略谈PLC在自动化控制领域中的应用.pdf

技术 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 2 6 略谈P L C在自动化控制领域中的应用 颜 旭玲 广东汕头超声电子股份有限公司，广东汕头 5 1 5 0 4 1 摘要 作 为工业生产现代化 的汁算机设备 ，P L C的 自动化 引领 功能特别突 出，它在 自动化控制领 域 ，具 有不可替代的作用 。工 【 生产自动化控制领域引入P L C ， 重点是开关量控制、模拟量确认、过程控制和运动控制等，实际应用时特别要注意做好控制 设计 和系统调 试，优化 、保持适度工作环境 。预 防各种干扰 。 关键词 P L C；自动化控制 ；应用 中图分类号 T P 2 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 50 30 0 9 40 4 Br i e f Pr o b e o f Ap p l i c a t i o n o f P LC i n t h e Fi e l d o f Au t o ma t i o n Co n t r o l YAN Xu l i n g Gu a n g d o n g Go w o r l d L a mi n a t i o n P l a n t ，S h a n t o u 5 1 5 0 4 1 ，C h i n a Abs t r a c t As t h e c o mp u t e r e q u i p me n t i n mo d e r n i n d us t r i a l p r o d u c t i o n，t h e s t e wa r d s h i p f u n c t i o n i s p a r t i c u l a r l y o ut s t a n d i n g ，i t ha s i r r e p l a { t a ble r o l e i n t h e f i c h t o f a u t o ma t i o n c o n t r o 1 ． P LC i n t o t h e fi e l d o f i n d us t r i a l a u t o ma t i o n c o n t r o l ， t h e k e y i s s wi t c h v a l u e c o nt r o l l i n g ， a n a l o g c o n fi r n m t i o n ， p r o c e s s m o n i t o r i n g a n d mo t i o n c o n t r o l l i n g ， e t c ． S p e c i a l a t t e n t i o n s h o u l d b e p a i d t o d o a g o o d j o b i n c o n t r o l l i n g d e s i g n a n d s y s t t I u c o n mfis s i o n i n g i n a c t u a l a p p l i c a t i o n ，o p t i mi z i n g a n d ma i n t a i ni n g a p p r o pr i a t e wo r k i n g e n v i r o n me n t ，p r e v e n t i n g a l l s o r t s o f i I l t C l ft r r n -P ． Ke y wor d s PL C； a u t o ma t i c c o n t r o l l i n g ； a p p l i c a t i o n 新世纪以来 ，随着信息技术的快速 发展 ，许 多高新技术都被运用 到生产过程和控制过程 中 ， T业生产 的 自动化程 度得到大幅度提高 。其 中 ， 可编程逻辑控制器 P L C近年来广泛地应用于 各种 机械 制造 和工业生 产过程 的 自动控制 环节 里，成为 业生产 自动化有力的技术工具。