分析PLC在工業自動化控制領域中的應用及發展

遲 云

(蘭州蘭達工貿有限公司，甘肅 蘭州 730060)

PLC作為當今應用十分廣泛的數字電子技術，其主要集中了自動控制技術、通信技術、計算機技術，是一種綜合性非常強的自動化控制技術之一。特別是在自動化工業不斷發展背景下，PLC在工業自動化領域發揮著重要的作用，極大地降低了人工勞力的投入量，可以實現全過程的自動化生產。隨著越來越多的軟硬件不斷被開發，軟件編程也變得更加簡單，PLC編程相比其他軟件編程更加便捷。隨著PLC技術的快速發展，PLC從最初的簡單控制功能逐漸演變成了復雜、連續控制形式。因此，加強PLC在工業自動化控制領域中的應用研究有著重要意義。

1 PLC簡單概述

PLC是可編程邏輯控制器，是針對工業環境下特定的數字運算操作電子系統。其主要是采用了一種可編程存儲器，并且在內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數、算數運算等各項指令，采用數字式、模擬式輸入輸出方法控制自動化設備的運行與生產過程。

1.1 PLC組成

(1)電源。電源是PLC系統運行的基本動力，其作用是保障PLC系統內部集成電路可以正常、安全運行。

(2)CPU。CPU也就是中央處理器，其主要的工作內容是進行數據計算和處理，是整個PLC系統的核心大腦，控制各個子系統。每個PLC系統中必須存有一個(或多個)CPU。

(3)存儲器。PLC系統中所采集或運行的所有數據最終都要存儲到存儲器中，其中包括監控程序、用戶程序、邏輯變量等信息。存儲器可以分為系統存儲器和用戶存儲器。

(4)I/O模塊。I/O模塊也就是輸入/出接口電路，PLC連接工業生產系統需要有通道介質，而這個介質就是I/O。在PLC運行過程中，通常要根據I/O點數來確定模塊的數量與規格，但最大數都要采用PLC系統或機架槽數確定。

(5)編程設備。在整個PLC系統中，編程設備不參與到系統運行工作中，主要是進一步開發PLC的功能。

1.2 PLC的運行管理

(1)輸入采樣。采樣是PLC系統運行的基礎，通過各個接口進行工業生產采樣，并獲取數據狀態，讀取數據。之后將采集數據傳輸到I/O影響區域單元中，在同個掃描周期中，進入單元的數據狀態與內容保持不變。在此過程需要注意的是，在輸入脈沖信號時，要保證輸入信號寬度大于掃描周期，這樣能夠正常的讀取信息。

(2)用戶程序執行。在執行階段，PLC是采用梯形的掃描形式，由上而下的掃描信息，并對每個梯形圖之中的各個觸點構成的控制線路進行映射，其順序為左→右、上→下順序進行邏輯運算。最后在傳輸到系統的RAM中，所輸出邏輯線圈直接對應存儲區狀態或I/O映像區狀態，結合運算結果不斷刷新，后續排隊的數據或線圈刷新需要在此周期完成后再次刷新。

(3)輸出刷新。待到一個刷新周期完成之后，會將I/O映像區內的各個模塊狀態、數據對鎖存電路進行刷新，所刷新的數據會變成指令驅動電路并輸入到自動化設備中，從而實現設備的自動運行。這樣即可形成一個PLC的控制周期。

2 PLC在工業自動化控制領域中的應用

2.1 開關量控制

PLC之所以被廣泛應用，主要是因為PLC具備安裝簡單、觸電多、效率高、維修方便等優勢，可以極大地提高工業自動化控制系統的質量，同時也可以極大地節省人力、時間等，同時也可以避免線路過于復雜或系統不易修改等問題。傳統自動化都是通過機電控制實現的，而PLC可以完全取替機電控制形式，其中最為明顯的就是優化了和機電系統的開關質量，同時PLC使用中間繼電器可以控制系統動作，在PLC設計中采用了順序控制器公式，為了確保最終設計的規范性，要對順序控制器當中的梯形圖進行仿真檢查。

2.2 模擬量控制

結合PLC模擬量控制的特性，控制系統主要是采用了組合功能模塊組裝而成，這樣可以提高控制模塊的靈活性。其中最為主要的模塊包括高速計算、I/O、位置控制、主機等模塊。想要實現過程控制、儀表監控，必須要采用PLC的模擬控制模塊。同時PLC模擬控制量還可以讓控制系統精度更高。在實際使用中可以控制系統的溫度，包括上升溫度、溫度保持、下降溫度過程。工業生產熱處理是十分重要的環節，而采用PLC系統可以讓熱系統處理變得更加簡便，這也是過去儀器儀表無法實現的控制目標。

2.3 位置控制

在工業自動化控制系統中位置控制十分重要。位置控制可以通過PLC系統得以實現，例如工業生產中定點搬運控制、主軸精度控制等。在實際使用中，在控制電機時PLC會發出脈沖，由于是系統編程控制，因此脈沖位置固定也就確定了生產精度，也可以輕松實現位置控制。

