PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展

施巍鵬

（義烏市水處理有限責(zé)任公司，浙江 義烏 322000）

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，當(dāng)前我國(guó)正逐漸朝向工業(yè)現(xiàn)代化國(guó)家邁進(jìn)。工業(yè)是國(guó)家支柱型產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用。伴隨科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)加工中獲取了比較普遍的應(yīng)用，PLC技術(shù)便是基于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)而誕生的技術(shù)。通過(guò)對(duì)PLC技術(shù)的有效應(yīng)用，保證了工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性提供了重要保障，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種成本的有效控制，創(chuàng)造了更多經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 PLC及其相關(guān)組成構(gòu)件

關(guān)于PLC技術(shù)，其在發(fā)展的初期階段，稱為可編程邏輯控制器，后伴隨技術(shù)的不斷進(jìn)步，在工業(yè)控制領(lǐng)域中進(jìn)行了微型處理器的應(yīng)用，這一技術(shù)所展現(xiàn)的功能漸漸擴(kuò)大，不再局限于邏輯控制，如今將其稱作可編程控制器。所謂技術(shù)，其是應(yīng)用微處理器，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)加以整合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中的技術(shù)。PLC系統(tǒng)通常存在比較強(qiáng)大的抗干擾能力，功能相對(duì)健全，體積相對(duì)較小，質(zhì)量輕，且安全可靠等諸多方面的特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中獲取了比較普遍的應(yīng)用[1]。

從根本上來(lái)講，PLC也屬于一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域，相應(yīng)的組成構(gòu)件主要包含：（一）電源。PLC電源給系統(tǒng)整體提供電力，確保PLC各相關(guān)模塊的集成電路可以保持正常的工作狀態(tài)，其在系統(tǒng)整體中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。（二）中央處理器。這一構(gòu)成部分在PLC系統(tǒng)中，是核心的構(gòu)成部件，每一個(gè)系統(tǒng)中均進(jìn)行了中央處理器的設(shè)置，其所負(fù)責(zé)是邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制系統(tǒng)整體的運(yùn)行，使其協(xié)調(diào)的作用得以充分發(fā)揮。（三）存儲(chǔ)器。在PLC系統(tǒng)中，儲(chǔ)存器主要分為系統(tǒng)及用戶儲(chǔ)存器兩種不同類型，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中的邏輯變量、用戶程度等相關(guān)內(nèi)容加以存儲(chǔ)。（四）模塊。該模塊是一個(gè)連接通道，主要的作用是連接系統(tǒng)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)設(shè)備輸入及其輸出接口的電路。具體工作開(kāi)展期間，主要是結(jié)合所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)針對(duì)模塊的實(shí)際數(shù)量與規(guī)格進(jìn)行確定。但實(shí)際中，最大數(shù)量與系統(tǒng)底板或是機(jī)架之間對(duì)應(yīng)的槽數(shù)具有一定的關(guān)聯(lián)。（五）編程設(shè)備。這一設(shè)備主要應(yīng)用于PLC系統(tǒng)的應(yīng)用、運(yùn)行監(jiān)測(cè)和檢查維護(hù)，在系統(tǒng)整體的實(shí)際運(yùn)行中并不參與。

2 PLC系統(tǒng)工作原理

2.1 輸入采樣階段

此階段，PLC系統(tǒng)采用掃描的方式，主要通過(guò)接口對(duì)應(yīng)的狀況和數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作信息的讀入，并保持一定的順序。與此同時(shí)，將這些信息存儲(chǔ)在I/O映像區(qū)單元中，并在同樣的掃描周期單元中對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是不會(huì)發(fā)生變化的。因此，如果是輸入相應(yīng)的脈沖信號(hào)，則脈沖信號(hào)相應(yīng)的寬度至少需要多于一個(gè)掃描處理周期，這樣才能保障對(duì)應(yīng)輸入的信號(hào)可以被實(shí)際讀取。

