PLC在工業(yè)自動化控制領域中的應用及發(fā)展

施巍鵬

（義烏市水處理有限責任公司，浙江 義烏 322000）

0 引言

改革開放以來，國家經濟突飛猛進，當前我國正逐漸朝向工業(yè)現代化國家邁進。工業(yè)是國家支柱型產業(yè)，在國家經濟的發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用。伴隨科學技術的日益發(fā)展，電子計算機技術在工業(yè)生產加工中獲取了比較普遍的應用，PLC技術便是基于電子計算機技術而誕生的技術。通過對PLC技術的有效應用，保證了工業(yè)生產產品的質量，給工業(yè)生產過程的安全性提供了重要保障，實現了對各種成本的有效控制，創(chuàng)造了更多經濟價值。

1 PLC及其相關組成構件

關于PLC技術，其在發(fā)展的初期階段，稱為可編程邏輯控制器，后伴隨技術的不斷進步，在工業(yè)控制領域中進行了微型處理器的應用，這一技術所展現的功能漸漸擴大，不再局限于邏輯控制，如今將其稱作可編程控制器。所謂技術，其是應用微處理器，對計算機技術、自動控制技術等相關技術加以整合應用于工業(yè)生產自動控制中的技術。PLC系統(tǒng)通常存在比較強大的抗干擾能力，功能相對健全，體積相對較小，質量輕，且安全可靠等諸多方面的特點，在工業(yè)領域中獲取了比較普遍的應用[1]。

從根本上來講，PLC也屬于一種計算機系統(tǒng)，主要應用在工業(yè)生產控制領域，相應的組成構件主要包含：（一）電源。PLC電源給系統(tǒng)整體提供電力，確保PLC各相關模塊的集成電路可以保持正常的工作狀態(tài)，其在系統(tǒng)整體中發(fā)揮著極為關鍵的作用。（二）中央處理器。這一構成部分在PLC系統(tǒng)中，是核心的構成部件，每一個系統(tǒng)中均進行了中央處理器的設置，其所負責是邏輯和數學運算，控制系統(tǒng)整體的運行，使其協(xié)調的作用得以充分發(fā)揮。（三）存儲器。在PLC系統(tǒng)中，儲存器主要分為系統(tǒng)及用戶儲存器兩種不同類型，負責對系統(tǒng)中的邏輯變量、用戶程度等相關內容加以存儲。（四）模塊。該模塊是一個連接通道，主要的作用是連接系統(tǒng)應與現場相關設備輸入及其輸出接口的電路。具體工作開展期間，主要是結合所對應的點數針對模塊的實際數量與規(guī)格進行確定。但實際中，最大數量與系統(tǒng)底板或是機架之間對應的槽數具有一定的關聯(lián)。（五）編程設備。這一設備主要應用于PLC系統(tǒng)的應用、運行監(jiān)測和檢查維護，在系統(tǒng)整體的實際運行中并不參與。

2 PLC系統(tǒng)工作原理

2.1 輸入采樣階段

此階段，PLC系統(tǒng)采用掃描的方式，主要通過接口對應的狀況和數據進行相關操作信息的讀入，并保持一定的順序。與此同時，將這些信息存儲在I/O映像區(qū)單元中，并在同樣的掃描周期單元中對應的狀態(tài)和數據信息是不會發(fā)生變化的。因此，如果是輸入相應的脈沖信號，則脈沖信號相應的寬度至少需要多于一個掃描處理周期，這樣才能保障對應輸入的信號可以被實際讀取。

2.2 用戶程序執(zhí)行階段

此階段，屬于掃描處理周期的第二階段，這時系統(tǒng)大多是結合了梯形圖形的樣式，并且采用從上至下的相應次序，按照一定的次序針對用戶程序進行掃描處理，但是針對每一梯形圖，則是按照從左至右、從上至下的相應次序，針對由每一觸電所構成的相應控制線路，采用邏輯處理方法。下一步通過計算所產生的結果，對輸出點對應的邏輯線圈，將在PLC系統(tǒng)RAM內保存區(qū)狀態(tài)和映像區(qū)對應的狀態(tài)進行刷新。因為是對掃描技術加以應用，因而在一個掃描周期內只是會針對排在梯形圖下方位置的線圈或者相關數據信息發(fā)揮作用，然而對于排在上方位置的線圈或是相關數據信息只是在下一個掃描周期才能予以刷新[2]。

