李青云 濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng) 250022

PLC可編程序控制器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探析

李青云 濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng) 250022

PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)控制。

PLC應(yīng)用；趨勢(shì)；探究

前言

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱PLC，其定義是：專門為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用戶程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬量輸入，輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強(qiáng)，其定義也會(huì)發(fā)生變化。可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。

一、PLC可編程序控制器的組成

可編程控制器實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)，其系統(tǒng)的實(shí)際組成與微機(jī)基本相同，一般由以下五個(gè)部分組成：

1．中央處理器。進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)地工作；

2．存儲(chǔ)器。用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序、用戶程序、邏輯變量和一些其他信息；

3．接口電路。它是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及外圍設(shè)備的聯(lián)系通道，如輸入／輸出接口、鍵盤／顯示接口、通信接口和擴(kuò)展接口等等；

4．輸入，輸出電路。輸入電路用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行隔離和電平轉(zhuǎn)換；輸出電路用來對(duì)PLC的輸出結(jié)果進(jìn)行放大和電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；

5．電源。包括系統(tǒng)電源、備用電源和掉電保護(hù)電源等。

二、PLC可編程序控制器的工作原理

PLC首先用戶根據(jù)控制要求編制好程序并輸入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中，PLC工作的時(shí)候，CPU對(duì)用戶程序做周期性的循環(huán)掃描的方式來完成，在沒有跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。完成上述3個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個(gè)階段，一個(gè)周期所用時(shí)間為：T=(讀入時(shí)間*輸入點(diǎn)數(shù))+(運(yùn)算速度*程序步數(shù))+(輸出時(shí)間*輸出點(diǎn)數(shù))+自診斷時(shí)間 ，在每次的掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采集和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作，成為可編程序控制器的實(shí)際輸出。

三、PLC可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的利用

目前，PLC技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，目前主要是用于以下幾類：

1.開關(guān)量邏輯控制

取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

2.工業(yè)過程控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/ D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。

3.運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

4.數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

5.通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

6、 用于遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程控制是指對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實(shí)施檢測(cè)與控制。PLC有多種通信接口，有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)、通信能力，并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以PLC遠(yuǎn)程控制是很方便的。PLC與PLC可組成控制網(wǎng)?？赏ㄐ?、交換數(shù)據(jù)、相互操作。參與通信的PLC可多達(dá)幾十、幾百個(gè)。網(wǎng)與網(wǎng)還可互連。這樣，參與通信的PLC就更多，甚至不受限制。

PLC與智能傳感器、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），也可連成設(shè)備網(wǎng)。也可通信、交換數(shù)據(jù)、相互操作?？蛇B接成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到幾十、幾百米或更遠(yuǎn)。這種遠(yuǎn)程控制，既提高了控制能力，又簡(jiǎn)化了硬件接線及維護(hù)。PLC于可編程終端也可聯(lián)網(wǎng)、通信。

PLC的數(shù)據(jù)可在它上面顯示，也可通過它向PLC寫數(shù)據(jù)，使它成為人們操作PLC的界面。PLC可與計(jì)算機(jī)通信，加進(jìn)信息網(wǎng)。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理及信息顯示功能，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA（Supervisory Control and Data Acaquisition）。同時(shí)，還可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行PLC編程、監(jiān)控及管理。

PLC還有以太網(wǎng)模塊，可用其使PLC加入互聯(lián)網(wǎng)。也可設(shè)置自己的網(wǎng)址和網(wǎng)頁(yè)。有這樣PLC控制的工廠，有人稱之為透明工廠。在地球上任何可上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，只要權(quán)限允許，就可直接對(duì)其進(jìn)行訪問。遠(yuǎn)程控制威力是無比的，可提升PLC的控制能力和控制領(lǐng)域。在戰(zhàn)爭(zhēng)中遠(yuǎn)程控制對(duì)提高控制效益也是很明顯的。總之，遠(yuǎn)程控制也已是PLC應(yīng)用的重要方面。

四、 PLC可編程序控制器的特點(diǎn)

1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

由于工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件遠(yuǎn)比通用計(jì)算機(jī)所處的環(huán)境差,因此要求PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力,并且應(yīng)能在比較惡劣的運(yùn)行環(huán)境中(如高溫、過電壓、強(qiáng)電磁干擾和高濕度等)長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。

2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。

4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造

PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。

五、PLC可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)

21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

目前的各個(gè)公司都在滿足用戶需求開發(fā)多功能集成的PLC，針對(duì)不同行業(yè)的不同要求，應(yīng)該從軟硬件方面著手。

硬件上針對(duì)一體型PLC，應(yīng)該集成多種特殊應(yīng)用功能，同時(shí)增加擴(kuò)展單元的特殊功能。而模塊型PLC，應(yīng)該增加具備特殊功能的模塊。

軟件上應(yīng)該具備程序打包功能，能夠針對(duì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，使用相應(yīng)的指令，使原本復(fù)雜的程序集成為一條指令和一些參數(shù)設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)，這樣，使用者可以按照自己的設(shè)計(jì)思路，控制系統(tǒng)獨(dú)特性，進(jìn)行單獨(dú)的指令開發(fā)，同時(shí)也增強(qiáng)了程序的保密性。

結(jié)束語(yǔ)

PLC的未來發(fā)展不僅取決于產(chǎn)品本身的發(fā)展，還取決于PLC與其它控制系統(tǒng)和管理設(shè)備的集成情況。PLC通過網(wǎng)絡(luò)，被集成到計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）系統(tǒng)中，把他們的功能和資源與數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來，在工業(yè)化的未來發(fā)展中，將占據(jù)重要的地位。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.055

李青云（1969、10），男，山東濟(jì)南人，濟(jì)南國(guó)際機(jī)場(chǎng)，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，主要從事電力、電氣系統(tǒng)的研究。