2.2 用戶程序執(zhí)行階段

此階段，屬于掃描處理周期的第二階段，這時(shí)系統(tǒng)大多是結(jié)合了梯形圖形的樣式，并且采用從上至下的相應(yīng)次序，按照一定的次序針對(duì)用戶程序進(jìn)行掃描處理，但是針對(duì)每一梯形圖，則是按照從左至右、從上至下的相應(yīng)次序，針對(duì)由每一觸電所構(gòu)成的相應(yīng)控制線路，采用邏輯處理方法。下一步通過(guò)計(jì)算所產(chǎn)生的結(jié)果，對(duì)輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邏輯線圈，將在PLC系統(tǒng)RAM內(nèi)保存區(qū)狀態(tài)和映像區(qū)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行刷新。因?yàn)槭菍?duì)掃描技術(shù)加以應(yīng)用，因而在一個(gè)掃描周期內(nèi)只是會(huì)針對(duì)排在梯形圖下方位置的線圈或者相關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)揮作用，然而對(duì)于排在上方位置的線圈或是相關(guān)數(shù)據(jù)信息只是在下一個(gè)掃描周期才能予以刷新[2]。

2.3 輸出刷新階段

此階段，是系統(tǒng)掃描處理周期的最后一個(gè)階段。中央處理器會(huì)結(jié)合上階段完成處理的映像區(qū)對(duì)應(yīng)模塊的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，對(duì)于所有完成輸出的鎖存電路予以刷新處理，并有效驅(qū)動(dòng)輸出電路，在相應(yīng)設(shè)備中予以輸入處理，此時(shí)，方才結(jié)束了一個(gè)PLC控制的相應(yīng)周期。

3 工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中PLC的主要應(yīng)用

3.1 工業(yè)生產(chǎn)流程的控制

針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)流程加以掌控是PLC研發(fā)和設(shè)計(jì)的一個(gè)基本理念，同時(shí)亦是將其在工業(yè)自動(dòng)化控制中進(jìn)行應(yīng)用的重點(diǎn)目標(biāo)所在。工業(yè)生產(chǎn)流程中，PLC系統(tǒng)從整體上的把控，一般都是從產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)加工所采用的順序及其產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)信息等眾多不同的層面予以控制。一方面，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制中，一般都是指產(chǎn)品生產(chǎn)加工操作中，應(yīng)用針對(duì)各種不同化學(xué)反應(yīng)所具有的催化強(qiáng)度，通過(guò)外部電氣性質(zhì)控制、產(chǎn)品外形等眾多方面的控制。亦正是基于這種量化生產(chǎn)工藝參數(shù)的方式，使得工業(yè)產(chǎn)品工藝的穩(wěn)定性獲取了較好的保障。另一方面，工業(yè)生產(chǎn)順序的調(diào)節(jié)與控制也是針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝予以優(yōu)化的重要舉措，譬如，在相關(guān)零件的生產(chǎn)中應(yīng)用銑壓數(shù)控機(jī)床，與傳統(tǒng)所采用的手工銑壓機(jī)床相對(duì)比，針對(duì)整料坯材質(zhì)和體積的控制，鍛件應(yīng)用模具相應(yīng)的更換會(huì)更加便利，且具有一定的靈活性，于工業(yè)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)與相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線的調(diào)節(jié)和改進(jìn)。

3.2 生產(chǎn)環(huán)境的控制

工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)控及調(diào)節(jié)也是PLC工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中一個(gè)重要的方面。眾多行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)加工中，環(huán)境因素都是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及其工藝穩(wěn)定性造成影響較大的因素。比如，糧食和酒精工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)發(fā)酵的濕度、溫度和酸堿度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以加大產(chǎn)能，形成對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。可見(jiàn)，利用PLC進(jìn)行有效監(jiān)控與環(huán)境的調(diào)節(jié)是工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。另外，PLC對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的控制在生產(chǎn)安全方面同樣存在著非凡的意義。利用相關(guān)傳感器裝置針對(duì)空氣成分和溫度等相關(guān)信息加以獲取，并做出相應(yīng)的分析及調(diào)整，能夠合理規(guī)避一些火災(zāi)安全隱患，給工業(yè)生產(chǎn)的安全性提供了有力保障[3]。

