李鵬

摘要：本文基于筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合實(shí)際的框架下全面闡釋PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。為后續(xù)自控領(lǐng)域發(fā)展提供建設(shè)性幫助。

關(guān)鍵詞：PLC；控制；工業(yè)；自動(dòng)化

1引言

工業(yè)生產(chǎn)總值是衡量我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要參數(shù)之一。工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量與中國(guó)未來(lái)的發(fā)展前景密切相關(guān)。為了提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，中國(guó)工業(yè)也開(kāi)始逐步調(diào)整其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。工業(yè)自動(dòng)化可以減少生產(chǎn)不良產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，節(jié)省大量人力。PLC技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化控制中的一項(xiàng)重要技術(shù)。PLC技術(shù)采用數(shù)字電子器件控制工業(yè)生產(chǎn)，具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。

2 PLC技術(shù)概述

PLC，英文全稱(chēng)ProgrammableLogicControrler，早期的定義是可編程序邏輯控制器，而后隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及，逐漸出現(xiàn)了工業(yè)控制裝置領(lǐng)域的微型處理器，該處理器的功能極大超出了邏輯控制的范圍。因此當(dāng)前業(yè)內(nèi)將PLC定義為廣義可編程控制器。根據(jù)筆者工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，PLC是一種采用微處理器，集成自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)知識(shí)結(jié)構(gòu)、通信技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)于一體的多功能計(jì)算機(jī)組態(tài)模塊。具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、性?xún)r(jià)比高、適用性強(qiáng)、功能齊全、易學(xué)易用、體積小、重量輕、安裝方便、改造方便、能耗低等特點(diǎn)，深受各工業(yè)領(lǐng)域和工程技術(shù)人員的青睞?，F(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱是PLC技術(shù)、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造。

由此可見(jiàn)，PLC已成為21世紀(jì)工業(yè)自動(dòng)化的主導(dǎo)力量。PLC本質(zhì)上是一臺(tái)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)基本相同。PLC的結(jié)構(gòu)組成構(gòu)架為：1、電源：PLC的電源為整個(gè)系統(tǒng)提供工作電源，保證所有PLC模塊的集成電路正常工作。它在整個(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。2、中央處理器（CPU）： CPU是PLC和核心部分的控制中心，至少有一個(gè)CPU，每個(gè)PLC邏輯和數(shù)學(xué)，其主要工作是控制整個(gè)系統(tǒng)，發(fā)揮協(xié)調(diào)工作的重要作用。3、內(nèi)存：內(nèi)存可以分為系統(tǒng)程序內(nèi)存和用戶(hù)程序內(nèi)存，主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)監(jiān)視器、用戶(hù)程序、邏輯變量等相關(guān)信息。4、輸入輸出接口電路（I/O模塊）：I/O模塊是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸入輸出之間的接口電路連接通道。在工作中，模塊的規(guī)格和數(shù)量可以根據(jù)I/O點(diǎn)的數(shù)量來(lái)確定，但最大數(shù)量仍然限制在PLC系統(tǒng)底板或機(jī)架上的槽數(shù)。5、編程設(shè)備：編程設(shè)備用于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用PLC，監(jiān)控運(yùn)行，檢查維護(hù)部件，不直接參與整個(gè)系統(tǒng)的控制操作。PLC還具有功能模塊、通信模塊和人機(jī)界面組件。

3 PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1遠(yuǎn)程控制

工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展到當(dāng)前階段，無(wú)線遠(yuǎn)程控制已經(jīng)解決了航空航天、水利電力、石油化工、生物醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域的各種復(fù)雜控制問(wèn)題。其中以往的工業(yè)生產(chǎn)控制，必須將計(jì)算機(jī)設(shè)備放置在生產(chǎn)場(chǎng)地附近。當(dāng)前PLC技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制，員工可以遠(yuǎn)程控制工業(yè)生產(chǎn)。這種遠(yuǎn)程控制離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)的通信功能和通信接口。通過(guò)遠(yuǎn)程接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，員工首先可以連接到生產(chǎn)控制系統(tǒng)，解決工業(yè)生產(chǎn)中的問(wèn)題。這種遠(yuǎn)程控制方式主要有四種：PLC模塊與智能終端、PLC模塊與Internet網(wǎng)絡(luò)互連控制、PLC模塊與計(jì)算機(jī)連接、PLC模塊與以太網(wǎng)連接。

3.2過(guò)程控制

過(guò)程控制，是基于流程工業(yè)而來(lái)的，具有系統(tǒng)工程屬性。具體來(lái)說(shuō)就是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一些物理?xiàng)l件或者化學(xué)條件進(jìn)行控制。例如、流速、電壓、溫度、壓力、幾何尺寸等。通過(guò)過(guò)程控制，能夠確保生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，品質(zhì)上不會(huì)出現(xiàn)太大的差異。但是過(guò)程控制需要管理人員時(shí)刻對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)保持關(guān)注，注意各個(gè)物理?xiàng)l件或化學(xué)條件的變化狀況，工作量巨大。通過(guò)PLC技術(shù)，這種問(wèn)題就會(huì)得到極大改善，大大減輕工作人員的負(fù)擔(dān)。工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)根據(jù)自身的場(chǎng)地條件和設(shè)備技術(shù)條件，提前在PLC模塊中設(shè)定各個(gè)參數(shù)的具體數(shù)值，就能夠確保工業(yè)生產(chǎn)在正常條件下進(jìn)行。這種控制在化工生產(chǎn)、金屬冶煉、供電供熱等行業(yè)應(yīng)用較為普遍。

