可編程控制器PLC應用探究

鎮江船艇學院 陳 卓

可編程控制器PLC應用探究

鎮江船艇學院 陳 卓

本文簡要概述了可編程控制器PLC的概念，歸納總結了PLC應用的控制方式，分析了當前國內外PLC當前的應用領域及現狀，對PLC未來的應用方向進行了探究。

PLC；控制方式；現狀；應用方向

可編程序控制器(PLC)是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的控制系統。早期的可編程序控制器主要用來代替繼電器實現邏輯控制，隨著微型計算機技術的發展，PLC的功能早已超出了邏輯控制的范疇。目前，PLC正在廣泛深入地應用于工業控制的各個領域。

1 PLC應用的控制方式

PLC實現了邏輯控制和順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流控制，大致可歸納為開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數據處理、通信及聯網。

1.1 開關量的邏輯控制

流水線：如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

1.2 模擬量控制

在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使PLC能夠處理模擬量信號，就需要在PLC中實現模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換或D/A轉換。此時需要使用A/D轉換模塊和D/A轉換模塊來使PLC用于模擬量的控制。

1.3 運動控制

眾所周知PLC是可以用于控制圓周運動或直線運動的，從控制機構的配置角度來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊，如可以驅動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模塊。

1.4 過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。

過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

1.5 數據處理

現代PLC具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到其他智能裝置，或將它們打印制表。

數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統;也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

1.6 通信及聯網

PLC通信所指的是含PLC與PLC之間的通信及PLC與其他智能設備之間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠家都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。另外，新近生產的PLC設備都集成了通用的通信接口，使得通信更加方便快捷。

2 PLC當前的應用領域

作為增長速度最快的工業控制設備，PLC在工業控制領域已經得到廣泛應用，它極大地改善了相應行業的自動化水平，已經成為工業自動化支柱技術之一。PLC各領域的應用如下：

2.1 化學工業

傳統化工行業是粗放型的，產品附加值低，環境影響大，新建化工廠多是精細化工廠，設備及控制技術的要求更高。由于化工行業環保要求提高，化工廠需要對周邊的水處理和循環系統等進行改造，因此，對自動化程度提出更高要求，其應用如下:化學反應槽批量控制、化學水凈化處理控制、自動配料、化工流程控制、煤氣燃燒控制等。

2.2 機械工業

PLC早期是在機械自動化領域中應用，目前，PLC控制技術已經遠遠超出了傳統的機械控制范圍。高精度運動控制技術實現了高速編碼計數、速度與位置補償、電子齒輪傳動、凸輪仿形、多軸插補、CNC技術、飛鋸等；智能溫度控制中，傳感器直接通過PLC溫度模塊，參數方便整定，可以完成自校正PID控制;其實時控制技術保障了機械性能的可重復性。機械工業應用如起重機械控制、數控機床控制、紡織機械控制、自動裝卸機控制、移送機械控制、立體智能倉庫控制、鑄造控制、熱處理控制、輸送帶程序控制等。

2.3 電力工業

PLC運用在電力負荷控制，自動抄表控制，輸煤系統控制，鍋爐燃燒控制，火電除灰渣控制等方面，水電廠的汽輪機和鍋爐程序控制，化學補給水，冷凝水和廢水的程序控制，水塔水位遠程控制都有PLC的參與。

2.4 冶金行業

PLC作為主控制器在采選礦、燒結、高爐、轉爐、鑄造、軋鋼及相關的輔助設施控制中應用廣泛。由于控制點數較多，控制要求較高，大型PLC居多，其應用如下：跟坯連鑄機二冷配水控制、加熱爐溫度控制、高爐上料控制、軋材風機生產線控制、粉末冶金主續燒結爐控制、電弧爐控制、出料自動分配控制、包裝搬運控制、翻砂造型控制等。

2.5 印刷及包裝行業

印刷行業用戶多樣化，印刷向著小批量、多品種的方向發展，因比，印刷機械具備更高的生產效率和生產柔性。由于PLC采用實時性較好的工業以太網技求，確保每個生產作業保持同步響應，使得基于PLC的印刷控制系統能完成更高性能、更高情度的印刷作業。由于PLC具有開放式標準化的通信、編程、數據處理架構等多樣化功能，民開發周期縮短、成本降低、高效安全地運行。PLC在印刷及包裝行業的應用有：膠印機輸我控制系統、彩色絲網印刷機控制系統、自動模切壓痕機控制系統、高速雙面印刷控制、包裝；p刷自動套色控制、印刷張力控制系統等。

以5D為代表的“普及型低價全畫幅”的推出，說明佳能當時已經突破CMOS傳感器制造上的技術瓶頸，全畫幅CMOS制造過程中的成品率得以保證，現在來看這也成為了全畫幅機型能夠在數碼單反相機領域保持領先優勢的保證。