2.4 系統集中控制

除了能夠實現自動化控制模式，系統自身也要受到PLC控制，如可以監控整個生產系統的故障問題，并在顯示器上顯示等。PLC對系統集中控制主要是以邏輯錯誤檢測和時限故障檢測實現的，也就是在系統中設定閾值，如果運行數據超出閾值，則判定為錯誤檢測，從而自動化進行調整。在機床生產加工當中，每個生產流程都是按照編程內容循環工作，在檢測工步環節中設置啟動定時器，可以實現錯誤、故障報警以及自動生產等功能。通常實際動作時間相比定時器要更短一些。電控系統當中的信號傳遞都有一定的邏輯關系，這是因為這種邏輯關系在產生故障問題時會被損壞掉，因此故障分析就是根據之前設定的閾值，并采用邏輯判定故障程序進行分析。

2.5 變頻調速控制

在PLC系統運行當中，可以將變頻器和PLC系統接口進行連接，這樣即可讓PLC系統操控變頻器，實現電機調速控制功能。把電壓平滑電路加入到PLC、PWM當中，通過PWM指令中的參數設置功能即可控制轉速，參數與轉速成正比，所輸出的電壓波紋也會直接受到不同大小脈沖周期的影響。

3 PLC在工業自動化控制領域中應用的注意事項

保證PLC系統的有效性是保障自動化生產的基礎，雖然PLC有諸多優點，但由于工業生產環境較為復雜，會在一定程度上對PLC系統造成影響，因此需要關注PLC在實際應用中需要重點注意的問題。

3.1 濕度

PLC作為電子控制器，其所處的生產環境會直接影響PLC構件的絕緣性能。對于生產環境濕度的控制是保證PLC運行性能的基礎。不僅是PLC設備，絕大部分電力設備在實際運行中都要避免高濕環境。通常PLC設備運行濕度要求不超過85%，如果是高濕的生產環境會加速設備老化，也有可能造成固件異常問題。因此，要加強PLC系統空間的干燥度，加強通風或增設除濕器，這樣即可保障PLC運行質量。

3.2 溫度

PLC設備在實際運行中必須要加強溫度控制，通常PLC運行的適宜溫度為0～55℃，否則可能造成CPU過熱停止運轉或受冷不運轉等。所以在安裝PLC設備過程中，需要重點考慮設備的散熱性。在實際使用時，要盡可能避免陽光直射，不得與熱源距離過近，增加空氣對流。如果PLC設備運行環境溫度在55℃以上，則要安裝制冷裝置，避免長期在高溫環境下運行。

3.3 空氣

由于工業生產環境惡劣，很多生產車間空氣中都有氧化氫、硫化氫等腐蝕性以及易燃易爆氣體。如果設備長期在此環境下運行，由于空氣中的雜質含量較高，特別是空氣中的粉塵、不可視顆粒、腐蝕氣體等，都會加速PLC固件老化，造成設備運轉緩慢。因此一定要保持PLC內部元器件的封閉性，在PLC設備外殼上安裝氣流傳感器(設備內部溫度高于外界溫度，熱氣流膨脹會向縫隙外傳遞)，檢測其封閉性，如果出現泄露問題要及時彌補。

4 PLC在工業自動化控制領域中的發展

隨著我國計算機技術和通信技術不斷發展，很多新型技術的出現也給傳統PLC帶來了巨大沖擊，但這也是推動PLC發展的重要驅動力。

4.1 SoftPLC

在工業自動化領域當中，PLC的地位不言而喻，例如過程性系統控制、前自動軟件控制、數據通信協議等。這也讓傳統工業產生了極大的變革，而PLC在工業自動化領域中的發展前景還需要看PLC技術本身。近些年，PLC領域出現了一種SoftPLC(軟PLC)，是一種新型的控制組態軟件技術，在當今發展和完善當中也得到了應用，軟PLC的市場份額也在不斷擴大。從控制軟件方面來說，PLC的控制核心逐漸朝向工業用戶提供開放式編程。并且在通信技術上也實現了巨大突破，從而讓PLC融入到了更加開放的工業領域當中。

4.2 PC化PLC

PC也就是個人計算機，特別是移動PC在當今工業生產中使用更加靈活。當今很多廠商都推出了支持在PC上運行的PLC功能軟件包，包括嵌入式人機界面、符合IEC1131-3標準的軟邏輯控制、Internet功能等。還通過功能整合提出了PLC的筆記本電腦，采用液晶顯示器、Windows系統、PLC的CPU模塊，能夠和以太網、I/O模塊進行通信，完全取代傳統硬式PLC設備，移動十分方便，這也是PLC設備移動化的一大發展趨勢。

5 結束語

綜上所述，PLC在當今工業自動化控制領域中的應用十分廣泛，這就需要加強PLC技術的研究，提高PLC的應用范圍，同時也要積極使用新型PLC技術，如軟PLC和PC化PLC等，充分發揮PLC在工業自動化控制中的積極作用。