PLC在工業(yè)自動化中的應(yīng)用探究

江貴清

【摘要】 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在很大程度上也促進了電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC技術(shù)，在近幾年的發(fā)展速度也越來越快。PLC在現(xiàn)今工業(yè)自動化控制中，成功取代了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的地位。本文將詳細對PLC整體進行介紹，再分析PLC在工業(yè)自動化中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 PLC技術(shù) 應(yīng)用 工業(yè)自動化

PLC作為專業(yè)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的電子裝置，專門用來進行設(shè)計的數(shù)字運算操作裝置。它可以對程序的存儲器進行合理的編制，在內(nèi)部存儲中可用來執(zhí)行順序運算、算術(shù)運算、邏輯運算、計數(shù)以及計時等操作指令。并且能夠通過模擬式與數(shù)字式的輸出和輸入，對各種各類的生產(chǎn)過程或機械進行控制。隨著PLC技術(shù)的不斷成熟，PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛。

一、概述PLC

PLC與CAD以及機器人并稱為自動化領(lǐng)域中的三大技術(shù)支柱。PLC的意思是人們常說的可編程邏輯控制器，是以計算機為基礎(chǔ)而出現(xiàn)的較新工業(yè)控制裝置。從技術(shù)層面看，PLC是計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及繼電器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在工業(yè)自動化控制中，這種可以進行編程的控制裝置有很大的應(yīng)用價值，為其提供極大的便利。

它將電子通訊、計算機以及自動控制三種技術(shù)相融為一體，以此成為了工業(yè)自動化中的核心設(shè)備，有維修方便、組合靈活、編程簡單、可靠性高以及抗干擾能力強等優(yōu)點。PLC由順序控制以及簡單邏輯控制成功向了羅輯控制與連續(xù)控制發(fā)展，為現(xiàn)今先進的工業(yè)自動化發(fā)展提供了強有力的基礎(chǔ)保障。

二、PLC工作的原理

PLC在運行中的工作分為三個階段，第一是輸入采樣的階段，第二是程序執(zhí)行的階段，第三是最后的輸出刷新階段。一個掃描周期需要可編程控制器完成這三個階段才行。因為掃描速度不同，不同的PLC運行周期也會有很大的差異，所以不同的PLC要重復(fù)的進行這三個階段。

2.1輸入采樣階段

在此階段中，所有的輸入數(shù)據(jù)以及輸入狀態(tài)會運用PLC掃描的方式按順序進行掃描，與此同時，還會在PLC的映像區(qū)單元格中把這些數(shù)據(jù)與狀態(tài)進行儲存。PLC在完成輸入采樣之后，就會進入用戶程序的執(zhí)行階段并且進行刷新與輸出。輸入數(shù)據(jù)與輸入狀態(tài)在以后的執(zhí)行中會發(fā)生改變，不過，并不會改變I/O映像區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在運行之間，兩者是有一定時間差距的。不過如果要對其時間間隔進行保證，就必須要對其控制輸入信號。

2.2程序執(zhí)行階段

在此階段中，需要對用戶程序自上而下進行掃描后再執(zhí)行相應(yīng)的程序，在掃描用戶程序時，要按照固定路線和順序來進行程序運算。其中，由用戶程序中的各個觸電構(gòu)成了掃描線路，其掃描的順序是由上至下，由左至右進行。運算結(jié)果需要通過相應(yīng)邏輯運算出來，根據(jù)運算結(jié)果，邏輯線圈中I/O映像中的狀態(tài)以及存儲區(qū)中的狀態(tài)會相應(yīng)的進行刷新，以此確定相應(yīng)處理指令是否執(zhí)行。

2.3輸出刷新階段

在掃描用戶程序結(jié)束后，PLC的輸出刷新階段才能進行。在進行輸出刷新時，PLC的CPU會根據(jù)其I/O映像區(qū)內(nèi)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行輸出電路的刷新，而通過輸出的控制電路驅(qū)動，其控制電路驅(qū)動中的外圍設(shè)備通過輸出控制了具體運作，這樣子，就使整個PLC的運作過程很好的完成。

