PLC控制技術(shù)研究概述

王保松，郭 晉，高仲璟

（1.淄博淄柴新能源有限公司，山東 淄博 255088；2.淄博柴油機(jī)總公司，山東 淄博 255077）

可編程邏輯控制器（PLC）是以微處理器為核心的一種工業(yè)控制裝置，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，逐漸成為當(dāng)代工業(yè)控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的日益提高和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC已成為功能完備的自動(dòng)化系統(tǒng)，并且在相關(guān)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

1 PLC的概念

PLC采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。從該定義可以看出，PLC可完成程序存儲(chǔ)和指令執(zhí)行，進(jìn)行信息的處理，從而實(shí)現(xiàn)從輸入信號(hào)到輸出信號(hào)的變換。

2 PLC的主要使用特點(diǎn)

PLC控制的主要特點(diǎn)包括：①功能性強(qiáng)。PLC具有邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、順序控制、計(jì)時(shí)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。它可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制，既可控制一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備，也可控制一條生產(chǎn)線。PLC還具有通訊功能，可與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙控功能。②通用性強(qiáng)。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。當(dāng)控制對(duì)象的硬件配置確定以后，可通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)應(yīng)用條件的變化。③可靠性高。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電氣控制設(shè)備可靠性的要求非常高，其應(yīng)當(dāng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)可靠地工作，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。而PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。在PLC的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，采取了一系列提高可靠性的措施，使PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，有些優(yōu)質(zhì)品牌的產(chǎn)品更高達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。④編程簡(jiǎn)單。PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語(yǔ)言，該語(yǔ)言編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近，因此編程方法簡(jiǎn)單，易于掌握。⑤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修方便。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等部件，安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。⑥在維修方面，PLC的故障率很低，且有完善的診斷功能。一旦PLC外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，可根據(jù)PLC上發(fā)光二極管或編程器上提供的信息，迅速查明原因，排除故障，維修比較方便。⑦體積小、功耗低。PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，質(zhì)量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。因此PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化較理想的控制設(shè)備。

3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 閉環(huán)過(guò)程控制

閉環(huán)過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。PLC的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、機(jī)械、冶金、電力等行業(yè)。

3.2 運(yùn)動(dòng)控制

PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開(kāi)關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。

3.3 數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集，分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到其他的智能裝置或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

3.4 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制

PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如，機(jī)床電氣控制；運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制；注塑機(jī)的控制；化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制；冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)的控制；汽車配裝線、家電的生產(chǎn)線控制等各方面。

3.5 智能設(shè)備控制

智能設(shè)備作為工業(yè)過(guò)程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的3大支柱之一。現(xiàn)在許多智能設(shè)備制造公司，選用PLC作為智能設(shè)備控制器來(lái)控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，PLC在智能設(shè)備控制中的應(yīng)用將更加普遍。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC系統(tǒng)技術(shù)成熟，性價(jià)比較高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，開(kāi)發(fā)過(guò)程也簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行維護(hù)成本低，所有這些特點(diǎn)造就了PLC的旺盛生命力。總之隨著近年來(lái)我國(guó)先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展，PLC這門(mén)先進(jìn)控制技術(shù)將越來(lái)越多地深入滲透到各行各業(yè)中去，為推動(dòng)我國(guó)工業(yè)快速發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1 陸運(yùn)華.可編程控制器PLC綜述［J］.電子制作，2007（7）：6～8

2 孔偉輝等.PLC 推廣應(yīng)用綜述［J］.機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化，1993（10）：41～43