了解 和把握 P L C技术 的性质和功能 ，掌握其在工业 自 动化过程巾的不可替代 的作用 ，注意并有效解决 P I C实际应用中的问题 ，对于进一步掌握 自动化 控制技术 ，提升 工业生产 自动化管理水平 ，推进 T业生产和现代化建设 的进一步提速 ，都是很有 好 处 的 。 1 P L C的基本构成和功能作用 要把 P L C技 术娴熟地应用 于工业生产实 际 ， 需要先行 r解其基本构成和各种功能 ，以便结合 没备实际 ，最大限度地发挥其 自动控制作用 。 1 ． 1 P L C的基本构成 可编程控制器 P r o g r a m ma b l e L o g i c C o n t r o l l e r P L C 是上 世 纪九 十 年代 快 速发 展 的计 算 机技 术 ，它主要是面向工业生产的工控设备。其基本 构成包括有 电源 、接 口电路 、C P U、I ／ O电路 ， 以及存储器等 。在这些基本构成 中，电源又另包 含 了系统 、掉 电保护和备用等部分 。C P U则指 中 央处理器 ，是 P L C的核心技术所在 ，这 一部分 的 主要功能 ，是进行逻辑运算和数学运算 ，以协调 整个系统的工作 。P L C的接 口电路 ，主要是指 整 个系统和其他生产设备 、外围设备相连接 的通 道。I ／ O电路 ，是指系统的输入／ 输出电路 ，其任 务 主要是 对输入 的信 号进行 隔离 ，并进 行 电平 的转化 ，是对 P L C输 出结 果 的放大 。同时 ，又 用 以存放 系统 中 的逻 辑变 量 、用户程 序和 监控 信息等等。 收稿 蟛J 2 0 l 40 90 3 I I 9 4厂 { 颜旭玲 略谈P L C在 自动化控制领域中的应用 应用 1 ． 2 P L C的功能作用 因面 向和 目的不同 ，P L C也不同于一般 的 电 子计算机 ，它是专用于工业生产控制 的计算 机控 制器 ，主要借助 自身存储 的程序 ，处理机 内存储 单元 中的数据。而这些程序所反 映的 ，都是工业 生产控 制的要求 ，是工业 生产现场 的各种 信号 ， 对这些数据进行处理 ，其处理结果则成为输 出驱 动执行器件完成控制任务。展开来说，P L C的主 要功能如下 。 1 控制开关量。即结合控制生产现场所给 的检测信号 ，依据计算机系统的限位开关及其操 作按钮 ，实施对工业生产控制中的机械运动部件 的控制 。 2 限时控制和计数控制。通过在P L C 系统 内部设置相关 的计时指令 ，用以准确控制生产过 程 的时间 ，同时又能对设 定时 ，根据生产 实际 ， 做 出必要 的变通 。计数控制则是对各种用途的计 数进行控制 ，其计数器分为高速 、普通和可逆计 数器等 ，由于生产过程复杂 ，系统中的各种计数 器 ，都针对不同需要 ，作出计数控制。 3 步进控制 。P L C通过 系统内部 的移位寄 存器 ，能方便地完成生产机械的步进控制功能。 4 数据处理。通过中央处理器 ，P L C 能完 成加 、减 、乘 、除、乘方 、开方 等复杂而快速的 数 字运算 ，完成 与 、或 、异 或 、求 反等 逻辑 运 算 ，还能进行数值的转换和数据的移位 、比较 、 传递等多种复杂的操作。 5 通讯及联网 。关 联通讯技术 和互联网技 术 ，P L C系统可 以进行 P L C之间 、P L C与计 算机 之 间的同位链接及上位链接等 ，借助信息通讯技 术 ，满足计算机集成制造系统及智能化工业生产 的需要 。 除特殊的功能作用外 ，P L C 还具有通用性 强、使用方便 、适应面广、可靠性高、抗干扰性 能强 、编程简单等特点。它在工业 自动化控制 领 域 中 的 地 位 ，是 其 他 控 制 系 统所 无 法 替 代 的 。 2自动化控制领域引入 P L C的重点 工业生产 的 自动化 控制领域 引入 P L C技术 ， 其重点主要在开关量控制 、运动控制和精度控制 等方面。 2 ． 1开关量控制 开关量控制 ，是一种逻辑性控制 ，主要是对 工业生 产过 程 的开关操作 ，需 要把 握 时间 、程 度 、可能性 时机等 ，这些条件 ，构成 因素复杂 ， 甚至需要大量的数据处理和计算过程 ，人工不但 慢 、把握不准 ，也无法 随机应变 ，达不到高准确 度的精密要求。P L C 技术则可以游刃有余地实现 之。 例如食 品 、大棚温室 、冶金 、化工 、建材 、 机械、石油等工农业生产 ，用P L C 控制其生产环 境 、机械和接触面的温度 ，就极富 自动逻辑控制 的作 用。