2.3 輸出刷新階段

此階段，是系統(tǒng)掃描處理周期的最后一個階段。中央處理器會結合上階段完成處理的映像區(qū)對應模塊的狀態(tài)和數據信息，對于所有完成輸出的鎖存電路予以刷新處理，并有效驅動輸出電路，在相應設備中予以輸入處理，此時，方才結束了一個PLC控制的相應周期。

3 工業(yè)自動化控制領域中PLC的主要應用

3.1 工業(yè)生產流程的控制

針對工業(yè)生產流程加以掌控是PLC研發(fā)和設計的一個基本理念，同時亦是將其在工業(yè)自動化控制中進行應用的重點目標所在。工業(yè)生產流程中，PLC系統(tǒng)從整體上的把控，一般都是從產品的生產過程、生產加工所采用的順序及其產品質量相關信息等眾多不同的層面予以控制。一方面，在工業(yè)生產過程的控制中，一般都是指產品生產加工操作中，應用針對各種不同化學反應所具有的催化強度，通過外部電氣性質控制、產品外形等眾多方面的控制。亦正是基于這種量化生產工藝參數的方式，使得工業(yè)產品工藝的穩(wěn)定性獲取了較好的保障。另一方面，工業(yè)生產順序的調節(jié)與控制也是針對產品生產工藝予以優(yōu)化的重要舉措，譬如，在相關零件的生產中應用銑壓數控機床，與傳統(tǒng)所采用的手工銑壓機床相對比，針對整料坯材質和體積的控制，鍛件應用模具相應的更換會更加便利，且具有一定的靈活性，于工業(yè)產品的大批量生產與相關產品生產線的調節(jié)和改進。

3.2 生產環(huán)境的控制

工業(yè)生產環(huán)境的監(jiān)控及調節(jié)也是PLC工業(yè)生產應用中一個重要的方面。眾多行業(yè)的產品生產加工中，環(huán)境因素都是對產品質量及其工藝穩(wěn)定性造成影響較大的因素。比如，糧食和酒精工業(yè)生產過程中，需要對發(fā)酵的濕度、溫度和酸堿度進行嚴格控制，以加大產能，形成對產品質量的有效控制?？梢?，利用PLC進行有效監(jiān)控與環(huán)境的調節(jié)是工業(yè)生產中十分重要的一個環(huán)節(jié)。另外，PLC對于工業(yè)生產環(huán)境的控制在生產安全方面同樣存在著非凡的意義。利用相關傳感器裝置針對空氣成分和溫度等相關信息加以獲取，并做出相應的分析及調整，能夠合理規(guī)避一些火災安全隱患，給工業(yè)生產的安全性提供了有力保障[3]。

3.3 產品質量的控制

工業(yè)生產產品質量的控制也是PLC控制中十分重要的一項工作。就實際操作層面來講，PLC控制是利用針對工業(yè)生產加工中相關信息的監(jiān)控實現對產品質量的有效控制。PLC在工業(yè)生產領域中的應用集合了具有較大兼容量的信息感知系統(tǒng)針對產品有關的參數信息實施采集、傳送、對比、保存和殘次品、劣質品等眾多產品質量控制流程，而這正是PLC在自動化控制領域與過往采用機械加工生產方式突出的優(yōu)勢所在。利用對于工業(yè)產品生產中相關數據信息的收集，設計人員能夠對產品本身的特征及其可能存在的各種缺陷具有更為充分地掌握，給后續(xù)的調整及改進提供了重要保障。

3.4 遠程控制

以往工業(yè)生產中，在過程控制上，通常都是在生產基地的周圍進行相關計算機設備的放置。然而對PLC技術加以應用，能夠針對工業(yè)生產進行遠程控制，工作人員無須保證在生產基地周邊便可以保證對于工業(yè)生產過程的相應控制。這種遠程操作模式的有效實現，同網絡通信功能和接口間具有密切的關系。工作人員能夠針對相應的計算機網絡，采用遠程技術予以訪問，在生產控制系統(tǒng)中進行有效連接，這樣在工業(yè)實際生產過程中出現問題時便能夠得到及時有效的處理。

3.5 運動控制

應用部分相關機械設備實施工業(yè)生產加工處理操作時，通常都會涉及各種不同形式的物理運動，倘若零件在具體運動中出現一定的偏差，便會促使其尺寸及形狀等方面和相應的要求之前產生偏差。但充分應用PLC技術，針對機械運動，可以采用脈沖量的控制方式，保障了機械生產加工中各種運動更加精準，給生產加工出零件的形狀、尺寸符合產品要求提供了有力保障。

