PLC技術(shù)研究進(jìn)展綜述

鞠永勝

摘 要：PLC系統(tǒng)技術(shù)成熟，性價比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹了PLC的定義、使用特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，為進(jìn)一步應(yīng)用PLC提供了一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：PLC；特點(diǎn)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

引言

現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠商能對市場的需求做出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了世界上第1臺PLC，并在美國通用汽車公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。

1 PLC的定義

國際電工技術(shù)委員會明確了PLC的定義：“PLC是一種數(shù)字式電子系統(tǒng)，專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)。PLC采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、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)從輸入信號到輸出信號的變換。

2 PLC的工作原理為

2.1 輸入采樣階段

通過掃描完成輸入狀態(tài)及數(shù)據(jù)的讀入，并將其保存在I/O映象區(qū)對應(yīng)的單元；結(jié)束輸入采樣進(jìn)入用戶程序執(zhí)行及輸出刷新階段，由于I/O映象區(qū)中對應(yīng)單元的狀態(tài)及數(shù)據(jù)不會隨著輸入狀態(tài)及數(shù)據(jù)的變化而變化，所以，在輸入脈沖信號的情況下，為確保順利將輸入讀入，必須保證此時的信號寬度大于掃描周期。

2.2 用戶程序執(zhí)行階段

PLC在本階段會對用戶程序進(jìn)行從上到下的掃描。對于梯形圖，首先掃描位于左邊的控制線路，之后依照從左到右、從上到下的順序開展控制線路的邏輯運(yùn)算，并以運(yùn)算結(jié)果為依據(jù)，對邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的對應(yīng)位狀態(tài)或者是輸出線圈在I/O映象區(qū)中的對應(yīng)位狀態(tài)進(jìn)行刷新，并對是否要執(zhí)行梯形圖指示的功能指令做出判斷。

2.3 輸出刷新階段

在完成用戶程序掃描之后便進(jìn)入該階段，此時，中央處理器以I/O映象區(qū)中對應(yīng)的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，對全部輸出鎖存電路進(jìn)行刷新，之后借助輸出電路驅(qū)動對應(yīng)的外設(shè)，從一定意義上講，此時才可以稱得上是PLC真正的輸出。

3 PLC的主要使用特點(diǎn)

3.1 通用性強(qiáng)、使用方便

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)控制對象的硬件配置確定以后，可通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)應(yīng)用條件的變化。

采用PLC實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)行控制非常方便。在硬件方面，PLC的硬件系統(tǒng)高度集成化，己集成為系列化與規(guī)格化的各種模塊，使用起來非常方便。在軟件方面，PLC采用程序來建立控制邏輯，用程序來代替硬件接線，編制程序比硬件接線要方便得多。

3.2 可靠性高

工業(yè)生產(chǎn)對電氣控制設(shè)備可靠性的要求非常高，應(yīng)當(dāng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在很惡劣的環(huán)境下長期連續(xù)可靠地工作，平均無故障時間長，故障修復(fù)時間短。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)場的惡劣環(huán)境。在PLC的設(shè)計(jì)和制造過程中，采取了一系列提高可靠性的措施，使PLC的平均無故障時間可達(dá)數(shù)萬小時，有些優(yōu)質(zhì)品牌的產(chǎn)品更高達(dá)幾十萬小時。

3.3 功能性強(qiáng)

PLC具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、順序控制、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它可對開關(guān)量進(jìn)行控制，也可對模擬量進(jìn)行控制，既可控制一臺生產(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。

3.4 編程方法簡單

PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言，該語言編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近，因此編程方法簡單，易于掌握。

4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

在一些發(fā)達(dá)國家，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著PLC性價比的不斷提高，一些過去使用專用計(jì)算機(jī)的場合，也轉(zhuǎn)向使用PLC。

4.1 運(yùn)動控制

PLC可用于對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的控制。早期直接用開關(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)動控制功能。PLC的運(yùn)動控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。

4.2 開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。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。

4.3 閉環(huán)過程控制

過程控制是指對溫度、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，并對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實(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)。

4.4 網(wǎng)絡(luò)通信與遠(yuǎn)程控制

網(wǎng)絡(luò)通信與遠(yuǎn)程控制是指對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實(shí)施檢測與控制。PLC有多種通信接口，有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)和通信的能力，并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以，PLC遠(yuǎn)程控制是很方便的。PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程1/0之間的通信，多臺PLC之間的通信，PLC與其它智能設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、變頻器或數(shù)據(jù)處理裝置等之間的通信。PLC與其它智能控制設(shè)備一起，可以組成集中管理，分散控制式的分布式控制系統(tǒng)。

4.5 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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙，冶金，食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

5 發(fā)展趨勢

設(shè)備自動化今后將主要朝著分布式、信息化以及開放式方向發(fā)展。分布式的結(jié)構(gòu)是一種能確保網(wǎng)絡(luò)中每個智能的模塊能夠獨(dú)立的工作的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到系統(tǒng)危險分散的概念；開放化則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有與外界的借口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接；信息化則是使系統(tǒng)信息能夠進(jìn)行綜合處理能力，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化和管控一體化。在新的時代，PLC會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面完備的通信設(shè)備成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國的電氣自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。

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