淺談PLC自動化控制系統

常春陽 趙芳

摘 要：可編程序控制器，簡稱PLC，是以微處理器為基礎，結合了計算機技術、自動控制技術、網絡技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制自動化裝置。隨著計算機技術和工業自動化技術的發展，PLC迎來了廣泛的發展空間，PLC自動化控制系統已經廣泛應用于交通運輸業、電力工業、制造業等各個行業中。該文介紹了PLC自動化控制系統的概念、優點、工作原理、應用領域和發展趨勢。

關鍵詞：PLC 自動化 控制系統

中圖分類號：X70 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（a）-0002-02

隨著計算機技術和工業自動化技術的不斷發展，PLC的產生為工業技術領域帶來了一次革新，使工業生產中由原來笨重復雜的繼電器-接觸器控制系統，變為了輕巧智能的PLC控制系統，提高了控制系統的可靠性、抗干擾性，降低了生產成本，減少了設備故障率，提高了工業生產效率，目前已廣泛應用于開關邏輯控制、模擬量控制、運動控制等領域，具有廣闊的發展前景。

1 PLC自動化控制系統簡介

可編程序控制器，簡稱PLC，是專為工業環境設計的數字運算操作電子系統?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）是以微處理器為基礎，結合了計算機技術、自動控制技術、網絡技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制自動化裝置，它具有抗干擾能力強、可靠性高、體積小、編程簡單等優點，已發展成為工業控制的基礎設備之一。

基于上述PLC的優點，可以看出，PLC自動化控制系統能夠大大降低人力和時間的輸出，同時改善了工業環境中控制系統線路復雜、修改繁瑣等問題。

2 PLC自動化控制系統工作原理

PLC的程序分為系統程序和用戶程序，系統程序是不能更改的。PLC對用戶程序進行逐行掃描，掃面結束再重新開始，周而復始，即采用的是循環掃描的工作方式。PLC的一個掃描周期可以分為五個階段，分別是內部處理、通信服務、輸入采樣、程序執行和輸出刷新。內部處理階段，PLC檢查CPU模塊中的硬件是否正常，并將監控定時器等元件復位。通信服務階段，PLC與計算機、觸摸屏、變頻器等帶CPU的智能裝置進行通信。輸入采樣階段，PLC一次性讀取外部信號，并存入到輸入映象寄存器中，在某個掃描周期中，即使外部信號改變，輸入映象寄存器中的數據在當前周期也不會改變，只有當進入下一周期后才會發生改變。程序執行階段，PLC按照從上到下、從左到右的順序依次掃描程序，調取輸入映象寄存器和輸出映象寄存器中的數據進行計算，并將運算結果存入到輸入映象寄存器中。輸出刷新階段，即PLC將元素映像寄存器中的元件狀態全部輸出到外部電路，來驅動負載，每個掃描周期輸出一次元件狀態，新的數據會將原有的數據全部覆蓋。

3 PLC自動化控制系統應用領域

PLC自動化控制系統廣泛應用于工業生產中，目前使用的PLC品種繁多，現場安裝有的集中在控制室，也有的被分散在生產車間的設備上。PLC具有較好的抗干擾能力，可以直接安裝在惡劣的工業環境中，并能夠實現穩定、可靠的運行。其主要應用于以下幾種應用領域。

3.1 開關量邏輯控制

PLC是專門應用于工業環境中的計算機。PLC取代了傳統的繼電器接觸器控制系統，實現開關量邏輯控制，順序控制，這是PLC最基本的控制領域，PLC自動化控制系統能夠進行邏輯控制活動，可以控制單臺設備，也可以同時控制多臺設備，比如注塑機，印刷機，各種機床，自動化生產線等。

3.2 模擬量控制

在工業生產中，需要處理很多連續變化的數據，如溫度、壓力、速度和流量等。PLC中使用模擬量控制模塊，即A/D和D/A轉換模塊和比例積分微分算法（即PID算法），來處理模擬量，從而實現閉環控制功能。在工業生產過程中，不但實現了全程控制，更有效提高了控制數據的精準度。這種過程控制廣泛應用于冶金，石油，化工，鍋爐等領域。

3.3 運動控制

圓周運動和直線運動的定位控制都可以用PLC來實現。目前通常使用可驅動步進電機或伺服電機等專用運動控制模塊來實現運動控制。根據機械運動特性，PLC還可以通過對脈沖量的控制來實現機械的運動控制，其原理是用PLC向步進電機的繞組發出脈沖。由于脈沖量控制時，其位移量非常小，便有效提高了PLC運動控制的精確度。

3.4 數據處理

PLC可以實現數學運算，數據傳送，數據轉換，排序，查表、位操作等，也可以對信息進行收集、處理、比較等，還可以把數據傳送到其他智能裝置，或打印制表。數據多用于柔性制造、造紙、食品加工等大型控制系統中。

3.5 通信及聯網

PLC與PLC之間可以通信，也可以和變頻器、觸摸屏、打印機等智能設備通信。PLC可以通過網口組成工業以太網絡，也可以通過串口組成現場總線，這使PLC遠程控制的能力增強，體現了PLC在大型控制系統中的重要性。

4 PLC自動化控制系統發展前景

4.1 軟硬件標準化

由于PLC種類繁多，各個廠商軟硬件并不開放，致使PLC的各種模塊不能通用，編程語言差異較大，兼容性差，嚴重限制了PLC的發展。至此國際電工委員會組成工作組展開了對PLC國際標準的制定工作，為PLC的發展提供了標準化的框架與方向。在此背景下，很多廠商都使用了與IEC61131系列標準相符的指令系統。

4.2 人機界面更優化

PLC的軟件性能得到大幅提高，大部分的品牌都有自己的平臺和軟件，降低開發成本，明顯提升了PLC自動化控制系統的能力，目前，應用最廣泛的模式就是PLC+網絡+IPC+CRT的模式。

4.3 編程工具與編程語言多樣化

隨著PLC控制技術的不斷發展，其編程工具和編程語言也向著多樣化發展。除了具有基本的語句表、功能圖、梯形圖等標稱語言，也可以利用組態軟件，使編程簡單化，大大降低了PLC系統的開發和使用難度。

4.4 網絡通信功能增強

PLC的通信能力和網絡化是重要的發展方向。PLC可以通過模塊與以太網、計算機等組成自動化控制系統。目前應用較為廣泛的現場總線有CAN、WorldFI、Profibus 等。通過網絡通信技術、圖形顯示技術和計算機信息處理技術與PLC控制系統的組合應用，很好地滿足了現代化工業生產中的復雜控制要求。很多廠商在原有RS232/422/485接口的基礎上，新增了其他通訊接口，有利于架構一體化網絡系統。

4.5 模塊功能性更強

PLC的模塊功能向著多樣化發展，如遠程I/O模塊、語言處理模塊、模糊控制模塊、計算模塊、數控模塊、高速計數模塊、模擬量I/O模塊、閉環控制模塊、快速響應模塊、位置控制模塊、通信模塊等，使PLC在人機對話、分辨率、實時性精度等方面的功能得到提高。

5 結語

在自動化技術和計算機技術不斷改進和革新的大背景下，PLC自動化控制系統具有編程簡單、可靠性高、配置靈活、面向用戶和生產過程的優勢，廣泛應用于現代工業中，并成為了現代工業生產控制的重要支柱。

參考文獻

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