其控制器的系统组成 ，可以做 出如下设 计 使用 P L C作为控制核心 ，控制对象 的温度变 量 ，经过温度变送 器 温度传感器 采集以后 ， 送到A ／ D转换模块 ，转换成 P L C可读 的数据 ，再 由P L C将所得数据与温度设定值做 出比较 ，并按 原先引入的控制规律对误差进行逻辑运算，推出 决策 ，然后驱动执行机构 ，最终实现温度的闭环 控制 。这类借助 P L C技术控制开关量 ，实现温度 控制 的系统组成 ，如图 1 所示 。 人机界面 图1 温度控制的硬件系统组成 控 制 对 象 2 - 2 系统的过程控制和运动控制p P L C技术 在 自动 化控 制 领域 的 又一重 要应 用 ，是实现系统过程 和运动过程的控制 。工业生 产过程及其机械 的运 动 ，需要按照一定 的程 序 、 时间 、范 围、强度等条件 的制约 ，实现其过程和 运动的开 闭控制 。例如根据系统的模拟量 ，来决 定工作 与否 ，这就需要 自动控制。有时候又需要 让系统的参数依照要求 ，来进行运转 ，也需要通 过中央处理器做出逻辑运算 、数据处理 ，然后做 出开通或封 闭的动作 ，实现机械的过程控制 。许 多化工 、冶金 、热处理等 自动化生产 ，都需要类 似的过程控制 。 P L C对于机械 的运动控制 ，主要是指其能够 对工业加工要求中的圆周运动和直线运动等 ，实 技 术 现 自动控制 。P L C通过系统的脉冲量控制机械 的 运动 ，由于脉冲控制 的位移量非常小 ，控制要求 的精度很高 ，手动控制无法实现 ，只有 P L C技术 可 以实 现 。 目前 ，P L C运 动控 制 主要应 用 在机 械 、电梯 、机床等设备上。 2 ． 3系统模拟量确认和系统的集中控制 工业生产 自动化控制领域中 ，对系统的各种 仪表监控 ，是一大难题 ，继 电器技术无法实现模 拟量 的确认 ，进而实现 自动控制 。P L C技术能够 把准模拟量 ，进而轻松 实现对仪表 的监控 ，并 能 有效提高控制的精度。例如 ，工业 自动化控制中 的热处理升温、降温、保温等，就都可以借助模 拟量确认 ，实现升降温的控制 。 P L C的控制功能 是基于整个系统 的，甚 至包 括了软件 自身。所 以人们概之为对系统 的控制是 立体的 、集中性 的 、全面性 的。例如对系统 的故 障检 测 、故 障显示 提示 、故 障报警 、故障分 析 等 ，都可以给 以自动操作 、显示和控制。即使 出 现 了设备故障 ，设备原有的预留设置数据遭到破 坏 ，P L C仍可以借助原先编好的程 序 ，来判断故 障 ，进行分析，做出报警。 3 P L C应用需注意 的问题 P L C应用于 自动化控制领域 ，是不可阻挡 的 现代化趋势 ，它在工业生产 的 自动化进程 中，所 体现 的核心作用 ，已经无可替代。但 由于工业生 产各种环境相对特别恶劣 ，条件有 限 ，电磁干扰 特 别强烈 ，许 多因素都可能导致 P L C应用 出现问 题 。例如出现持续错误 ，或运算结果 出错 ，或安 装使用不 当．功能消失 ，等等 。其结果都可能会 造 成设 备 、失控 、误动和失 常 ，等等。因此 ，要 真正 实现 P L C的正常使 用 ，使其 发挥 出最佳 效 应 ，就得在安装使用 中注意可能 出现的问题 ，做 好控制设计 ，优化保持 良好的工作环境 ，预 防各 种干扰。 3 ． 1 做好控制设计和系统调试 把 P L C应用于 自动化控制项 目，必须先行做 好控制设计 。要提炼过程 ，优化进程 ，保证控制 体系发挥效用 ，真正实现 自动化控制 。控制设计 的过程 ，大体如图2 所示 。 1 做 好控 制任 务 的评估 。要 根 据生 产实 际 ，结合控制项 目特点和控制要求 ，仔细评估基 本任务 ，主要是详细分析控制 对象 的生产工艺 、 技术特点 ，做好控制规模 、工艺状况 、系统体系 的可靠性要求和数据处理速度等的分析把握 ，以 确立 目标 ，明确任务 ，保证效果 。 图 2 P L C自动化控制应用的设计步骤 2 选择合适的型号 。不 同的控制项 目，不 同的控制要求 ，必须 配以合适的 P L C型号 ，这就 需要做好控制器的型号选择。要考虑 自动化项 目 的输入 、输 出设备 的数量和各 自的性质 ；P L C的 特殊功能和应用要求 ；被控对象对 响应速度 的要 求 ；用户程序存贮器所需容量的估算等 。