3.3運(yùn)動(dòng)控制

在一些機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)制造，一些部件或設(shè)備部件必須進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)，如線性運(yùn)動(dòng)、拋物運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，等等。如果這些運(yùn)動(dòng)是傾斜，的大小和形狀的部分機(jī)械設(shè)備不符合規(guī)范。PLC技術(shù)可以控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的脈沖量，保證機(jī)械生產(chǎn)中運(yùn)動(dòng)的精度，按規(guī)格制造尺寸、形狀的零件。

3.4信息控制

使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制工業(yè)生產(chǎn)必須涉及大量數(shù)據(jù)和信息的采集、儲(chǔ)存、處理和傳輸。PLC模塊在這方面具有較強(qiáng)的能力，比以往的工業(yè)控制系統(tǒng)具有更好的數(shù)據(jù)處理功能，加快了信息處理的效率，也在信息安全方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，對(duì)外界的攻擊起到了保護(hù)作用。另外，PLC模塊對(duì)智能數(shù)據(jù)分析能力強(qiáng)，能夠根據(jù)新的環(huán)節(jié)及時(shí)接收信息，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和工藝進(jìn)行調(diào)整，接受生產(chǎn)設(shè)備反饋信息，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，并為解決措施提供依據(jù)。

3.5順序控制

某些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)必須嚴(yán)格按照程序和順序進(jìn)行，必須使用計(jì)算機(jī)來(lái)確保這些生產(chǎn)過(guò)程按照順序進(jìn)行，也就是說(shuō)，按照工業(yè)生產(chǎn)順序進(jìn)行。PLC技術(shù)在順序控制中的應(yīng)用取代了繼電器觸點(diǎn)的控制方式。繼電器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)容易受外部溫度、濕度和空氣條件的影響，可能導(dǎo)致漏電。采用PLC技術(shù)，只需將指令輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即可完成順序控制，這不僅易于控制，而且能極大地保障員工的人身安全。

4 PLC技術(shù)發(fā)展分析

4.1PLC將會(huì)成為自動(dòng)化節(jié)制進(jìn)程的消耗品

隨著社會(huì)的進(jìn)步與時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)及其相關(guān)耗材將會(huì)日益成熟。所以相關(guān)維護(hù)使用成本也會(huì)成倍下降。未來(lái)隨著PLC技術(shù)的普及與發(fā)展相關(guān)系統(tǒng)模塊也會(huì)做的更加輕巧和廉價(jià)。關(guān)鍵芯片和板塊能集成多種功能，所以更換模塊比維修故障更加快捷方便，穩(wěn)定性更強(qiáng)，適應(yīng)市場(chǎng)反應(yīng)更好。所以PLC將會(huì)成為自動(dòng)化節(jié)制進(jìn)程的消耗品。相關(guān)產(chǎn)品的低廉化和故障診斷技術(shù)快捷化將是未來(lái)發(fā)展的一大主題。

4.2系統(tǒng)模擬量以及系統(tǒng)的集中控制

首先，應(yīng)用PLC的模擬量不僅可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制系統(tǒng)，和各種編程語(yǔ)言的無(wú)差別使用全面實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的各種監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)控制，有效地提高控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。工業(yè)自動(dòng)化控制的熱處理加熱、保溫和冷卻過(guò)程控制具有重要意義。其次，對(duì)于集中控制系統(tǒng)，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制的前提下，還可以進(jìn)行自控系統(tǒng)，如控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)和顯示等。而在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，I/O信號(hào)和中間存儲(chǔ)器之間存在著邏輯關(guān)系，即當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，邏輯關(guān)系將被破壞，并使用程序確定故障，進(jìn)行故障分析和報(bào)警控制。

4.3故障診斷與輔助決策

故障診斷。在智能變電站故障診斷過(guò)程中，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)分析了高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行情況?？梢允褂迷谶@個(gè)過(guò)程中廣域支持性向量機(jī)的理論和模糊專(zhuān)家系統(tǒng)故障診斷方法，綜合分析對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)使用各種方法，早期預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)備在測(cè)試條件下，可能出現(xiàn)的問(wèn)題故障隱患的診斷。輔助決策。在系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，以相關(guān)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)為目的，充分考慮智能變電站和電網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備，優(yōu)化維護(hù)順序、計(jì)劃的重要性，為決策提供支持。

5結(jié)語(yǔ)

工業(yè)自動(dòng)化是信息時(shí)代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。PLC技術(shù)作為工業(yè)自動(dòng)控制的代表技術(shù)之一，極大地促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。我國(guó)應(yīng)不斷完善PLC技術(shù)，形成規(guī)?；墓I(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)，同時(shí)保證PLC模塊的工作環(huán)境符合不同工作領(lǐng)域和屬性的要求，促進(jìn)我國(guó)的工業(yè)綜合發(fā)展。

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