3.3 產(chǎn)品質(zhì)量的控制

工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的控制也是PLC控制中十分重要的一項(xiàng)工作。就實(shí)際操作層面來(lái)講，PLC控制是利用針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)加工中相關(guān)信息的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。PLC在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用集合了具有較大兼容量的信息感知系統(tǒng)針對(duì)產(chǎn)品有關(guān)的參數(shù)信息實(shí)施采集、傳送、對(duì)比、保存和殘次品、劣質(zhì)品等眾多產(chǎn)品質(zhì)量控制流程，而這正是PLC在自動(dòng)化控制領(lǐng)域與過(guò)往采用機(jī)械加工生產(chǎn)方式突出的優(yōu)勢(shì)所在。利用對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ξa(chǎn)品本身的特征及其可能存在的各種缺陷具有更為充分地掌握，給后續(xù)的調(diào)整及改進(jìn)提供了重要保障。

3.4 遠(yuǎn)程控制

以往工業(yè)生產(chǎn)中，在過(guò)程控制上，通常都是在生產(chǎn)基地的周圍進(jìn)行相關(guān)計(jì)算機(jī)設(shè)備的放置。然而對(duì)PLC技術(shù)加以應(yīng)用，能夠針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，工作人員無(wú)須保證在生產(chǎn)基地周邊便可以保證對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的相應(yīng)控制。這種遠(yuǎn)程操作模式的有效實(shí)現(xiàn)，同網(wǎng)絡(luò)通信功能和接口間具有密切的關(guān)系。工作人員能夠針對(duì)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，采用遠(yuǎn)程技術(shù)予以訪問(wèn)，在生產(chǎn)控制系統(tǒng)中進(jìn)行有效連接，這樣在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)便能夠得到及時(shí)有效的處理。

3.5 運(yùn)動(dòng)控制

應(yīng)用部分相關(guān)機(jī)械設(shè)備實(shí)施工業(yè)生產(chǎn)加工處理操作時(shí)，通常都會(huì)涉及各種不同形式的物理運(yùn)動(dòng)，倘若零件在具體運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)一定的偏差，便會(huì)促使其尺寸及形狀等方面和相應(yīng)的要求之前產(chǎn)生偏差。但充分應(yīng)用PLC技術(shù)，針對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以采用脈沖量的控制方式，保障了機(jī)械生產(chǎn)加工中各種運(yùn)動(dòng)更加精準(zhǔn)，給生產(chǎn)加工出零件的形狀、尺寸符合產(chǎn)品要求提供了有力保障。

3.6 信息安全的控制

對(duì)于PLC系統(tǒng)以及系統(tǒng)中涉及的有關(guān)配套硬件和軟件，在PLC設(shè)計(jì)之初便對(duì)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品相應(yīng)信息安全方面的問(wèn)題給予了充分地考慮。一方面，信息安全上的問(wèn)題并不是僅局限于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，而恰恰是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中所面對(duì)的相關(guān)產(chǎn)品信息安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題正是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)所產(chǎn)生的。要想確保遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作以及系統(tǒng)維護(hù)等相關(guān)功能的有效實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中所集成的相應(yīng)通信模塊，便需要采用IPv4終端的模式，并且通過(guò)以太網(wǎng)串口通信協(xié)議，以使得系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)之間的雙工數(shù)據(jù)信息交流能夠高效地進(jìn)行，以便有效避免協(xié)議簇漏洞被攻擊者的非法使用，其中所包括的各種通信模塊，不僅集成了一定的防火墻等技術(shù)功能，也需要針對(duì)部分并非必要的UDP/TCP端口加以關(guān)閉，針對(duì)所有必需的端口及其隨機(jī)端口所對(duì)應(yīng)的各種通信報(bào)文加以監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)予以相應(yīng)檢測(cè)，并采用雙向鑒權(quán)加密的形式對(duì)其加以訪問(wèn)，倘若這一過(guò)程中檢測(cè)出了畸形化的報(bào)文和非法進(jìn)行訪問(wèn)的一些報(bào)文，這樣的情況便會(huì)使得端口出現(xiàn)擁塞的問(wèn)題，同時(shí)會(huì)將對(duì)應(yīng)的訪問(wèn)員MAC地址在相應(yīng)的黑名單中進(jìn)行加入。利用這樣的校驗(yàn)機(jī)制，勢(shì)必會(huì)大幅強(qiáng)化PLC系統(tǒng)針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品相關(guān)信息的保密強(qiáng)度[4]。