2.6 紡織工業

粗紗機控制、印花機控制、高精度張力控制、帶條形碼識別器的布料流惺監控、手套機程序控制、落紗機控制、高溫高壓染缸控制等。

2.7 食品工業

發酵罐過程控制、物料配比控制、凈洗控制、包裝及灌裝控制、攪拌控制等。

2.8 造紙工業

紙漿攪拌控制、抄紙機控制以及卷取機控制等。

2.9 建材工業

水泥生產過程控制、水泥配料及水泥包裝過程控制、干燥機控制、人造技生產線控制、膠板熱壓機控制等。

城市熱網控制、水處理及城市供水控制、樓宇電梯控制、樓宇保安控制、樓宇防災機械控制、劇場舞臺燈光控制、隧道排氣控制、新聞轉播控制等。

2.11 交通運輸業

電動輪胎起重機控制、交通燈控制、汽車發電機力矩和轉速校驗、交匾指揮控制等。2.12 制藥行業

藥丸包衣制粒機控制、生物制藥生產過程控制、藥品包裝控制、高溫滅萄控制、真空履帶干燥控制等。

2.13 汽車工業

移送機械控制、自動焊接控制、裝配生產線控制、鑄造控制、噴漆流水線控制等。

3 PLC未來的應用方向

3.1 PLC在ClMS中的應用

計算機集成制造系統(ClMS)中，生產過程的控制包括現場控制、設備控制、過程控制等村容，統稱為綜合控制系統。它是一種先進的工業過程綜合自動化系統，總體包括如下三個方面：

(1)電氣控制，以電動機控制為主，涵蓋工業過程設備及電器參數檢測和處理；

(2)儀表控制，實現以PlD軟儀表為代表的生產過程各種回路控制功能；

(3)計算機控制，實現各種模型計算、參數設定、過程監控運行和管理。

目前，PLC突破了原有的可編程序控制器的概念，已經成為綜合控制系統的整機設備。

將工廠生產過程控制與信息管理系統密切結合，形成計算機集成制造系統(ClMS)，實現般據共享、信息集成、分布數據管理和實時控制。在制造自動化或柔性制造方面，提高產品制造的質量和設備利用率，縮短產品制造周期，使企業的經營決策和生產管理趨于科學化，提高企業整體效率，實現真正意義上的工廠電子信息化。

3.2 PLC與DCS的逐步集成

隨著自動化技術和計算機技術的發展，特別是網絡通信技術的飛躍發展，PLC系統與DCS系統呈現出了融合與集成的趨勢，PLC已開始逐步占領中小型DCS市場，諸如煉油廠、化工廠、發電廠、造紙廠和金屬冶煉廠等過程控制行業。由于DCS系統的性能好和可靠性高，以往此類控制系統多采用DCS技術，因此，DCS確立了在過程控制行業中的應用地位。

3.3 PLC過程控制功能增強

傳統PLC多應用于離散控制領域，如今PLC已廣泛應用于過程控制領域，而且這種發展趨勢正在進一步得到增強。PLC廠商開發了一些過程控制專用模塊，可方便地實現閉環控制；PLC的CPU執行速度大幅度提高，增強了對模擬量的處理能力，可方便地實現高速測量、回路控制和過程診斷；編程語言趨于標準化，軟件工具的開放性更加適宜于控制系統的需求；容錯及安全技術的應用進一步提高了系統可靠性；PLC不僅提供了硬件模塊，還為用戶提供了組態工具、故障診斷、網絡通信等軟件包，豐富的智能模塊簡化了系統設計和編程;現場總線技術的采用使得控制網絡的配置更靈活，擴容更方便，更具開放性。

3.4 PLC與柔性制造系統

柔性制造系統是自動化程度高、由多種先進技術和設備復合而成的復雜系統，計算機、可編程序控制器、數控裝置是實現柔性制造的三種基本控制設備，它們之間技術相互滲透、融合，常采用直接數控結構或多級分布式結構協同工作，控制整個制造系統協調地運行，形成了具有復合功能的控制系統。

作為柔性制造自動化系統的基本控制設備，PLC的網絡通信功能尤為突出，不僅PLC之間能夠交換數據，還要求PLC能夠高速實時地與上位計算機和控制器通信，傳送制造命令、生產統計、故障分析等信息。為了能與不同設備聯網通信，PLC基于開放式的通信協議，能夠方便地與外圍設備進行通信，如條碼閱讀機、位置檢測控制設備、伺服控制裝置等。

3.5 PLC與工業以太網

隨著以太網通信速率的提高、交換技術的發展，工業以太網與其他現場總線或工業通信網絡相比，具有應用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、易于與Internet連接、持續發展潛力大等優點，因此，以太網不僅壟斷了工廠綜合自動化的信息管理層網絡，而且在過程監控層網絡也得到了廣泛應用，并有直接向下延伸，應用于工業現場設備層網絡的趨勢。開放式PLC將以太網和串口內置于PLC的內部單元，可以低成本地具備相關通信功能。只要將各類通信協議輸入PLC通信模塊，就可以將模塊作為一種專用協議模塊來使用。最新的開放式PLC內部具有Java功能和WebServer功能，即使不用上位機也可以將PLC的故障報警和事件處理等信息，通過通信模塊自動傳送到互聯網上，用戶可以通過電子郵件以及手機短信的方式來接收這些信息，甚至可以通過GPRS，CDMA等先進技術來進行控制信息的通信，使用戶隨時了解設備運行狀況，進行遠程診斷和監控,有利于及時控制及管理設備運行過程。

[1]肖軍．可編程控制器原理及應用[M]．北京:清華大學出版社,2014,12．

[2]戴一平等．PLC控制技術[M]．北京:清華大學出版社, 2013,11．