PLC 自動化控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

邢喜東

（中交一公局電氣化工程有限公司，北京 100120）

在我國科學(xué)技術(shù)水平持續(xù)提高的背景下，智能化、信息化的技術(shù)手段在各個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，為工業(yè)生產(chǎn)帶來全新的發(fā)展方向。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域引入自動化技術(shù)，可以促進(jìn)增效節(jié)支目標(biāo)的實現(xiàn)[1]。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有較強(qiáng)的控制優(yōu)勢，經(jīng)過多年發(fā)展，現(xiàn)在已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的必然選擇。但是，目前PLC 在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制中的應(yīng)用時間尚短，為了進(jìn)一步提高工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平，需要加大研究力度。

1 PLC 基本原理與組成

PLC 可以對輸入信號進(jìn)行邏輯運算處理，然后按照程序?qū)嶋H要求發(fā)出控制信號，從而自動化控制工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。PLC 在工業(yè)生產(chǎn)控制上具有較多優(yōu)勢。第一，適用性強(qiáng)。PLC 能夠在進(jìn)行邏輯處理的同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算，滿足多種工業(yè)控制需求，如溫度控制、位置控制等，可以結(jié)合實際需求靈活選用編程語言，具有較強(qiáng)的適用性。第二，可靠性高。PLC 利用集成電路技術(shù)實現(xiàn)可靠運行，其系統(tǒng)內(nèi)部電路采用抗干擾技術(shù)，如光電隔離技術(shù)等，并且能借助屏蔽材料避免信號干擾問題，從而降低了故障發(fā)生概率。第三，易于維護(hù)。PLC 獨特的接口方式，不僅能夠有效縮短系統(tǒng)設(shè)計時間，而且便于系統(tǒng)維護(hù)。PLC 還可以實現(xiàn)在線調(diào)試和實時監(jiān)控，使相關(guān)工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)故障問題，進(jìn)行科學(xué)維護(hù)。第四，可擴(kuò)展性。PLC 系統(tǒng)能夠根據(jù)具體需求進(jìn)行擴(kuò)展，有針對性地配置功能模塊。第五，能耗低。由于PLC 應(yīng)用了集成電路技術(shù)，體積較小且能耗低，能夠在實現(xiàn)精準(zhǔn)控制的同時，達(dá)到降本增效的目的。

PLC 控制組成如圖1 所示。在PLC 中，輸入模塊的主要作用是接收各類信號，存儲器主要用于存儲各項數(shù)據(jù)，中央處理器（Central Processing Unit，CPU）用于處理信號，輸出模塊主要向執(zhí)行器傳送經(jīng)過處理的信號。應(yīng)用PLC 能夠開展較多自動化任務(wù)，且其具有可調(diào)整的優(yōu)勢，因此應(yīng)用PLC 已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程中主要的控制方式。

圖1 PLC 控制系統(tǒng)組成

2 工業(yè)生產(chǎn)過程中PLC 自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 物理運動控制

隨著工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，其對各類機(jī)械設(shè)備提出了更高要求。機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)時涉及多個物理運動。如果機(jī)械設(shè)備在物理運動環(huán)節(jié)因受到不良因素的影響而未能按照設(shè)定軌跡運行，會直接影響制造零件的形態(tài)。借助PLC 可以有效控制工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備的各項運動，通過控制系統(tǒng)脈沖量使設(shè)備嚴(yán)格按照設(shè)定軌跡運行。控制脈沖可以調(diào)整設(shè)備位移，確保設(shè)備運動的精準(zhǔn)度。

例如，某工業(yè)企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要應(yīng)用機(jī)械手來搬運實心物料，為實現(xiàn)高效操作，使搬運動作更加精確，引入PLC 系統(tǒng)，通過合理設(shè)定PLC 系統(tǒng)程序，精準(zhǔn)控制機(jī)械手各個動作[2]。PLC 獲得機(jī)器人信號后，能夠及時進(jìn)行信號復(fù)位，并借助系統(tǒng)控制程序，確保機(jī)器人精準(zhǔn)運行，使工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備物理運動更加準(zhǔn)確。機(jī)器人實際運行程序為

2.2 生產(chǎn)過程控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)模擬量是PLC 的主要控制對象。生產(chǎn)模擬量表示的是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)相應(yīng)變量連續(xù)變化的量，屬于PLC 系統(tǒng)控制的關(guān)鍵內(nèi)容。應(yīng)用PLC，能夠匯總、分析現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各模擬量，如溫度、電流等，并將其與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而獲得滿足生產(chǎn)要求的開關(guān)量，實現(xiàn)精準(zhǔn)、高效生產(chǎn)。