4 工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中PLC技術(shù)的發(fā)展前景

4.1 功能性

依托于軟件行業(yè)適應(yīng)性代碼的大量應(yīng)用及其和電路、芯片等一些硬件的集成和模塊設(shè)計(jì)，PLC在具體工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，在對(duì)工業(yè)產(chǎn)能及產(chǎn)品零件相應(yīng)功能擴(kuò)容等問(wèn)題加以面對(duì)時(shí)，能夠更加方便地變更與調(diào)整PLC相應(yīng)的控制順序。另外，隨著工業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展，針對(duì)各種零件相應(yīng)的精密度提出了更高的要求，此種狀況下，PLC技術(shù)為也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展予以一定改進(jìn)。本著確保信息化功能相關(guān)硬件設(shè)備有效實(shí)現(xiàn)的目的，PLC工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域相應(yīng)發(fā)展速度也需要確保可以跟上電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。

4.2 普及性

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有大量工作人員，要想確保工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，保證工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程更加安全，應(yīng)對(duì)PLC技術(shù)予以大力應(yīng)用，而PLC技術(shù)要想獲取較為普遍的應(yīng)用，便需要加強(qiáng)工作人員的素質(zhì)，使得PLC系統(tǒng)操作技術(shù)得以普及。換言之，要想確保工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域針對(duì)勞動(dòng)力方面的需求得到良好實(shí)現(xiàn)，便應(yīng)對(duì)PLC系統(tǒng)相應(yīng)的專業(yè)性與可操作性提出一定要求，應(yīng)逐漸朝向圖像化、可視化等方面演進(jìn)，保證PLC技術(shù)大眾使用的廣泛性。

4.3 兼容性

當(dāng)前，PLC技術(shù)已然在眾多行業(yè)的車間中獲取了一定規(guī)模的應(yīng)用，伴隨信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，PLC技術(shù)的應(yīng)用必然也產(chǎn)生了更多新的觀念。因?yàn)镻LC技術(shù)的設(shè)計(jì)及其工作軟件的系統(tǒng)也是以Windows操作平臺(tái)為基礎(chǔ)的，但這一軟件環(huán)境也會(huì)對(duì)PLC的應(yīng)用起到一定的限制作用。所以針對(duì)PLC技術(shù)和軟件平臺(tái)之間的兼容性也是今后發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。另外，因?yàn)楣I(yè)中具有眾多不同的門類，不相同的工業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工中，一些情況下需要跨行業(yè)予以實(shí)施，也有的需要跨地區(qū)予以相互配合，這樣對(duì)PLC系統(tǒng)提出了一定要求，應(yīng)保證可以和其他相關(guān)設(shè)計(jì)制造體系間實(shí)施良好的融合[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，工業(yè)生產(chǎn)加工中，PLC技術(shù)獲取了比較廣泛的應(yīng)用，使得工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)持續(xù)性得到了良好保障，然而該項(xiàng)技術(shù)仍然具有較大發(fā)展前景，企業(yè)需要秉持“實(shí)事求是”的原則，結(jié)合本身的具體情況充分應(yīng)用與發(fā)展PLC技術(shù)，針對(duì)PLC技術(shù)加以優(yōu)化處理，引入一些高新技術(shù)型人才，針對(duì)PLC技術(shù)的源碼加以完善，確保PLC技術(shù)可以較好地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)加工中，這樣可以為產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保障，并加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程的安全性，促進(jìn)企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。