PLC和單片機在工業控制中有效應用的區別和聯系分析

藺思明

摘要：在電子產業快速發展的影響下，單片機實現了廣泛應用，隨處可見。而PLC的使用范圍則相對縮減，主要應用于電力電子與機械制造等能源類型領域，在一定程度上彌補了傳統繼電器的缺陷，能實現傳統繼電器的多元化功能，即順序控制、電動機控制等等，還可以基于A/D轉換實現模擬控制，即水溫監測控制、溫度與壓力控制。其中，應用最廣泛的就是基于PLC的控制系統，尤其是在數控車床與機器人的加工制造中。本文主要針對PLC與單片機在工業控制中有效應用的區別和聯系進行了詳細分析。

關鍵詞：PLC；單片機；工業控制；區別聯系

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0258-02

1 單片機系統特點

單片機系統的單片機內部是嵌入式控制系統，主要包括硬件與軟件系統兩部分，單片機控制功能更強大，覆蓋面也非常廣。因為單片機是依賴于芯片進行操作控制的，這與現代化信息技術發展要求明確相符，其對于復雜操作也能夠基于單片機進行，而單片機在硬件設計與指令方面的操作已經有了更多進步，其能夠促使單片機廣泛應用到智能設備中去。其中最大的優勢是體積小、操作簡單、生產成本較低，因為是嵌入式機芯，內部主要包含集成電路板與芯片。

當前，單片機主要應用到便攜式設備中去，在以后單片機也將會實現在大型設備自動化控制中的有效應用，從而也就為工業自動化控制發展帶來了全新的發展機遇。單片機內部一般會選用匯編語言和C語言等編程方式，其具備執行速度快與效率高等優勢，在工業操作中的應用更具優勢。單片機主要包括芯片、元件、PLB板，這些器件的生產成本比較低，通用性也很差，在選擇設備的時候，具備一定針對性，而且設計難度比較大，開發試驗周期較長，這都是單片機所具備的特性。另外，還有一些缺陷，其中最大的缺點是故障查找難度較大，如果出現故障，維護不及時，硬件故障與軟件故障查找難度都很大。

2 PLC特點

PLC模式的實用性非常高，其具備較高的可靠性與抗干擾性，能夠對電氣設備進行實現有效控制，并合理利用現代化規模集成電路，保證日常生管理環節實現進一步優化完善。內部電路設備中采用了多元化抗干擾技術，可靠性較好，通過對PLC所構成的控制系統改進，可以更好地滿足工作需求。不同于相同規模的繼電接觸器系統，通過對比分析，電氣接線與開關接點可以縮減到成百上千分之一，所以故障也會隨之顯著減少。PLC還具有一定的硬件故障自行檢測功能，在出現故障時，可以快速發出警告。但是，在應用軟件中，用戶還可以編入外圍器件故障自行診斷保護，以此使得系統可靠性與安全性得以提升。

而PLC模式的有效應用直接滿足了市場經濟發展的多元化需求，其系統功能相對健全，適應性良好，能夠優化整個工業控制的各個階段。在此過程中，PLC模式通過數據運算能力的充分發揮，改進優化各個領域數字控制，實現了對各類型功能單元的有效應用。通過深化完善PLC模式，促使溫度控制、位置控制、工業控制模式實現全面合理利用，從而滿足實際工作的多元化需求。PLC還具有十分突出的通信能力與先進的人機界面技術，這就使得PLC構成控制系統更加方便。而簡單易學易用，且備受青睞的PLC是基于工礦企業的工控設備，其接口比較便利，編程語言也容易接受，梯形圖語言的圖形符號、表達方式類似于繼電器，以此為不熟知電子電路、計算機原理、匯編語言的工作人員從事工業控制提供了巨大便利。

3 PLC與單片機在工業控制中應用的區別

PLC是基于單片機構建的產品，其自身就是復雜的嵌入式系統，單片機屬于集成化電路，只是一個芯片。首先，單片機能夠構成多元化應用系統，而PLC是單片機應用系統的特例。其次，生產廠家不同，PLC工作原理卻相同，類似功能與指標之間是可以互換的，而且質量也有保證，編程軟件朝著標準化的方向不斷發展，這也是PLC全方位應用的重要基礎條件。然而，單片機應用系統功能多元化，彼此之間存在較大差異，質量也是參差不齊，使用與維護工作難度都比較大。再次，PLC與單片的最大區別是PLC比較可靠，抗干擾能力非常強，比較適合應用到工業現場。在電力系統中，因為干擾過強，所以一般來說會選擇PLC，單片機的價格比較便宜，功能多元化，簡單便捷，家用情況很多，家用電器中都會用到單片機。但是，PLC只是一臺機器，是由大量單片機和外圍接口所構成的，屬于電用單片機。最后，就單項工程或者重復數較少的項目而言，利用PLC方案更加明智和邊界，成功的幾率也非常高，可靠性良好，但是成本也很高。而量比較大的配套項目，可以有效發揮單片機系統成本較低與效益較高的突出性優勢，但是這需要具備一定的研發力量與行業經驗，才能夠保證系統運行的穩定性與可靠性。最關鍵的方式就是單片機系統嵌入PLC的功能，這樣便能夠實現單片機系統研發時間的縮減，保證性能較好，保證良好綜合效益。