要符合 项 目特点 、要求 ，与 P L C功能作用相吻合 ，还要 尽可能考 虑设备的通 用特点 ，因地制宜 ，节约成 本 。 [■] 丑 颜旭玲略谈 P L C在 自动化控制领域 中的应用 应用 3 P L C系统 选 择 。做 好 硬 件 和软 件 的设 计 ，选择合适的 P L C系统。其 中 ，硬件设计 是指 P L C外部设备 的设计 ，软件设计是指 P L C工作 流 程的设计。硬件设计要重点做好输入设备、执行 元件 、控制台柜等的设计。可根据项 目实际情 况 ，结合用户使用手册的说明，做好输人／ 输出的 通道分配，做好接线设计。软件设计部分，重点 考虑编写正确的工艺流程 图，确定 、简化 、优 化 各种环节 ，分析 、确认转 换条件 ，并结合 分支 、 循环 、跳转等环节 ，设计好流程梯形 图。 4 系统调试 。系统调试是在设计和选型结 束之后进行的，先进行模拟调试 ，看是否符合工 艺要求 ，否则做 出调整 。再进行联机调试 ，采取 分 级做法 ，由 内到 外 ，逐层深 入 ，逐个 运行 输 出、输入部件，做出相关调整，准确无误 ，即可 实际运用 。 3 _ 2优化 、保持适度工作环境瞄 P L C的工 作环 境 ，主要 指温 度 、湿 度 、震 动 、空气和电源等方面 的条件 。必须根据项 目控 制实 际 ，结合 P L C型号特点 ，做 出必要 的条件创 设 和环境 优化 ，以生成 合适 的工作 环境 ，保 证 P L C控制功能作用 的最大程度地发挥。 1 温度。一般来说 ，P L C 要求环境温度在 0℃～ 5 5 q c，为此 ，在安装 P L C系统时 ，注意选择 合适的位置 ，保证 四周通风散热 的足够空间。 2 湿 度 。要 求 空 气 的相 对 湿 度 要 小 于 8 5 ％，以保证 P L C的绝缘性能。 3 震动 。尽量减少震动 ，以维持 P L C的运 行质量 。P L C系统要远离强烈的震动源 ，振动频 率为 1 O ～ 5 5 H z 的频繁要尽量避免 ，尽量减少连续 振动。有些震动不可避免时，就必须采取防震、 减震措施 ，例如加垫减震胶等。 4 空气 。P L C工作环境 尽量去除腐蚀 、易 燃 、易爆气 体 ，例 如氯化 氢 、硫 化氢 等 。可考 虑把 P L C安装 在封 闭性 能较 好 的控制 柜或 控制 室中，以隔绝粉尘或腐蚀性气体 ，保持空气清 新 。 5 电源 。不符合要 求 的 电源 会干 扰 P L C， 导致收到错误信息信号。为此 ，要选择使用直流 稳压 电源 ，以避免 普通 整流滤 波 电源 的纹 波影 响 ，保证 P L C不受干扰。 3 ． 3预防各种干扰 P L C有较强 的抗干扰能力 ，但还是要 做出环 境 和条件 的优化 ，预 防各种干扰 ，以保证其功能 的正常发挥。 P L C的干扰来 源和 内容 大体包括 强 电干扰 、 柜内干扰、信号线引入的干扰、变频器干扰、接 地 系统 混乱 造成 的干扰 和 系统 内部 的 干扰 ，等 等。这些干扰 ，或者影响测控信号 ，造成元器件 损坏 ，或者 影 响测 量 与控制 的准确 度 ，造成误 判 ，出现控制错误 ，等等 。因此 ，预防各种干扰 也极为重要。 4 结束语 P L C技术的发展应用 进一步推进了工业生产 的 自动化 ，必须抢 占先机 ，尽快普及推广 ，并在 应用过程 中 ，讲究科学 、规范 ，创新策略 ，认真 研究解 决应用过程 中的问题 ，以更好地推广 P L C 技术在 自动化控制 领域 的应用 ，提高工业生产的 现代化水平。 参考文献 [ 1 ]李世发． P L C在工业 自动化控制领域 中的应 用 [ J ]． 信息通信 ，2 0 1 1 4 1 7 6 1 7 7 ． [ 2 ]王起． 论 P L C 、单片机、工控机在工业现场中的应用 及选用方法 [ J ]． 广西轻工业，2 0 1 1 1 6 0 6 1 ． [ 3 ]傅宇． P L C在 工业 自动化控制中的应 用研 究 [ J ]． 机 电信息 ．2 0 1 2 3 5 2 5 3 ． 作者简介颜旭玲，女，1 9 7 1 年生 ，广东汕头人 ，大学本 科 ，工程师。研究领域 机械工程、机电一体化。已发表 论文 2 篇 。 编辑 向 飞