三、PLC的優(yōu)勢

上文詳細分析了PLC在工作共的三個階段及其運作，下面我們來具體了解一下PLC的優(yōu)勢有哪些。

3.1體積小，重量輕，消耗低

一般來說，傳統(tǒng)的控制繼電器系統(tǒng)，在體積和重量上都略顯沉重，并不符合現(xiàn)在科技的發(fā)展。而在這個問題上，PLC就做到了很好的改變，在體積以及重量上都可以做很小，大大減少了占地空間。與此同時，在能源消耗方面也有所改善，可以只需要幾瓦的功率就可以了。因為它的體積小，所以能夠非常方便的裝到機械內(nèi)部，以此來實現(xiàn)機電一體化。

3.2抗干擾能力與可靠性較高

對比傳統(tǒng)的繼電器控制，PLC的抗干擾能力和可靠性更好。就從生產(chǎn)角度看，因為PLC是采用現(xiàn)代大規(guī)模的集成電路技術(shù)，并且是以非常嚴格的生產(chǎn)工藝制造，其中抗干擾電路還應(yīng)用于內(nèi)部電路中，以此來保證很好的可靠性。如果從外圍電路上看，對比一樣規(guī)模的繼電器系統(tǒng)，PLC所采用的控制系統(tǒng)，開關(guān)接電及接線的數(shù)目會減少很多，甚至能減少到數(shù)千分之一，以此來保證故障發(fā)生率減少。其次，在進行設(shè)計時，PLC電路中一般都會設(shè)計自我檢測的相應(yīng)電路來檢測硬件故障，如果出現(xiàn)故障會自動做出報警工作。因此，這些措施的應(yīng)用在很大程度上可以使整個系統(tǒng)的可靠性有保障。

3.3易學(xué)易用

無論是變成外圍接口還是語言，PLC作為工業(yè)控制計算機還是做的非常簡單的。較少外圍接口以及簡單梯形圖編程都使其在操作與學(xué)習(xí)上變得很容易，也因此大大降低了工程技術(shù)工作人員的門檻。即算是不明白匯編語言或電子電路及計算機原理的人也能很容易上手進行操作，應(yīng)用PLC，在工業(yè)控制操作上非常方便。

四、PLC的應(yīng)用范圍

隨著電子科技技術(shù)發(fā)展迅速，PLC也有了計算機中諸多的功能，而且已經(jīng)在各行各業(yè)有了廣泛的應(yīng)用。它已經(jīng)逐漸向抗干擾能力強、可靠性高以及體積小等方面發(fā)展。而且在化工、環(huán)保、汽車、電力、文化以及鋼鐵方面都有所應(yīng)用。PLC具體的應(yīng)用情況分為以下幾類。

4.1過程控制模式

在連續(xù)控制領(lǐng)域中，現(xiàn)在的PLC得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且這一技術(shù)在不斷的完善，目前為止，很多供應(yīng)商已經(jīng)放棄了傳統(tǒng)PLC所占據(jù)的市場份額，開始向PLC連續(xù)過程控制模式發(fā)展。而過程控制是通過對壓力、電壓、溫度以及電流等模擬量前后輸入的狀況進行分析，使其系統(tǒng)工作的參數(shù)可以按照要求進行。其代表類型是閉環(huán)控制以及開環(huán)控制，在鍋爐控制、冶金以及化工等工業(yè)自動化中都可以很好的進行應(yīng)用。

4.2順序控制模式

隨著現(xiàn)今社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科技技術(shù)也因此有了很大進步，PLC系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用來進行順序控制，直接取代了傳統(tǒng)的觸電控制模式。

PLC在順序控制的領(lǐng)域中，技術(shù)水平已經(jīng)發(fā)展到了領(lǐng)先的高度，只用最簡單的執(zhí)行指令句就能有序的進行控制，這也恰恰使PLC的初衷反映出來。在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，順序控制發(fā)揮著很大的作用。

4.3運動控制模式

在運動控制模式中，PLC技術(shù)的使用已經(jīng)有很長一段時間了，在現(xiàn)今還能保持非常好的發(fā)展，通過利用控制脈沖量來實現(xiàn)PLC機械運動控制。根據(jù)控制對象與機械運動規(guī)律的特性來進行運動控制。運動控制的位置移動十分精準，適用于緊密儀器的制造與加工，例如機器人、機床、機械以及電梯等產(chǎn)物。