PLC 系統(tǒng)首先采集相關(guān)物理量，如生產(chǎn)速度、壓力、溫度等，然后處理模擬量。通常情況下，模擬量包含輸入單元和輸出單元共2 個單元。實際輸出方式如表1 所示。對于輸入單元，應(yīng)注重外部接線程序和程序編寫等內(nèi)容，以有效控制模擬量。開展模擬量接線工作時，可以選用屏蔽雙絞線，以避免各個電路相互干擾，實現(xiàn)模擬量的穩(wěn)定采集[3]。編寫程序時，需要做好各項內(nèi)容的編寫工作，如模擬量數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)存儲地址等。程序編寫完成后，結(jié)合實際情況進(jìn)行調(diào)試。

表1 輸出方式

2.3 生產(chǎn)環(huán)境控制

生產(chǎn)環(huán)境中的各項因素往往會對工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生較大影響，因此需要做好生產(chǎn)環(huán)境控制工作。利用PLC 技術(shù)能夠有效控制生產(chǎn)環(huán)境。在溫度檢測方面，如果生產(chǎn)環(huán)節(jié)對生產(chǎn)材料的溫度要求較高，則可以通過PLC 控制環(huán)境溫度。通過PLC 獲得生產(chǎn)環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)，并設(shè)置人機(jī)界面，確保相關(guān)工作人員可以及時監(jiān)控生產(chǎn)過程。此外，還可以引入溫度報警系統(tǒng)，當(dāng)溫度超出預(yù)警值時發(fā)出預(yù)警，使相關(guān)工作人員了解不良溫度情況，及時采取有效措施[4]。在空氣成分檢測方面，利用PLC 技術(shù)構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，安裝數(shù)據(jù)采集模塊，如一氧化碳傳感器、報警模塊、煙霧傳感器等。當(dāng)空氣出現(xiàn)異常時，可以通過PLC 進(jìn)行處理，避免影響工業(yè)生產(chǎn)，保證生產(chǎn)質(zhì)量。此外，可以利用PLC技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)安全控制，即借助PLC 全面分析生產(chǎn)環(huán)境要素，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并予以排除，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

3 工業(yè)生產(chǎn)中PLC 自動化控制的發(fā)展趨勢

3.1 模塊化

采用硬件模塊化的手段，促進(jìn)PCL 模塊化發(fā)展。結(jié)合實際控制需求，對PLC 進(jìn)行模塊化設(shè)計，使其具有模塊化特征，強(qiáng)化控制效果。構(gòu)建模塊化控制系統(tǒng)，連接信息化平臺及自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)無人化操作。

3.2 集成化

利用專用的集成電路芯片，提升PLC 系統(tǒng)的集成度，促進(jìn)系統(tǒng)軟硬件高效運行。一方面，使用平板顯示器（Flat Panel Display，F(xiàn)PD），實現(xiàn)PLC 系統(tǒng)的輕量化目標(biāo)，減少功能消耗。另一方面，集成PLC系統(tǒng)電路，簡化電路連接，提升電路性能，同時提升系統(tǒng)的可靠性。

3.3 高速度與高精度

工業(yè)自動化生產(chǎn)需要具備較高的速度與精度，只有滿足其控制要求，才能確保生產(chǎn)線穩(wěn)定運行[5]。因此，PLC 未來的發(fā)展應(yīng)將提高速度與精度放在首要位置，借助高速CPU 芯片及先進(jìn)的數(shù)字伺服系統(tǒng)，靜態(tài)與動態(tài)控制工業(yè)自動化生產(chǎn)機(jī)床，進(jìn)一步提升控制速度與精度，充分發(fā)揮PLC 的自動化控制優(yōu)勢。

4 結(jié)語

近年來，我國工業(yè)自動化發(fā)展水平不斷提高，各種信息技術(shù)手段層出不窮。PLC 因具有可編程、高可靠性等優(yōu)勢，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的重要技術(shù)手段，應(yīng)用成效良好。文章從多個角度探究了PLC 自動化控制的應(yīng)用要點，并提出PLC 自動化控制的發(fā)展趨勢，旨在促進(jìn)PLC 技術(shù)發(fā)展，提高工業(yè)生產(chǎn)的智能化、自動化水平。