4 PLC與單片機在工業控制中應用的聯系

就本質而言，PLC實際上就是已經做好的單片機系統，單片機可以用于PLC制作，但是八位CPU在高級應用中的應用卻明顯力不從心，但是添加DSP便可以滿足一般性要求，并且同樣利用梯形圖進行編程，將梯形圖轉換成嵌入式系統進行編譯。對此，也可以利用單片機直接進行控制系統開發，但是對研發者要求比較高，開發周期也很長，成本非常高。只要解決這些問題，便可以編制成PLC。這樣來說，PLC并非復雜，其內部CPU除了速度快，其他功能與普通單片機相同。一般PLC利用16位或者32位CPU，帶1-2個串行通道實現和外界之間的通訊，內部安裝定時器即可，如果想要提高可靠性，再添加看門狗便可以有效解決。PLC的關鍵技術是內部固化了可以解釋梯形圖語言的程序和輔助通訊程序，梯形圖語言的解釋程序效率在很大程度上決定了PLC性能，而通訊程序決定了PLC和外界進行信息交換的難易程度。實際而言，PLC設計的主要工作是開發解釋梯形圖語言的程序，當前單片機能夠完全替代PLC。傳統單片機因為穩定性與抗干擾能力較差，與PLC難以比擬，但是現代化單片機已經具備了較高的穩定性、可靠性、抗干擾能力，從而實現了在很多領域的廣泛應用，甚至在一定程度上替代了PLC。

5 PLC在工業控制中的應用

5.1 模擬量控制

以控制對象特性為依據，PLC能夠基于不同組合模塊工程進行科學有效控制，主機模塊、計數模塊、位置控制模塊、通信模塊等等。PLC的模擬量控制能夠有效提高工業控制系統的可靠性與準確性，從而對自動化設備升溫、降溫、運行等整個過程進行科學控制，并且便于熱處理過程的全方位維護。

5.2 開關量控制

就某種程度而言，PLC應用是傳統機電控制器的替代品，所以，在開關控制量上的準確性更高，基于中間繼電器控制動作，能夠依據控制器公式進行程序設計，并依據控制程序進行梯形圖繪制，此方式可以獲得更加規范的、標準的設計效果，促使PLC在開關量控制上的效果也非常顯著。

5.3 位置控制

位置控制是工業控制的重要組成部分，在工業生產過程中，機床刀具串刀補償控制、主軸精確分度控制、搬運定位控制都需基于位置控制加以實現，而PLC的充分合理利用，能夠有效控制步進電機，并依據控制結果明確電機位移的合理性，從而實現對位置的控制。

5.4 系統集中控制

在工業控制中合理利用PLC，能夠實現自動化控制，以及對工業生產系統的集中化控制，特別是系統故障檢測與顯示等等，PLC系統的集中化控制功能是依據故障檢測與邏輯檢測結果，全過程實時監控系統。在工業生產過程中，機床設備運轉與停止都需要固定時間，在此循環過程中，需要耗費一定時間才能夠順利完成，基于PLC可以實時控制啟動定時器，并將其信號輸出作為設備啟停信號，從而集中化控制系統。

6 單片機在工業控制中的應用

6.1 電動機控制

在電子技術發展的推動下，電動機控制方式也轉變成了以單片機為載體的混合控制與全數字控制方式。利用單片機給用戶發出操作指令，以此實現復雜數字邏輯電路的簡捷化。傳統的交流電動機根本無法實現速率轉換，對此也通過變頻技術與脈寬調制技術得以解決，并演變成了電動機控制技術的主要發展趨勢。在電動機控制中有效利用單片機，還能夠保證電壓電流的穩定性與抗干擾性良好，還能夠在一定程度上有效降低能耗，節約電能資源，保證電動機一直處于正常運轉狀態，確保設備良好性能與壽命。與此同時，單片機既可以切實應用到電動機控制工作中，又可以對供電進行動態化全方位監控，保證供電系統的可靠性與穩定性。

6.2 溫度控制

在工業生產過程中，加熱爐與孵化器等各種相關設施設備都應進行溫度控制，一般會選擇單片機溫度控制系統，以提高設備控制的精確性。單片機和高精度溫度傳感器有機結合構成的單片機溫度控制系統，其具有獨特性優勢，即控制精密度比較高和靈敏度也比較高。將溫度值與控制目標溫度值進行對比分析，根據積分分離的PID控制后輸出控制信號，在觸發器電平轉換后，觸發大功率可控硅，然后通過其輸出大電流明確加熱電爐的時間、功率，從而促使調節溫度環境的目標得以實現，促使單片機溫度控制系統的精確度顯著提升，并大大縮小誤差。這一系統可以配置各式各樣的溫度傳感器，從而進一步實現實時智能化控制。

6.3 串口通信系統

電腦在工業自動化控制中的應用越來越廣泛，不論單片應用到哪一領域，都能夠基于設計單片機與電腦通訊程序，約定通訊協議，實現單片機與電腦端之間的通訊，以此臺式機控制，但是其中也存在許多不足。但是，電腦內部串行通信接口電路創新優化接口技術，直接彌補了這些缺陷，其主要是由串行通信協議芯片構成的，電腦端提供了編程接口、單片機內部硬件支持串行通信模式。因此，可以通過電腦對許多單片機狀況進行實時監測。在現代化設備管理過程中，則可以利用現場總線技術針對設備進行優先級別設定，從而實現設備控制，促使單片機運轉的穩定性。

7 結語

總而言之，PLC系統的主要任務是就實際需求為依據，進行梯形圖設計和解釋，單片機系統應根據具體需要進行電路設計，合理選擇模塊、編程語言、編制程序等加以調試。另外，單片機在工業控制中的應用在某種程度上完全可以代替PLC，但是單片機對工作環境和運行狀態的要求更高。

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【通聯編輯：張薇】