼電器，用來保證正常運轉。這些構成部分相互協調合作，共同促進了可編程控制器的順利運轉。

2 可編程控制器的工作原理探析

可編程控制器的本質是控制程序且能被用于工業環境的計算機系統。它采用的是在主機程序控制下重復運作的運作方式，其工作原理遵循的是以下三個步驟（圖2）。

2.1 輸入信息采樣環節

在對輸入的信息進行采樣的過程中，首先CPU會對對象進行掃描的工作，將掃描得出的數據結果輸送到寄存器中。[2]數據結果的內容包括設備的運作參數與效率、當前狀態與溫度等指標數據。

2.2 程序執行環節

在輸入信息采樣環節完成之后，開始進入程序執行的環節。CPU按照用戶程序所下達的程序指令，按照順序依次執行；CPU直接從編程元件和輸入狀態寄存器中讀取所需的執行條件，按照程序設定的編排對數據進行對應的算術和邏輯運算過程，最終輸送出運算的數據結果。

2.3 輸出刷新環節

在執行完收到的所有指令后，CPU會重新刷新程序中的數據信息，并重復以上兩個運行環節，對新的數據完成輸入、輸出和運算三個環節。

以上三個環節的運轉過程與可編程控制器的系統控制合在一起被稱為一個周期的運作。[3]周期的不斷重復即構成了可編程控制器的工作原理與過程。通常來說，一部可編程控制器的一個運行周期所花費的時間越短，它就能在相同的時間里進行越多次數的周期運轉，這對提高工業環境的控制監督能力具有十分重要意義。

3 可編程控制器的應用技術探析

3.1 應用技術現狀

可編程控制器對傳統的計算機應用程序進行了改善與提高，對計算機技術與工業控制技術進行整合，形成了新的計算機系統。在實際的工業控制過程中，可編程控制器通過接口與設備形成相互連接的系統，設備將自身的運行數據輸入到可編程控制器中；可編程控制器對數據信息進行儲存、算術與邏輯運算和輸出等程序。可編程控制器輸出的數據結果是工業設備控制優化運行狀態的依據。

可編程控制器在工業控制中的運用，對工業運作環境起到了重要的改善作用，成功地將人與機器分隔開來，改善了工人的工作環境，也提升了企業的生產質量與生產力，促進了工業控制水平的提高。

3.2 應用前景與趨勢探析

可編程控制器同傳統設備相比具有較大優勢，因此，它在當前的工業控制中的運用也越來越廣泛。信息化的快速發展，為可編程控制器的廣泛應用帶來了機遇。

首先，計算機的各項技術成果都會被運用到可編程控制器中來。可編程控制器在存儲容量、運算速度等方面都將得到大幅度的提升，對各種工業環境的適應能力會得到加強。

其次，計算機網絡的發展，促使可編程控制器與其他類型的工業控制計算機系統相互交叉、融合，可編程控制器將向著大型控制系統的方向發展。大型控制系統的出現，將使得可編程控制器不再局限于工業領域，而是可以被廣泛地運用到更多的領域，促進各個領域自動化水平的提高。

最后，可編程控制器的產品規模將朝著超大型與超小型的方向發展。目前，超大型的可編程控制器已經出現，采用多個CPU共同運轉，存儲器也具有超大容量。而小型模塊化結構是超小型可編程控制器的發展傾向，靈活性會更強。

4 結語

在信息化技術高速發展的今天，可編程控制器技術的發展與應用會迎來新的機遇期，擁有廣闊的發展前景。對可編程控制器的工作原理進行探析，可以不斷完善其工作程序，更好地將其運用到工業控制中來；對其應用的現狀與前景進行科學探析，可以推動可編程控制器行業水平的進步與提高，也對我國的工業控制水平的提高起到促進作用。

參考文獻：

[1]張鵬.在工業應用PLC可編程控制器原理的作用分析[J].科技展望，2016，26（2）.

[2]郭飛.淺談PLC可編程控制器的原理與應用[J].西部皮革，2016，38（8）.

[3]武猛.可編程控制器PLC的基本原理及應用研究[J].科技展望，2016，26（9）.