淺析PLC及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用

劉紀(jì)磊

摘 要：伴隨時(shí)代發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)嶄新工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC仍然能夠引導(dǎo)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，主要是由于在最初其采用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想和適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，隨著電子事業(yè)的飛速發(fā)展，PLC已經(jīng)可以在各個(gè)領(lǐng)域去適應(yīng)不同的客戶要求。這就是PLC的生命力，具有一個(gè)非常靈活的大腦，和可以隨時(shí)變化和更新的身體部件。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制 編程 PLC

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的手動(dòng)操作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能獲得好的控制品質(zhì)。目前，在電氣控制領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外普遍采用PLC可編程控制器。特別是最近幾年的冶金、制藥等行業(yè)中，PLC以其在工業(yè)惡劣環(huán)境下仍能高可靠性工作，及抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)而獲得更為廣泛的使用。PLC將電氣、儀表、控制這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強(qiáng)。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，日益躍居現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC，ROBOT，CAD/CAM）的主導(dǎo)地位。

可編程序控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按照易于與控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

一、PLC具有以下顯著特點(diǎn)

1.極高的可靠性

由于工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件遠(yuǎn)比通用計(jì)算機(jī)所處的環(huán)境差，因此要求PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并且應(yīng)能在比較惡劣的運(yùn)行環(huán)境中（如高溫、過電壓、強(qiáng)電磁干擾和高濕度等）長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。

2.使用方便

（1）編程方便：PLC有梯形圖、布爾助記符、功能表圖多種程序控制設(shè)計(jì)語言可供使用。

（2）操作方便：對(duì)PLC的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號(hào)繼電器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M(jìn)行更改。

（3）維修方便：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號(hào)燈的指示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間。

3.靈活性高

PLC的靈活性表現(xiàn)在下列三方面。

（1）編程的靈活性：PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖等，只要掌握其中一種語言就可進(jìn)行編程。

（2）擴(kuò)展的靈活性：PLC根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模的不斷擴(kuò)展，它不僅可以通過增加輸入、輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，還可通過擴(kuò)展單元來擴(kuò)大容量和功能，也可通過多臺(tái)PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能。

（3）操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。

4.機(jī)電一體化

PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，它的體積小，功能又不斷完善，抗干擾性能增強(qiáng)，機(jī)械和電氣部件被有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。

二、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普遍，所謂控制網(wǎng)絡(luò)一般指以控制“事務(wù)對(duì)象”為特征的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它主要面向企業(yè)或某個(gè)系統(tǒng)的底層?？刂凭W(wǎng)絡(luò)來源于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有許多共同點(diǎn)，但又有不同和獨(dú)特之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性是其基本要求；

（2）控制網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃裕?/p>

（3）通訊方式多采用廣播或組播方式；

（4）控制網(wǎng)絡(luò)必須解決多家產(chǎn)品和系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡(luò)中相互兼容及互操作性問題。

現(xiàn)場(chǎng)總線是近幾年來備受關(guān)注并得到迅速發(fā)展的控制網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)。它以具備數(shù)字計(jì)算與數(shù)字通訊能力的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以總線作為節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的聯(lián)系紐帶，構(gòu)成開放式、數(shù)字化的控制網(wǎng)絡(luò)，因而又被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。建設(shè)以現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)路為基礎(chǔ)的實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理、經(jīng)營(yíng)、控制一體化的信息系統(tǒng)，是許多現(xiàn)代企業(yè)正努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)將管理、經(jīng)營(yíng)、控制協(xié)調(diào)為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)加工、原料供應(yīng)與產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)、市場(chǎng)信息、企業(yè)管理、決策過程等的一體化解決方案。就現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)而言由于各種現(xiàn)場(chǎng)總線采用的通訊協(xié)議和介質(zhì)不同，不同標(biāo)準(zhǔn)的總線設(shè)備之間的互連和互操作存在許多障礙。

控制系統(tǒng)第一層通訊網(wǎng)絡(luò)操作室主機(jī)與PLC之間采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)彼此的信息交換。通過網(wǎng)絡(luò)把高爐系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)定值和對(duì)電氣設(shè)備的操作從人機(jī)接口傳送到PLC，把各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障由PLC收集送到人機(jī)接口的CRT顯示。PROFIBUS是一種國(guó)際性的開放式現(xiàn)場(chǎng)中線標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS可使分散數(shù)字化控制器從現(xiàn)場(chǎng)的底層到車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化。PROFIBUS采用RS485傳輸方式，RS485是PROFIBUS最常用的一種傳輸方式。

控制系統(tǒng)第二層通訊網(wǎng)絡(luò)操作室主機(jī)、調(diào)度室和值班室的工控機(jī)之間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議互相連接成Ether NET網(wǎng)，Ether NET網(wǎng)是IEEE802.3所支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織開放系統(tǒng)互連參考模型的7層結(jié)構(gòu)，Ether NET網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只定義了鏈路層和物理層，作為一個(gè)完整的通訊系統(tǒng)，它需要高層協(xié)議的支持。APARNT在制定了TCP/IP高層通訊協(xié)議并把Ether NET網(wǎng)作為其數(shù)據(jù)鏈路和物理層的協(xié)議之后，Ether NET網(wǎng)便和TCP/IP緊密的捆綁在一起了。以后，由于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)采用了Ether NET網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，人們甚至把超文本連接HTTP等與TCP/IP協(xié)議組放在一起，俗稱為Ether NET網(wǎng)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]基于PLC控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng) 宋樂鵬； 柳果 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2007-10-25 期刊 1

[2]DCS控制方式與PLC控制方式在輕工機(jī)械中的應(yīng)用 沈永躍 廣西輕工業(yè) 2008-04-15 期刊