PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

胡華君

摘 要： PLC是一種為在工業(yè)環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)的集計(jì)算機(jī)控制與通信技術(shù)為一體的可編程邏輯控制器系統(tǒng)。由于其在工業(yè)自動(dòng)化控制過程中的優(yōu)越性，因此PLC已經(jīng)逐漸成為我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主流設(shè)備。本文在闡述PLC的構(gòu)成、功能、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞： PLC 可編程控制器 工業(yè)自動(dòng)化

PLC即可編程控制器，是專為工業(yè)環(huán)境使用而設(shè)計(jì)的，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字運(yùn)算控制器。它在工業(yè)自動(dòng)化控制中得到了廣泛應(yīng)用，極大提高了生產(chǎn)效率，使許多行業(yè)生產(chǎn)工藝過程取得了質(zhì)的飛躍。

一、PLC的構(gòu)成和功能

1.PLC的構(gòu)成

PLC主要由電源、中央處理器、存儲(chǔ)器、接口電路及I/O電路組成，其中中央處理器CPU具有邏輯與數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，可以協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)。存儲(chǔ)器主要用來存儲(chǔ)邏輯變量、用戶程序及系統(tǒng)中的信息。接口電路主要是指與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及外圍設(shè)備的連接通道。I/O電路，輸入電路是把輸入的信號(hào)隔離，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化；輸出電路，則是把PLC輸入的結(jié)果放大，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

2.PLC的功能

由于PLC是專門設(shè)計(jì)為工業(yè)領(lǐng)域服務(wù)的，因此，雖然PLC與一般計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上有其相似之處，但其接線、功能及操作上與普通的計(jì)算機(jī)還是有所區(qū)別的。比如對(duì)開關(guān)量的控制，PLC可以以限位開關(guān)、操作按鈕及現(xiàn)場(chǎng)給出的檢測(cè)信號(hào)為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的控制。此外，PLC對(duì)計(jì)數(shù)、限時(shí)都能實(shí)現(xiàn)比較完美的控制，不但精確度非常高，而且操作非常靈活、簡(jiǎn)便。PLC通過運(yùn)用移位寄存器，還可以進(jìn)行步進(jìn)控制。PLC的數(shù)據(jù)處理可以完成加減乘除，乘方開方，邏輯運(yùn)算中或、與、求反、異或等數(shù)據(jù)比較、移位、傳遞等功能。這些功能，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，大大提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

二、PLC的特點(diǎn)

1.穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)

由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，因此在使用中PLC可以很好地適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，根據(jù)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整、診斷，對(duì)于信息指令傳遞、執(zhí)行的準(zhǔn)確率非常高，而且PLC系統(tǒng)非常穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。PLC在設(shè)計(jì)之初就考慮到惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，采用了全方位的抗干擾措施，因此具有優(yōu)良的抗干擾能力。

2.通用性強(qiáng)

PLC的通用性很強(qiáng)，采用了國(guó)際通用的通信協(xié)議。統(tǒng)一的通信協(xié)議，方便廠家和用戶，在通信成本上也有所降低。而且PLC硬件裝置齊全，可以滿足不同用戶的要求。用戶在改變生流工藝或者設(shè)備升級(jí)更新的情況下，也不用重新購買硬件設(shè)備，只要對(duì)程序進(jìn)行重新改編，就可以滿足新的要求。因此，在工業(yè)自動(dòng)化控制中得到廣泛應(yīng)用。

3.功能齊全

PLC的功能非常齊全，能夠全方位地滿足工業(yè)自動(dòng)化控制的需要。比如順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、通信、檢驗(yàn)、模擬量輸入輸出，等等，對(duì)生產(chǎn)的整個(gè)過程進(jìn)行控制。

4.簡(jiǎn)單方便

PLC編程、使用非常簡(jiǎn)便，技術(shù)人員不用外聘，或耗費(fèi)過多的精力，只要經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可掌握編程和操作方法，維護(hù)也非常方便。因此應(yīng)用非常普遍，易于推廣。

三、PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，主要是在開關(guān)量控制、模擬量控制、位置控制、電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制及系統(tǒng)集中控制等方面。

