可编程控制器PLC应用探究

镇江船艇学院 陈 卓

可编程控制器PLC应用探究

镇江船艇学院 陈 卓

本文简要概述了可编程控制器PLC的概念，归纳总结了PLC应用的控制方式，分析了当前国内外PLC当前的应用领域及现状，对PLC未来的应用方向进行了探究。

PLC；控制方式；现状；应用方向

可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的控制系统。早期的可编程序控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着微型计算机技术的发展，PLC的功能早已超出了逻辑控制的范畴。目前，PLC正在广泛深入地应用于工业控制的各个领域。

1 PLC应用的控制方式

PLC实现了逻辑控制和顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流控制，大致可归纳为开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。

1.1 开关量的逻辑控制

流水线：如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

1.2 模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使PLC能够处理模拟量信号，就需要在PLC中实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换或D/A转换。此时需要使用A/D转换模块和D/A转换模块来使PLC用于模拟量的控制。

1.3 运动控制

众所周知PLC是可以用于控制圆周运动或直线运动的，从控制机构的配置角度来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块，如可以驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。

1.4 过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

1.5 数据处理

现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到其他智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

1.6 通信及联网

PLC通信所指的是含PLC与PLC之间的通信及PLC与其他智能设备之间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂家都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。另外，新近生产的PLC设备都集成了通用的通信接口，使得通信更加方便快捷。

2 PLC当前的应用领域

作为增长速度最快的工业控制设备，PLC在工业控制领域已经得到广泛应用，它极大地改善了相应行业的自动化水平，已经成为工业自动化支柱技术之一。PLC各领域的应用如下：

2.1 化学工业

传统化工行业是粗放型的，产品附加值低，环境影响大，新建化工厂多是精细化工厂，设备及控制技术的要求更高。由于化工行业环保要求提高，化工厂需要对周边的水处理和循环系统等进行改造，因此，对自动化程度提出更高要求，其应用如下:化学反应槽批量控制、化学水净化处理控制、自动配料、化工流程控制、煤气燃烧控制等。

2.2 机械工业

PLC早期是在机械自动化领域中应用，目前，PLC控制技术已经远远超出了传统的机械控制范围。高精度运动控制技术实现了高速编码计数、速度与位置补偿、电子齿轮传动、凸轮仿形、多轴插补、CNC技术、飞锯等；智能温度控制中，传感器直接通过PLC温度模块，参数方便整定，可以完成自校正PID控制;其实时控制技术保障了机械性能的可重复性。机械工业应用如起重机械控制、数控机床控制、纺织机械控制、自动装卸机控制、移送机械控制、立体智能仓库控制、铸造控制、热处理控制、输送带程序控制等。

2.3 电力工业

PLC运用在电力负荷控制，自动抄表控制，输煤系统控制，锅炉燃烧控制，火电除灰渣控制等方面，水电厂的汽轮机和锅炉程序控制，化学补给水，冷凝水和废水的程序控制，水塔水位远程控制都有PLC的参与。

2.4 冶金行业

PLC作为主控制器在采选矿、烧结、高炉、转炉、铸造、轧钢及相关的辅助设施控制中应用广泛。由于控制点数较多，控制要求较高，大型PLC居多，其应用如下：跟坯连铸机二冷配水控制、加热炉温度控制、高炉上料控制、轧材风机生产线控制、粉末冶金主续烧结炉控制、电弧炉控制、出料自动分配控制、包装搬运控制、翻砂造型控制等。

2.5 印刷及包装行业

印刷行业用户多样化，印刷向着小批量、多品种的方向发展，因比，印刷机械具备更高的生产效率和生产柔性。由于PLC采用实时性较好的工业以太网技求，确保每个生产作业保持同步响应，使得基于PLC的印刷控制系统能完成更高性能、更高情度的印刷作业。由于PLC具有开放式标准化的通信、编程、数据处理架构等多样化功能，民开发周期缩短、成本降低、高效安全地运行。PLC在印刷及包装行业的应用有：胶印机输我控制系统、彩色丝网印刷机控制系统、自动模切压痕机控制系统、高速双面印刷控制、包装；p刷自动套色控制、印刷张力控制系统等。

以5D为代表的“普及型低价全画幅”的推出，说明佳能当时已经突破CMOS传感器制造上的技术瓶颈，全画幅CMOS制造过程中的成品率得以保证，现在来看这也成为了全画幅机型能够在数码单反相机领域保持领先优势的保证。

