ＰＬＣ控制原理分析及其在工業(yè)中的應(yīng)用

李宗寶

摘要：可編程序控制器(PLC)以其功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用等一系列優(yōu)點在工業(yè)控制中應(yīng)用越來越廣泛。使用它們作為系統(tǒng)的核心，不僅可使控制系統(tǒng)體積減小，功能易于擴展，系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，還可大幅降低成本。文章介紹了PLC的定義、結(jié)構(gòu)組成及工作原理，并結(jié)合觸摸屏介紹了PLC在工業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC控制原理；PLC工業(yè)應(yīng)用；可編程序控制器觸摸屏

中圖分類號：TM933

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)04-0066-02

一、PLC的定義

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC，其定義是：專門為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程的存儲器，用于存儲用戶程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬量輸入，輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強，其定義也會發(fā)生變化。

二、PLC的結(jié)構(gòu)組成

可編程控制器實質(zhì)上是一種工業(yè)控制專用計算機，其系統(tǒng)的實際組成與微機基本相同，一般由以下五個部分組成：

1．中央處理器。進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運算，控制整個系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)地工作；

2．存儲器。用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量和一些其他信息；

3．接口電路。它是PLC與現(xiàn)場設(shè)備以及外圍設(shè)備的聯(lián)系通道，如輸入／輸出接口、鍵盤／顯示接口、通信接口和擴展接口，等等；

4．輸入，輸出電路。輸入電路用來對輸入信號進(jìn)行隔離和電平轉(zhuǎn)換；輸出電路用來對PLC的輸出結(jié)果進(jìn)行放大和電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備；

5．電源。包括系統(tǒng)電源、備用電源和掉電保護電源等。

三、PLC的工作原理

PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式——掃描技術(shù)。當(dāng)PLC投入運行后，其工作是以循環(huán)掃描的方式來完成的，一般分為3個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個階段，一個周期所用時間為：T=(讀入時間*輸入點數(shù))+(運算速度*程序步數(shù))+(輸出時間*輸出點數(shù))+自診斷時間

四、觸摸屏技術(shù)在PLC中的應(yīng)用

用戶需要設(shè)定的量為電壓，頻率的目標(biāo)值，這是利用撥碼開關(guān)數(shù)字設(shè)定輸入?yún)^(qū)達(dá)到這一目的的。用戶可直接在撥碼開關(guān)上進(jìn)行增減操作以得到需要的目標(biāo)值。在撥碼開關(guān)上設(shè)定之后，點擊“確定”按鈕，該數(shù)值送入PLC目標(biāo)值保存單元，點擊“取消”按鈕、則維持原數(shù)值不變、數(shù)值的倍數(shù)、精度以及該數(shù)值在PLC內(nèi)在單元中的地址都是在撥碼開關(guān)的屬性中設(shè)置的。

根據(jù)工作原理，觸摸屏可以分位紅外感應(yīng)式、聲表面波式、電容感應(yīng)式和電阻壓力式四大類，不同的工作原理將決定觸摸屏的響應(yīng)時間、定位精度及工作環(huán)境。在國外，觸摸屏技術(shù)已相當(dāng)成熟，在歐美如：Micro Touch，ELO及Dynapro等廠商都有近二十年的生產(chǎn)制造歷史；日本的Nisha，Gunze等也有十年以上的生產(chǎn)經(jīng)驗。而在產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展方面，東西方各有不同，歐美的觸摸屏以電容式、表面聲波式以及五線電阻式為發(fā)展方向，產(chǎn)品以大尺寸產(chǎn)品居多；日本的觸摸屏技術(shù)則是以四線電阻式為主要發(fā)展方向，產(chǎn)品以中小尺寸為主要目標(biāo)；臺灣以及韓國廠商則大部分緊隨日本的腳步，以發(fā)展四線電阻式居多。

觸摸是人類最簡單、最本能的共有行為之一。采用觸控技術(shù)的原因有很多，其中包括在崗?fù)ば蛻?yīng)用中限制終端用戶對計算機的訪問，還包括需要在數(shù)據(jù)輸入和計算機的密封、保護之間兩相權(quán)衡的惡劣環(huán)境。觸摸屏的工作原理是將屏幕圖像區(qū)域劃分為預(yù)先確定的網(wǎng)格(主要取決于屏幕尺寸和分辨率)。觸摸菜單選項的一個象限會執(zhí)行一個子程序，效果和使用鼠標(biāo)或在提示行輸入命令相同。涉及觸摸屏技術(shù)的部件共有五個：觸摸感應(yīng)器、LED顯示器、控制器、軟件驅(qū)動程序、觸摸屏里的CPU。觸摸屏是用戶和計算機之間實現(xiàn)互動的最簡單、最直接的方式。盡管觸摸屏技術(shù)相對較新，但是用戶和觸摸屏交互的基本方式已非常久遠(yuǎn)：你的手會伸向你想要的東西，這幾乎是所有兒童和成人的本能。各行各業(yè)的公司都已成功地將觸摸屏的效用發(fā)揮到各自的應(yīng)用中。

航空公司使用它來模擬機艙、訓(xùn)練飛行員駕駛飛機；機車上觸摸屏用來全方位顯示列車運行的狀態(tài)；房地產(chǎn)公司通過它使購房者能夠在彈指之間觀看商品房的全彩圖像；餐館飯店使用它來簡化店內(nèi)的POS終端；銀行的ATM機使用它來簡化用戶存取款的操作。

在所有行業(yè)的應(yīng)用中，觸摸屏技術(shù)帶來的實質(zhì)益處始終未變：觸摸屏能夠讓用戶無須經(jīng)過任何培訓(xùn)就能馬上對上位機進(jìn)行操作，也無須計算機方面的專門培訓(xùn)。由于供用戶選擇的菜單設(shè)置非常明確，觸摸屏的使用幾乎消除了操作員誤操作的可能性。觸摸屏在真正意義上做到了輸入、輸出設(shè)備的一體化，它成功取代了鍵盤和鼠標(biāo)，結(jié)實耐用，可以承受鍵盤和鼠標(biāo)易受損壞的惡劣環(huán)境通過觸摸屏可以快速訪問所有類型的數(shù)字媒體，不會受到文本界面的妨礙；使用觸摸屏可以保證空間不被浪費，因為輸入設(shè)備已完全整合到顯示器中。綜上所述，在工業(yè)現(xiàn)場，對計算機處理速度要求不是非常高的場合，用觸摸屏代替一般計算機的優(yōu)點在于：(1)簡化了人機界面；(2)在惡劣條件下經(jīng)久耐用；(3)適用于所有環(huán)境；(4)提高了精確度；(5)節(jié)省了空間。

如今，觸摸屏與PLC結(jié)合已在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用：采用PLC與觸摸屏協(xié)調(diào)控制焊接電源、弧長跟蹤器、送絲機、焊槍操作機和焊件變位機，通過精確控制焊槍的重復(fù)定位精度和對焊槍軌跡的實時補償，有效適應(yīng)了曲面工件的形狀變化，使熔池始終處于水平位置，匹配合適的焊接工藝規(guī)范，獲得了穩(wěn)定可靠的焊接質(zhì)量，同時利用友好的人機界面實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控以及工藝參數(shù)的現(xiàn)場設(shè)置和修改。焊接試驗表明，整套裝置運行穩(wěn)定、可靠，自動化程度高，具有良好的應(yīng)用前景；在電源系統(tǒng)中，采用觸摸屏作為人機交互工具，需要在線更新的量為電壓與頻率的設(shè)定值，簡單直觀，便于操作。