江貴清

【摘要】 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在很大程度上也促進(jìn)了電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(lái)越快。PLC在現(xiàn)今工業(yè)自動(dòng)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(xì)對(duì)PLC整體進(jìn)行介紹，再分析PLC在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用。

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

PLC作為專(zhuān)業(yè)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的電子裝置，專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作裝置。它可以對(duì)程序的存儲(chǔ)器進(jìn)行合理的編制，在內(nèi)部存儲(chǔ)中可用來(lái)執(zhí)行順序運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)以及計(jì)時(shí)等操作指令。并且能夠通過(guò)模擬式與數(shù)字式的輸出和輸入，對(duì)各種各類(lèi)的生產(chǎn)過(guò)程或機(jī)械進(jìn)行控制。隨著PLC技術(shù)的不斷成熟，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

一、概述PLC

PLC與CAD以及機(jī)器人并稱(chēng)為自動(dòng)化領(lǐng)域中的三大技術(shù)支柱。PLC的意思是人們常說(shuō)的可編程邏輯控制器，是以計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)化控制中，這種可以進(jìn)行編程的控制裝置有很大的應(yīng)用價(jià)值，為其提供極大的便利。

它將電子通訊、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)控制三種技術(shù)相融為一體，以此成為了工業(yè)自動(dòng)化中的核心設(shè)備，有維修方便、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、可靠性高以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。PLC由順序控制以及簡(jiǎn)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(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)保障。

二、PLC工作的原理

PLC在運(yùn)行中的工作分為三個(gè)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(gè)掃描周期需要可編程控制器完成這三個(gè)階段才行。因?yàn)閽呙杷俣炔煌?，不同的PLC運(yùn)行周期也會(huì)有很大的差異，所以不同的PLC要重復(fù)的進(jìn)行這三個(gè)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(huì)運(yùn)用PLC掃描的方式按順序進(jìn)行掃描，與此同時(shí)，還會(huì)在PLC的映像區(qū)單元格中把這些數(shù)據(jù)與狀態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)存。PLC在完成輸入采樣之后，就會(huì)進(jìn)入用戶(hù)程序的執(zhí)行階段并且進(jìn)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(huì)發(fā)生改變，不過(guò)，并不會(huì)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(yùn)行之間，兩者是有一定時(shí)間差距的。不過(guò)如果要對(duì)其時(shí)間間隔進(jìn)行保證，就必須要對(duì)其控制輸入信號(hào)。

2.2程序執(zhí)行階段

在此階段中，需要對(duì)用戶(hù)程序自上而下進(jìn)行掃描后再執(zhí)行相應(yīng)的程序，在掃描用戶(hù)程序時(shí)，要按照固定路線(xiàn)和順序來(lái)進(jìn)行程序運(yùn)算。其中，由用戶(hù)程序中的各個(gè)觸電構(gòu)成了掃描線(xiàn)路，其掃描的順序是由上至下，由左至右進(jìn)行。運(yùn)算結(jié)果需要通過(guò)相應(yīng)邏輯運(yùn)算出來(lái)，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，邏輯線(xiàn)圈中I/O映像中的狀態(tài)以及存儲(chǔ)區(qū)中的狀態(tài)會(huì)相應(yīng)的進(jìn)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(hù)程序結(jié)束后，PLC的輸出刷新階段才能進(jìn)行。在進(jìn)行輸出刷新時(shí)，PLC的CPU會(huì)根據(jù)其I/O映像區(qū)內(nèi)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行輸出電路的刷新，而通過(guò)輸出的控制電路驅(qū)動(dòng)，其控制電路驅(qū)動(dòng)中的外圍設(shè)備通過(guò)輸出控制了具體運(yùn)作，這樣子，就使整個(gè)PLC的運(yùn)作過(guò)程很好的完成。

三、PLC的優(yōu)勢(shì)

上文詳細(xì)分析了PLC在工作共的三個(gè)階段及其運(yùn)作，下面我們來(lái)具體了解一下PLC的優(yōu)勢(shì)有哪些。

3.1體積小，重量輕，消耗低

一般來(lái)說(shuō)，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(gè)問(wèn)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(shí)，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?yàn)樗捏w積小，所以能夠非常方便的裝到機(jī)械內(nèi)部，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。

3.2抗干擾能力與可靠性較高

對(duì)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?yàn)镻LC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(yán)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(lái)保證很好的可靠性。如果從外圍電路上看，對(duì)比一樣規(guī)模的繼電器系統(tǒng)，PLC所采用的控制系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)接電及接線(xiàn)的數(shù)目會(huì)減少很多，甚至能減少到數(shù)千分之一，以此來(lái)保證故障發(fā)生率減少。其次，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，PLC電路中一般都會(huì)設(shè)計(jì)自我檢測(cè)的相應(yīng)電路來(lái)檢測(cè)硬件故障，如果出現(xiàn)故障會(huì)自動(dòng)做出報(bào)警工作。因此，這些措施的應(yīng)用在很大程度上可以使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性有保障。