2.6 纺织工业

粗纱机控制、印花机控制、高精度张力控制、带条形码识别器的布料流惺监控、手套机程序控制、落纱机控制、高温高压染缸控制等。

2.7 食品工业

发酵罐过程控制、物料配比控制、净洗控制、包装及灌装控制、搅拌控制等。

2.8 造纸工业

纸浆搅拌控制、抄纸机控制以及卷取机控制等。

2.9 建材工业

水泥生产过程控制、水泥配料及水泥包装过程控制、干燥机控制、人造技生产线控制、胶板热压机控制等。

城市热网控制、水处理及城市供水控制、楼宇电梯控制、楼宇保安控制、楼宇防灾机械控制、剧场舞台灯光控制、隧道排气控制、新闻转播控制等。

2.11 交通运输业

电动轮胎起重机控制、交通灯控制、汽车发电机力矩和转速校验、交匾指挥控制等。2.12 制药行业

药丸包衣制粒机控制、生物制药生产过程控制、药品包装控制、高温灭萄控制、真空履带干燥控制等。

2.13 汽车工业

移送机械控制、自动焊接控制、装配生产线控制、铸造控制、喷漆流水线控制等。

3 PLC未来的应用方向

3.1 PLC在ClMS中的应用

计算机集成制造系统(ClMS)中，生产过程的控制包括现场控制、设备控制、过程控制等村容，统称为综合控制系统。它是一种先进的工业过程综合自动化系统，总体包括如下三个方面：

(1)电气控制，以电动机控制为主，涵盖工业过程设备及电器参数检测和处理；

(2)仪表控制，实现以PlD软仪表为代表的生产过程各种回路控制功能；

(3)计算机控制，实现各种模型计算、参数设定、过程监控运行和管理。

目前，PLC突破了原有的可编程序控制器的概念，已经成为综合控制系统的整机设备。

将工厂生产过程控制与信息管理系统密切结合，形成计算机集成制造系统(ClMS)，实现般据共享、信息集成、分布数据管理和实时控制。在制造自动化或柔性制造方面，提高产品制造的质量和设备利用率，缩短产品制造周期，使企业的经营决策和生产管理趋于科学化，提高企业整体效率，实现真正意义上的工厂电子信息化。

3.2 PLC与DCS的逐步集成

随着自动化技术和计算机技术的发展，特别是网络通信技术的飞跃发展，PLC系统与DCS系统呈现出了融合与集成的趋势，PLC已开始逐步占领中小型DCS市场，诸如炼油厂、化工厂、发电厂、造纸厂和金属冶炼厂等过程控制行业。由于DCS系统的性能好和可靠性高，以往此类控制系统多采用DCS技术，因此，DCS确立了在过程控制行业中的应用地位。

3.3 PLC过程控制功能增强

传统PLC多应用于离散控制领域，如今PLC已广泛应用于过程控制领域，而且这种发展趋势正在进一步得到增强。PLC厂商开发了一些过程控制专用模块，可方便地实现闭环控制；PLC的CPU执行速度大幅度提高，增强了对模拟量的处理能力，可方便地实现高速测量、回路控制和过程诊断；编程语言趋于标准化，软件工具的开放性更加适宜于控制系统的需求；容错及安全技术的应用进一步提高了系统可靠性；PLC不仅提供了硬件模块，还为用户提供了组态工具、故障诊断、网络通信等软件包，丰富的智能模块简化了系统设计和编程;现场总线技术的采用使得控制网络的配置更灵活，扩容更方便，更具开放性。

3.4 PLC与柔性制造系统

柔性制造系统是自动化程度高、由多种先进技术和设备复合而成的复杂系统，计算机、可编程序控制器、数控装置是实现柔性制造的三种基本控制设备，它们之间技术相互渗透、融合，常采用直接数控结构或多级分布式结构协同工作，控制整个制造系统协调地运行，形成了具有复合功能的控制系统。

作为柔性制造自动化系统的基本控制设备，PLC的网络通信功能尤为突出，不仅PLC之间能够交换数据，还要求PLC能够高速实时地与上位计算机和控制器通信，传送制造命令、生产统计、故障分析等信息。为了能与不同设备联网通信，PLC基于开放式的通信协议，能够方便地与外围设备进行通信，如条码阅读机、位置检测控制设备、伺服控制装置等。

3.5 PLC与工业以太网

随着以太网通信速率的提高、交换技术的发展，工业以太网与其他现场总线或工业通信网络相比，具有应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、持续发展潜力大等优点，因此，以太网不仅垄断了工厂综合自动化的信息管理层网络，而且在过程监控层网络也得到了广泛应用，并有直接向下延伸，应用于工业现场设备层网络的趋势。开放式PLC将以太网和串口内置于PLC的内部单元，可以低成本地具备相关通信功能。只要将各类通信协议输入PLC通信模块，就可以将模块作为一种专用协议模块来使用。最新的开放式PLC内部具有Java功能和WebServer功能，即使不用上位机也可以将PLC的故障报警和事件处理等信息，通过通信模块自动传送到互联网上，用户可以通过电子邮件以及手机短信的方式来接收这些信息，甚至可以通过GPRS，CDMA等先进技术来进行控制信息的通信，使用户随时了解设备运行状况，进行远程诊断和监控,有利于及时控制及管理设备运行过程。

[1]肖军．可编程控制器原理及应用[M]．北京:清华大学出版社,2014,12．

[2]戴一平等．PLC控制技术[M]．北京:清华大学出版社, 2013,11．