試論可編程控制器原理及應(yīng)用技術(shù)

趙興鵬

摘 要：可編程控制器以中央處理器為其運(yùn)行核心，在當(dāng)前的電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中占擁有重要的地位。自動(dòng)控制領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)交叉融合，在工業(yè)控制領(lǐng)域形成了可編程控制器。對(duì)可編程控制器原理及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行分析與探究，可以更好地推動(dòng)可編程控制器的發(fā)展，提高我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的水平。本文對(duì)可編程控制器原理及應(yīng)用作了一定程度的探討。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；控制技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0048-02

可編程控制器是自動(dòng)化領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域交叉融合的產(chǎn)物，它以其自身在性能與功能方面的特點(diǎn)逐漸取代了傳統(tǒng)的設(shè)備，成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制中的重要部分。

1 可編程控制器的概況

1.1 概念介紹

可編程控制器最先出現(xiàn)在美國(guó)，是一種以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)用成果之一。[1]與傳統(tǒng)設(shè)備相比，可編程控制器呈現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)，如可靠性高、能源消耗量低、抵抗外界干擾的能力強(qiáng)等等，因此其擁有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景，在當(dāng)前的工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

1.2 可編程控制器的構(gòu)成

可編程控制器的構(gòu)成部分同計(jì)算機(jī)類似。其構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖1所示。

CPU在可編程控制器中占據(jù)著控制核心的重要地位，它的作用是收集并儲(chǔ)存系統(tǒng)中所需的程序和數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中元件的運(yùn)行現(xiàn)狀，負(fù)責(zé)診斷用戶在編程過(guò)程中的錯(cuò)誤，以保證整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)；電源對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的正常與順利運(yùn)行至關(guān)重要；存儲(chǔ)器可以分為RAM和ROM兩類，RAM的功能是用來(lái)存儲(chǔ)用戶程序，而ROM的用途是用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)程序；四是輸入和輸出接口部分；最后的構(gòu)成部分是輔助繼電器，單個(gè)可編程控制器一般會(huì)配有多個(gè)輔助繼電器，用來(lái)保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這些構(gòu)成部分相互協(xié)調(diào)合作，共同促進(jìn)了可編程控制器的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 可編程控制器的工作原理探析

可編程控制器的本質(zhì)是控制程序且能被用于工業(yè)環(huán)境的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它采用的是在主機(jī)程序控制下重復(fù)運(yùn)作的運(yùn)作方式，其工作原理遵循的是以下三個(gè)步驟（圖2）。

2.1 輸入信息采樣環(huán)節(jié)

在對(duì)輸入的信息進(jìn)行采樣的過(guò)程中，首先CPU會(huì)對(duì)對(duì)象進(jìn)行掃描的工作，將掃描得出的數(shù)據(jù)結(jié)果輸送到寄存器中。[2]數(shù)據(jù)結(jié)果的內(nèi)容包括設(shè)備的運(yùn)作參數(shù)與效率、當(dāng)前狀態(tài)與溫度等指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2 程序執(zhí)行環(huán)節(jié)

在輸入信息采樣環(huán)節(jié)完成之后，開(kāi)始進(jìn)入程序執(zhí)行的環(huán)節(jié)。CPU按照用戶程序所下達(dá)的程序指令，按照順序依次執(zhí)行；CPU直接從編程元件和輸入狀態(tài)寄存器中讀取所需的執(zhí)行條件，按照程序設(shè)定的編排對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算過(guò)程，最終輸送出運(yùn)算的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.3 輸出刷新環(huán)節(jié)

在執(zhí)行完收到的所有指令后，CPU會(huì)重新刷新程序中的數(shù)據(jù)信息，并重復(fù)以上兩個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)，對(duì)新的數(shù)據(jù)完成輸入、輸出和運(yùn)算三個(gè)環(huán)節(jié)。

以上三個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程與可編程控制器的系統(tǒng)控制合在一起被稱為一個(gè)周期的運(yùn)作。[3]周期的不斷重復(fù)即構(gòu)成了可編程控制器的工作原理與過(guò)程。通常來(lái)說(shuō)，一部可編程控制器的一個(gè)運(yùn)行周期所花費(fèi)的時(shí)間越短，它就能在相同的時(shí)間里進(jìn)行越多次數(shù)的周期運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)提高工業(yè)環(huán)境的控制監(jiān)督能力具有十分重要意義。

3 可編程控制器的應(yīng)用技術(shù)探析

3.1 應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀

可編程控制器對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行了改善與提高，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)進(jìn)行整合，形成了新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在實(shí)際的工業(yè)控制過(guò)程中，可編程控制器通過(guò)接口與設(shè)備形成相互連接的系統(tǒng)，設(shè)備將自身的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入到可編程控制器中；可編程控制器對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、算術(shù)與邏輯運(yùn)算和輸出等程序?？删幊炭刂破鬏敵龅臄?shù)據(jù)結(jié)果是工業(yè)設(shè)備控制優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)。

可編程控制器在工業(yè)控制中的運(yùn)用，對(duì)工業(yè)運(yùn)作環(huán)境起到了重要的改善作用，成功地將人與機(jī)器分隔開(kāi)來(lái)，改善了工人的工作環(huán)境，也提升了企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)力，促進(jìn)了工業(yè)控制水平的提高。

3.2 應(yīng)用前景與趨勢(shì)探析

可編程控制器同傳統(tǒng)設(shè)備相比具有較大優(yōu)勢(shì)，因此，它在當(dāng)前的工業(yè)控制中的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。信息化的快速發(fā)展，為可編程控制器的廣泛應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)遇。

首先，計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)成果都會(huì)被運(yùn)用到可編程控制器中來(lái)?？删幊炭刂破髟诖鎯?chǔ)容量、運(yùn)算速度等方面都將得到大幅度的提升，對(duì)各種工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能力會(huì)得到加強(qiáng)。

其次，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，促使可編程控制器與其他類型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互交叉、融合，可編程控制器將向著大型控制系統(tǒng)的方向發(fā)展。大型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將使得可編程控制器不再局限于工業(yè)領(lǐng)域，而是可以被廣泛地運(yùn)用到更多的領(lǐng)域，促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域自動(dòng)化水平的提高。

最后，可編程控制器的產(chǎn)品規(guī)模將朝著超大型與超小型的方向發(fā)展。目前，超大型的可編程控制器已經(jīng)出現(xiàn)，采用多個(gè)CPU共同運(yùn)轉(zhuǎn)，存儲(chǔ)器也具有超大容量。而小型模塊化結(jié)構(gòu)是超小型可編程控制器的發(fā)展傾向，靈活性會(huì)更強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

在信息化技術(shù)高速發(fā)展的今天，可編程控制器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用會(huì)迎來(lái)新的機(jī)遇期，擁有廣闊的發(fā)展前景。對(duì)可編程控制器的工作原理進(jìn)行探析，可以不斷完善其工作程序，更好地將其運(yùn)用到工業(yè)控制中來(lái)；對(duì)其應(yīng)用的現(xiàn)狀與前景進(jìn)行科學(xué)探析，可以推動(dòng)可編程控制器行業(yè)水平的進(jìn)步與提高，也對(duì)我國(guó)的工業(yè)控制水平的提高起到促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]武猛.可編程控制器PLC的基本原理及應(yīng)用研究[J].科技展望，2016，26（9）.