3.6 信息安全的控制

對于PLC系統(tǒng)以及系統(tǒng)中涉及的有關配套硬件和軟件，在PLC設計之初便對工業(yè)生產產品相應信息安全方面的問題給予了充分地考慮。一方面，信息安全上的問題并不是僅局限于工業(yè)自動化控制領域，而恰恰是工業(yè)自動化領域中所面對的相關產品信息安全風險問題正是因為網絡系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)所產生的。要想確保遠程監(jiān)控、操作以及系統(tǒng)維護等相關功能的有效實現，系統(tǒng)中所集成的相應通信模塊，便需要采用IPv4終端的模式，并且通過以太網串口通信協(xié)議，以使得系統(tǒng)和網絡之間的雙工數據信息交流能夠高效地進行，以便有效避免協(xié)議簇漏洞被攻擊者的非法使用，其中所包括的各種通信模塊，不僅集成了一定的防火墻等技術功能，也需要針對部分并非必要的UDP/TCP端口加以關閉，針對所有必需的端口及其隨機端口所對應的各種通信報文加以監(jiān)聽，同時予以相應檢測，并采用雙向鑒權加密的形式對其加以訪問，倘若這一過程中檢測出了畸形化的報文和非法進行訪問的一些報文，這樣的情況便會使得端口出現擁塞的問題，同時會將對應的訪問員MAC地址在相應的黑名單中進行加入。利用這樣的校驗機制，勢必會大幅強化PLC系統(tǒng)針對工業(yè)生產產品相關信息的保密強度[4]。

4 工業(yè)自動化控制領域中PLC技術的發(fā)展前景

4.1 功能性

依托于軟件行業(yè)適應性代碼的大量應用及其和電路、芯片等一些硬件的集成和模塊設計，PLC在具體工業(yè)生產過程中，在對工業(yè)產能及產品零件相應功能擴容等問題加以面對時，能夠更加方便地變更與調整PLC相應的控制順序。另外，隨著工業(yè)生產的日益發(fā)展，針對各種零件相應的精密度提出了更高的要求，此種狀況下，PLC技術為也應順應時代發(fā)展予以一定改進。本著確保信息化功能相關硬件設備有效實現的目的，PLC工業(yè)自動化領域相應發(fā)展速度也需要確?？梢愿想娮有畔a業(yè)的發(fā)展速度。

4.2 普及性

工業(yè)生產過程中有大量工作人員，要想確保工業(yè)產品質量，保證工業(yè)生產過程更加安全，應對PLC技術予以大力應用，而PLC技術要想獲取較為普遍的應用，便需要加強工作人員的素質，使得PLC系統(tǒng)操作技術得以普及。換言之，要想確保工業(yè)自動化領域針對勞動力方面的需求得到良好實現，便應對PLC系統(tǒng)相應的專業(yè)性與可操作性提出一定要求，應逐漸朝向圖像化、可視化等方面演進，保證PLC技術大眾使用的廣泛性。

4.3 兼容性

當前，PLC技術已然在眾多行業(yè)的車間中獲取了一定規(guī)模的應用，伴隨信息化技術的不斷進步與發(fā)展，PLC技術的應用必然也產生了更多新的觀念。因為PLC技術的設計及其工作軟件的系統(tǒng)也是以Windows操作平臺為基礎的，但這一軟件環(huán)境也會對PLC的應用起到一定的限制作用。所以針對PLC技術和軟件平臺之間的兼容性也是今后發(fā)展的一個主要趨勢。另外，因為工業(yè)中具有眾多不同的門類，不相同的工業(yè)產品在設計和生產加工中，一些情況下需要跨行業(yè)予以實施，也有的需要跨地區(qū)予以相互配合，這樣對PLC系統(tǒng)提出了一定要求，應保證可以和其他相關設計制造體系間實施良好的融合[5]。

5 結語

總而言之，工業(yè)生產加工中，PLC技術獲取了比較廣泛的應用，使得工業(yè)自動化生產持續(xù)性得到了良好保障，然而該項技術仍然具有較大發(fā)展前景，企業(yè)需要秉持“實事求是”的原則，結合本身的具體情況充分應用與發(fā)展PLC技術，針對PLC技術加以優(yōu)化處理，引入一些高新技術型人才，針對PLC技術的源碼加以完善，確保PLC技術可以較好地應用于工業(yè)生產加工中，這樣可以為產品質量提供有力保障，并加強生產過程的安全性，促進企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。