4.4數(shù)據(jù)處理功能

它具有數(shù)據(jù)傳送、操作、數(shù)學(xué)運算、排序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及查表等等功能，還可以進行數(shù)據(jù)的分析、采集及處理。一般此功能多用于食品加工、造紙以及冶金等大型控制系統(tǒng)中。

4.5信息控制模式

PLC通過對信息的存儲、傳輸、采集以及處理，然后進行詳細的數(shù)據(jù)分析，以此來達到信息的控制目的，它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理功能。目前是屬于信息時代，信息科技技術(shù)也有了很大的變化與發(fā)展，PLC賦予了工作的信息屬性，也從而標志了PLC功能的轉(zhuǎn)變。

4.6遠程控制模式

PLC充分利用了聯(lián)網(wǎng)的通信功能，以此來實現(xiàn)遠程控制，現(xiàn)今的控制方式分為計算機終端連接控制方式、職能終端遠程控制以及PLC控制網(wǎng)的遠程互聯(lián)控制方式等。

五、PLC應(yīng)注意的問題

一般來說，PLC技術(shù)不需要采取措施，在工業(yè)自動化中就可以使用。不過，如果出現(xiàn)一些外在原因干擾，就會對PLC正常運作造成的很大影響，下面我們來具體了解一下。

5.1濕度的影響

在PLC的元件中，濕度是其穩(wěn)定性最好的保證。在元器件中，空氣中的濕度與絕緣性能有很大的關(guān)系，因此，如果要保證PLC正常應(yīng)用，就必須要將空氣濕度控制在85%以內(nèi)，要在無凝露的狀態(tài)下保持好。

5.2電源的干擾

一般來說，PLC電源是使用200V，50Hz的交流電，它的抵御能力非常強，對于輔助電源設(shè)備是不需要安裝的，不過如果出現(xiàn)了電源干擾較嚴重的時候，就需要將屏蔽層隔離變壓力安裝進去，以此來保證電源正常的輸出。如果要在輸入端的位置利用外流進行直流電源的時候，最好是選用直流穩(wěn)壓電源，以此來防止PLC接受收到紋波的影響。

5.3溫度的影響

PLC在使用期間的環(huán)境溫度應(yīng)該要在0℃到55℃之間，在其安裝過程中對于環(huán)境的溫度一定要注意，在發(fā)熱量比較大的機器原件或附近進行安裝，與此同時，通風(fēng)問題也要重視，一定要保證通風(fēng)的良好，在每個基本單元中一定要間隔好。

還有就是對于太陽光的防御，必須要防止其直接照射，像在開關(guān)柜上就需要設(shè)有百葉窗以及通風(fēng)扇。而在非常寒冷的北方冬季，對于防寒工作也一定要做好。PLC需要在特定的溫度下使用才能有最大效率。

5.4震動的影響

對于防震工作，PLC在工作時也需要注意，一般來說，PLC的工作環(huán)境必須要求遠離震動裝置，尤其是震動非常強勁的裝置，像10-50赫茲的震動頻率是必須要防止的。如果其工作環(huán)境避免不了震動現(xiàn)象，那就一定要采取減振措施來進行防御。

5.5空氣的影響

PLC在使用中，對空氣質(zhì)量還是有一定的要求的，比如要避免易燃氣體、多粉塵、腐蝕、強腐蝕氣體、酸性氣味氣體的環(huán)境。如果不可避免這些環(huán)境，那就一定要將PLC在控制柜與控制室中進行很好的密封，如果可以的話，最好是可以安裝凈化空氣的設(shè)備。

六、結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電子科技技術(shù)也發(fā)展迅速。PLC作為一個先進的電子裝置，在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的地位。在工業(yè)技術(shù)發(fā)展同時，對于PLC也提出了更高的要求。因此，在PLC廣泛應(yīng)用的同時，也要與時俱進的進行改變與創(chuàng)新，以此來順應(yīng)時代工業(yè)科技的發(fā)展。PLC的發(fā)展對于工業(yè)自動化以及工業(yè)生產(chǎn)帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇。

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