1.開關(guān)量控制

傳統(tǒng)的繼電器或者接觸器控制系統(tǒng)，在小型、簡(jiǎn)單系統(tǒng)中可以很好地滿足需求。但對(duì)于大型的、復(fù)雜的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)有其不足之處。而PLC開關(guān)由于設(shè)計(jì)科學(xué)，速度快，穩(wěn)定性高，出錯(cuò)率低，能夠更好地實(shí)現(xiàn)控制的穩(wěn)定性和可靠性，而且操作和維修都非常簡(jiǎn)便，可以大幅度降低成本。因此，PLC開關(guān)控制工業(yè)在自動(dòng)化控制中得到廣泛的應(yīng)用。

2.模擬量控制

PLC根據(jù)控制對(duì)象的不同特點(diǎn)和要求，通過多種功能模塊組合而成的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制。其功能模塊可以靈活組合，這些模塊主要包括位置控制模塊、主機(jī)模塊、模擬量控制模塊、通訊模塊等。PLC的模擬量控制，可以有效提高系統(tǒng)過程控制的準(zhǔn)確性和精度，對(duì)工藝生產(chǎn)過程中連續(xù)變化的溫度、壓力、電流等當(dāng)前的模擬量和要求量進(jìn)行分析，從而得出準(zhǔn)確的開關(guān)量，讓系統(tǒng)按照要求的參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在很多工藝生產(chǎn)過程中，完成傳統(tǒng)儀表控制難以做到的。在很多工藝過程，尤其在熱處理過程中，PLC模擬量控制起到了巨大作用。

3.位置控制

位置控制一直是工業(yè)自動(dòng)化控制中最為重要的環(huán)節(jié)。PLC可以向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)，從而精確確定步進(jìn)電機(jī)的位移，實(shí)現(xiàn)位置控制。PLC位置控制的精確度極高，被應(yīng)用在很多工藝過程中。

4.電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制

PLC的指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大。通過PWM向電機(jī)發(fā)出指令，加設(shè)電壓平滑電路，可以使PWM與變頻器共同作用，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。PWM指令中的t值決定了電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，t值越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越快，t值越小，轉(zhuǎn)速越慢。

5.系統(tǒng)的集中控制

PLC除了用于上述工業(yè)自動(dòng)化控制外，也可以對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行控制。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，啟運(yùn)警報(bào)或自動(dòng)停機(jī)。

四、PLC工業(yè)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

盡管PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，操作和維護(hù)都十分簡(jiǎn)便，但工業(yè)中的一些特殊環(huán)境，還是會(huì)對(duì)PLC的正常運(yùn)作產(chǎn)生一定的影響。因此，在工業(yè)應(yīng)用中要格外注意以下問題。

1.工作環(huán)境

PLC對(duì)于工作環(huán)境的要求，在溫度方面，其正常工作的范圍為0-55℃，防止陽光直射。安裝時(shí)盡可能保證良好的散熱空間，遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的設(shè)備。在濕度方面，周邊空氣濕度要在85%以下，避免有冷凝水，保證PLC元器件的絕緣性。如果生產(chǎn)環(huán)境空氣中存在腐蝕或者易燃的氣體，則要將PLC安裝在封閉的控制室，并用相應(yīng)的設(shè)施對(duì)空氣進(jìn)行凈化，避免PLC受到損害影響正常工作。此外，PLC應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的裝置，避免10-55HZ的連續(xù)振動(dòng)。

2.干擾

在工業(yè)生產(chǎn)中，電氣設(shè)備的電磁干擾會(huì)比較大，干擾源也比較復(fù)雜。PLC在工業(yè)環(huán)境中會(huì)受到內(nèi)部、外部多種干擾。因此，在選擇PLC設(shè)備時(shí)，需要選擇抗干擾能力強(qiáng)的設(shè)備，在抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)也要根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境及功能進(jìn)行相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)。

綜上所述，PLC在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，雖然還存在一些問題，但隨著PLC的運(yùn)算能力的不斷提高，存儲(chǔ)容量更大，品種更多樣化，運(yùn)行效率也不斷提高，同時(shí)成本更低。與傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化控制相比，有其無法比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著PLC功能的逐步增加，技術(shù)的不斷完善，PLC在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制中的作用必將越來越重要。

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