PLC技术研究进展综述

鞠永胜

摘 要：PLC系统技术成熟，性价比高，在工业控制领域有着广泛的应用。本文介绍了PLC的定义、使用特点和应用领域，为进一步应用PLC提供了一定的理论参考。

关键词：PLC；特点；应用；发展趋势

引言

现代社会要求生产厂商能对市场的需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已无法满足这一要求，迫使人们去寻找一种新的控制装置。1969年美国数字设备公司研制出了世界上第1台PLC，并在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上首次使用，获得成功。从此这项新技术便迅速发展起来。

1 PLC的定义

国际电工技术委员会明确了PLC的定义：“PLC是一种数字式电子系统，专门为工业环境应用设计。PLC采用可编程的存储器，用来在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。”从该定义可以看出，PLC可完成程序存储和指令执行，进行信息的处理，从而实现从输入信号到输出信号的变换。

2 PLC的工作原理为

2.1 输入采样阶段

通过扫描完成输入状态及数据的读入，并将其保存在I/O映象区对应的单元；结束输入采样进入用户程序执行及输出刷新阶段，由于I/O映象区中对应单元的状态及数据不会随着输入状态及数据的变化而变化，所以，在输入脉冲信号的情况下，为确保顺利将输入读入，必须保证此时的信号宽度大于扫描周期。

2.2 用户程序执行阶段

PLC在本阶段会对用户程序进行从上到下的扫描。对于梯形图，首先扫描位于左边的控制线路，之后依照从左到右、从上到下的顺序开展控制线路的逻辑运算，并以运算结果为依据，对逻辑线圈在系统RAM存储区中的对应位状态或者是输出线圈在I/O映象区中的对应位状态进行刷新，并对是否要执行梯形图指示的功能指令做出判断。

2.3 输出刷新阶段

在完成用户程序扫描之后便进入该阶段，此时，中央处理器以I/O映象区中对应的状态以及数据为主要依据，对全部输出锁存电路进行刷新，之后借助输出电路驱动对应的外设，从一定意义上讲，此时才可以称得上是PLC真正的输出。

3 PLC的主要使用特点

3.1 通用性强、使用方便

由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。当控制对象的硬件配置确定以后，可通过修改用户程序，方便快速地适应应用条件的变化。

采用PLC实现对系统进行控制非常方便。在硬件方面，PLC的硬件系统高度集成化，己集成为系列化与规格化的各种模块，使用起来非常方便。在软件方面，PLC采用程序来建立控制逻辑，用程序来代替硬件接线，编制程序比硬件接线要方便得多。

3.2 可靠性高

工业生产对电气控制设备可靠性的要求非常高，应当具有很强的抗干扰能力，能够在很恶劣的环境下长期连续可靠地工作，平均无故障时间长，故障修复时间短。而PLC是专为工业控制设计的，能够适应工业现场的恶劣环境。在PLC的设计和制造过程中，采取了一系列提高可靠性的措施，使PLC的平均无故障时间可达数万小时，有些优质品牌的产品更高达几十万小时。

3.3 功能性强

PLC具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制、A/D和D/A转换、数值运算、数据处理等功能。因此，它可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制，既可控制一台生产设备，也可控制一条生产线。PLC还具有通讯功能，可与上位计算机构成分布式控制系统，实现遥控功能。

3.4 编程方法简单

PLC配备有易于接受和掌握的梯形图语言，该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近，因此编程方法简单，易于掌握。

4 PLC的应用领域

在一些发达国家，PLC已经广泛应用于各行各业。随着PLC性价比的不断提高，一些过去使用专用计算机的场合，也转向使用PLC。

4.1 运动控制

PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器与执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂家生产的PLC几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械。

4.2 开关量的逻辑控制

这是PLC最基本最广泛的应用领域。PLC取代继电器控制系统，实现逻辑控制。例如：机床电气控制，运输带、包装机械的控制，注塑机的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金企业的高炉上料系统的控制，汽车配装线、家电的生产线控制等各方面。

4.3 闭环过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D，D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制，可用PID子程序来实现，也可使用专用的PID模块。PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，还广泛地应用于轻工、机械、冶金、电力等行业。

4.4 网络通信与远程控制

网络通信与远程控制是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种通信接口，有很强的联网和通信的能力，并不断有新的联网的模块与结构推出。所以，PLC远程控制是很方便的。PLC的通信包括主机与远程1/0之间的通信，多台PLC之间的通信，PLC与其它智能设备，例如计算机、变频器或数据处理装置等之间的通信。PLC与其它智能控制设备一起，可以组成集中管理，分散控制式的分布式控制系统。

4.5 数据处理

PLC具有数学运算，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别的智能装置，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。

5 发展趋势

设备自动化今后将主要朝着分布式、信息化以及开放式方向发展。分布式的结构是一种能确保网络中每个智能的模块能够独立的工作的网络，达到系统危险分散的概念；开放化则是系统结构具有与外界的借口，实现系统与外界网络的连接；信息化则是使系统信息能够进行综合处理能力，与网络技术结合实现网络自动化和管控一体化。在新的时代，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面完备的通信设备成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。

参考文献

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