基于PLC的工业自动化控制技术探讨

张捷

摘 要：本文探讨了基于PLC的工业自动化控制技术，首先介绍了基于PLC的工业自动化控制工作原理，接着阐述了PLC技术在工业自动化控制领域中的应用，并提出了当前PLC技术在工业自动化控制应用过程中存在的问题，为基于PLC的工业自动化控制技术发展提供了参考和借鉴。

关键词： PLC；自动化控制技术；自动控制原理

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。最初的PLC技术主要应用在替代继电器的控制系统，虽然此时的PLC应用范围不是很广泛，但是由于其优越的性能，渐渐吸引了各个领域专家的关注。时至今日，PLC 控制技术本身的性能得到了极大的提升，各方面的功能也都在渐渐完善，应用领域也不断扩大，已成为工业自动化控制领域不可或缺的关键技术之一 。

1 基于PLC的工业自动化控制工作原理

基于PLC的工业自动化控制技术并不是单一的技术，在其应用过程中，需要经过多方面的相互配合，才能完成既定任务。在实际应用中，PLC需要经过以下三个环节：输入采样环节；程序的执行环节；执行后的输出环节。

PLC技术的这三个阶段构成了一个完整的回路，或者说是一个完整的扫描周期。下面针对PLC的三个阶段具体说明：

1.1 输入采样环节

输入采样阶段是 PLC 控制技术应用的第一个重要环节。PLC采用扫描方式按照顺序读入所有输入状态及相应的输入数据，与此同时将这些读入的状态和数据存储到 PLC 中的映像区的控制单元。当 PLC 完成输入采样阶段之后，直接进入到用户程序的执行阶段，在此阶段会进行数据的刷新，确保输入数据的准确性。映像区中的状态和数据并不会发生改变，二者之间的运行存在一定的时间差距。这种时间差距必须要进行控制之后才能保证不变，也就是对输入信号进行控制。

1.2 用户程序运行环节

用户程序运行环节是整个PLC技术的实施环节，在这个环节下，可编程控制器会自动地对用户程序进行完整的扫描，扫描的目的是确保所有的输入程序都已经被读入。对用户程序进行扫描的过程中，可编程控制器会按照固定的顺序和路线进行程序的运算。扫描的线路是由用户程序的各个触电构成，正常的扫描顺序也是按照先左后右的顺序进行，然后根据相应的逻辑运算最终得出正确的运算结果。在此阶得出的运算结果，需要与输入采样阶段映像区中存储的状态和数据相对应，只有二者相符后，才可以确定输出映像区是否执行了相应的命令。

1.3 输出刷新环节

输出刷新环节是在前两个环节完成之后才进行的。在输出刷新环节下，PLC会对存储的数据和状态进行刷新。

2 基于PLC的工业自动化控制应用

如今，PLC作为信息技术与微电子技术的有机结合体，其可控制的编程属性，使得PLC能够满足各领域的任务需求，从而使得PLC技术在整个世界范围内被广泛使用，尤其是工业自动化控制领域对PLC技术的需求越发明显，主要表现在以下几点：

2.1 过程控制

在基于PLC的工业自动化控制应用中，过程控制的主要任务是对模拟量的操作。PLC技术在工业自动化控制中对模拟量实施实时监控，通过检测模拟量的电流、电压和温度等因素，对当前状况进行有效的分析。

依据 PLC 技术自身具有的特点，相关生产用户设定开关量，依据用户设定值，使 PLC 能够按照操作流程进行操作，在过程控制的过程中，开环与闭环发挥重要作用，通常情况下，过程控制主要应用于石油、化工和冶金领域，并且实施的效果较明显。

2.2 信息控制

在基于PLC的工业自动化控制应用中，信息控制的主要任务是实现自身数据处理功能，在信息控制的过程中，为达到信息控制的基本目的，对于生产用户的相关信息，会进行采集、存储、处理以及传输等等。此外，还能有效对数据进行分析，伴随信息时代的逐渐深入，在控制工作的过程中，对 PLC 技术提出了新的要求和标准，信息控制也是PLC技术实现信息化的主要表现形式之一。