3.3易學(xué)易用

無(wú)論是變成外圍接口還是語(yǔ)言，PLC作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)還是做的非常簡(jiǎn)單的。較少外圍接口以及簡(jiǎn)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(mén)檻。即算是不明白匯編語(yǔ)言或電子電路及計(jì)算機(jī)原理的人也能很容易上手進(jìn)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(jì)算機(jī)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(qiáng)、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(chē)、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(lèi)。

4.1過(guò)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(chǎng)份額，開(kāi)始向PLC連續(xù)過(guò)程控制模式發(fā)展。而過(guò)程控制是通過(guò)對(duì)壓力、電壓、溫度以及電流等模擬量前后輸入的狀況進(jìn)行分析，使其系統(tǒng)工作的參數(shù)可以按照要求進(jìn)行。其代表類(lèi)型是閉環(huán)控制以及開(kāi)環(huán)控制，在鍋爐控制、冶金以及化工等工業(yè)自動(dòng)化中都可以很好的進(jìn)行應(yīng)用。

4.2順序控制模式

隨著現(xiàn)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技技術(shù)也因此有了很大進(jìn)步，PLC系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用來(lái)進(jìn)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(jiǎn)單的執(zhí)行指令句就能有序的進(jìn)行控制，這也恰恰使PLC的初衷反映出來(lái)。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，順序控制發(fā)揮著很大的作用。

4.3運(yùn)動(dòng)控制模式

在運(yùn)動(dòng)控制模式中，PLC技術(shù)的使用已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了，在現(xiàn)今還能保持非常好的發(fā)展，通過(guò)利用控制脈沖量來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制。根據(jù)控制對(duì)象與機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)動(dòng)控制的位置移動(dòng)十分精準(zhǔn)，適用于緊密儀器的制造與加工，例如機(jī)器人、機(jī)床、機(jī)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(yùn)算、排序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及查表等等功能，還可以進(jìn)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(guò)對(duì)信息的存儲(chǔ)、傳輸、采集以及處理，然后進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，以此來(lái)達(dá)到信息的控制目的，它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理功能。目前是屬于信息時(shí)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(biāo)志了PLC功能的轉(zhuǎn)變。

4.6遠(yuǎn)程控制模式

PLC充分利用了聯(lián)網(wǎng)的通信功能，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)今的控制方式分為計(jì)算機(jī)終端連接控制方式、職能終端遠(yuǎn)程控制以及PLC控制網(wǎng)的遠(yuǎn)程互聯(lián)控制方式等。

五、PLC應(yīng)注意的問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，PLC技術(shù)不需要采取措施，在工業(yè)自動(dòng)化中就可以使用。不過(guò)，如果出現(xiàn)一些外在原因干擾，就會(huì)對(duì)PLC正常運(yùn)作造成的很大影響，下面我們來(lái)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?xún)?nèi)，要在無(wú)凝露的狀態(tài)下保持好。

5.2電源的干擾

一般來(lái)說(shuō)，PLC電源是使用200V，50Hz的交流電，它的抵御能力非常強(qiáng)，對(duì)于輔助電源設(shè)備是不需要安裝的，不過(guò)如果出現(xiàn)了電源干擾較嚴(yán)重的時(shí)候，就需要將屏蔽層隔離變壓力安裝進(jìn)去，以此來(lái)保證電源正常的輸出。如果要在輸入端的位置利用外流進(jìn)行直流電源的時(shí)候，最好是選用直流穩(wěn)壓電源，以此來(lái)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(guò)程中對(duì)于環(huán)境的溫度一定要注意，在發(fā)熱量比較大的機(jī)器原件或附近進(jìn)行安裝，與此同時(shí)，通風(fēng)問(wèn)題也要重視，一定要保證通風(fēng)的良好，在每個(gè)基本單元中一定要間隔好。

還有就是對(duì)于太陽(yáng)光的防御，必須要防止其直接照射，像在開(kāi)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(duì)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(dòng)的影響

對(duì)于防震工作，PLC在工作時(shí)也需要注意，一般來(lái)說(shuō)，PLC的工作環(huán)境必須要求遠(yuǎn)離震動(dòng)裝置，尤其是震動(dòng)非常強(qiáng)勁的裝置，像10-50赫茲的震動(dòng)頻率是必須要防止的。如果其工作環(huán)境避免不了震動(dòng)現(xiàn)象，那就一定要采取減振措施來(lái)進(jìn)行防御。

5.5空氣的影響

PLC在使用中，對(duì)空氣質(zhì)量還是有一定的要求的，比如要避免易燃?xì)怏w、多粉塵、腐蝕、強(qiáng)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(jìn)行很好的密封，如果可以的話(huà)，最好是可以安裝凈化空氣的設(shè)備。

六、結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子科技技術(shù)也發(fā)展迅速。PLC作為一個(gè)先進(jìn)的電子裝置，在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用越來(lái)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(shí)，對(duì)于PLC也提出了更高的要求。因此，在PLC廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也要與時(shí)俱進(jìn)的進(jìn)行改變與創(chuàng)新，以此來(lái)順應(yīng)時(shí)代工業(yè)科技的發(fā)展。PLC的發(fā)展對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化以及工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

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