2.3 顺序控制

在基于PLC的工业自动化控制应用中，顺序控制的主要任务是PLC 技术的状态信息，在执行的过程中，可以通过输入简单的指令，就能全面的进行顺序控制。顺序控制能够更好的体现 PLC 具有的基本功能，在顺序控制发展的过程中，PLC技术已经逐渐占据优势地位，在工业化发展的过程中，具有无可替代的作用。

2.4 远程控制

在基于PLC的工业自动化控制应用中，远程控制的主要任务是实现PLC 技术与智能终端之间的联系、PLC 与 PLC 控制网之间的联系、PLC技术与计算机技术之间的联系等。

2.5 运动控制

在基于PLC的工业自动化控制应用中，运动控制的主要任务是实现在机械运动过程中，针对这类特殊的控制对象，当其进行直线、抛物线和圆周等运动，对脉冲量实施有效的控制，以此为基础，实现 PLC 技术的机械运动控制。在基于PLC的工业自动化控制应用中，运动控制是PLC技术的难点，需要PLC技术在控制过程中保持较高的精度才能得到理想的结果。

3 基于PLC的工业自动化控制存在的问题

基于PLC的工业自动化控制技術虽然已经发展很成熟了，但是由于PLC本身的局限性，如软硬件体系封闭，专用总线、专用通信网络协议、各公司的结构不一致等原因造成各种不兼容。同时由于温度局限、湿度局限、振动局限等问题，使得PLC仍然有很多地方需要改进。虽然1992 年颁布了《可编程序控制器的编程软件标准》，为 PLC 编程统一标准提供了基础，但是新一代 PLC 尚未推出，正在规划中[5] [6]。

3.1 温度局限

国际上通常约定PLC的工作温度限制在了 0°～55°，因此在 PLC的安装过程中要考虑到散热性的要求，防止阳光直射，尽量远离发热量大的其他设备。如果周圍温度大于 55°，则要安装通风装置或制冷装置，以降低PLC的工作温度，满足PLC正常工作的温度需求。

3.2 湿度局限

为了保证 PLC 元件的稳定性，要注意湿度控制。元器件的绝缘性与环境水汽含量有关，应保证相对空气湿度在85%以下。

3.3 振动局限

PLC 对防震有一定要求，其工作环境要尽可能远离频率在 10～55 Hz 之间的震动，必要时要采取措施减少震动危害。

在未来的 PLC 应用中，主要发展趋势有：高速度、大容量、多品种，编程语言高级化、多样化，智能模块更加丰富。未来，PLC 的应用范围将更加广泛，技术将更加成熟。

4 结语

本文探讨了基于PLC的工业自动化控制技术，首先从输入采样环节、程序的执行环节、执行后的输出环节三个方面介绍了基于PLC的工业自动化控制工作原理，接着阐述了PLC技术在工业自动化控制领域中，尤其是其过程控制、信息控制、顺序控制、远程控制、运动控制的应用，并提出了当前PLC技术在工业自动化控制应用过程中存在的问题和其在温度、湿度以及振动中的局限性，为基于PLC的工业自动化控制技术发展提供了参考和借鉴。

参考文献：

[1] 邓高寿，潘宏侠.PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发.2006（03）：99-100.

[2] 郭素艳.浅议工业电气自动化及其在生产中的实践[J].科技风.2010（04）：243.

[3] 李树彬.浅谈PLC控制技术在工业自动化中的应用[J].机电信息.2011（30）：122-123.

[4] 汪小澄，方强.基于PLC的模糊控制研究[J].武汉大学学报： 工学版.2002（03）：79-81.

[5] 张帆.基于PLC控制系统设计探讨[J].中国新技术新产品.2012（06）：129.

[6] 周峰，王新华，李剑峰，等.软PLC技术的发展现状及应用前景[J].计算机工程与应用.2004（24）：57-60.