PLC技術研究進展綜述

鞠永勝

摘 要：PLC系統技術成熟，性價比高，在工業控制領域有著廣泛的應用。本文介紹了PLC的定義、使用特點和應用領域，為進一步應用PLC提供了一定的理論參考。

關鍵詞：PLC；特點；應用；發展趨勢

引言

現代社會要求生產廠商能對市場的需求做出迅速反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品。老式的繼電器控制系統已無法滿足這一要求，迫使人們去尋找一種新的控制裝置。1969年美國數字設備公司研制出了世界上第1臺PLC，并在美國通用汽車公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此這項新技術便迅速發展起來。

1 PLC的定義

國際電工技術委員會明確了PLC的定義：“PLC是一種數字式電子系統，專門為工業環境應用設計。PLC采用可編程的存儲器，用來在其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其相關外部設備，都應按照易于與工業控制系統聯成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計?！睆脑摱x可以看出，PLC可完成程序存儲和指令執行，進行信息的處理，從而實現從輸入信號到輸出信號的變換。

2 PLC的工作原理為

2.1 輸入采樣階段

通過掃描完成輸入狀態及數據的讀入，并將其保存在I/O映象區對應的單元；結束輸入采樣進入用戶程序執行及輸出刷新階段，由于I/O映象區中對應單元的狀態及數據不會隨著輸入狀態及數據的變化而變化，所以，在輸入脈沖信號的情況下，為確保順利將輸入讀入，必須保證此時的信號寬度大于掃描周期。

2.2 用戶程序執行階段

PLC在本階段會對用戶程序進行從上到下的掃描。對于梯形圖，首先掃描位于左邊的控制線路，之后依照從左到右、從上到下的順序開展控制線路的邏輯運算，并以運算結果為依據，對邏輯線圈在系統RAM存儲區中的對應位狀態或者是輸出線圈在I/O映象區中的對應位狀態進行刷新，并對是否要執行梯形圖指示的功能指令做出判斷。

2.3 輸出刷新階段

在完成用戶程序掃描之后便進入該階段，此時，中央處理器以I/O映象區中對應的狀態以及數據為主要依據，對全部輸出鎖存電路進行刷新，之后借助輸出電路驅動對應的外設，從一定意義上講，此時才可以稱得上是PLC真正的輸出。

3 PLC的主要使用特點

3.1 通用性強、使用方便

由于PLC產品的系列化和模塊化，PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。當控制對象的硬件配置確定以后，可通過修改用戶程序，方便快速地適應應用條件的變化。

采用PLC實現對系統進行控制非常方便。在硬件方面，PLC的硬件系統高度集成化，己集成為系列化與規格化的各種模塊，使用起來非常方便。在軟件方面，PLC采用程序來建立控制邏輯，用程序來代替硬件接線，編制程序比硬件接線要方便得多。

3.2 可靠性高

工業生產對電氣控制設備可靠性的要求非常高，應當具有很強的抗干擾能力，能夠在很惡劣的環境下長期連續可靠地工作，平均無故障時間長，故障修復時間短。而PLC是專為工業控制設計的，能夠適應工業現場的惡劣環境。在PLC的設計和制造過程中，采取了一系列提高可靠性的措施，使PLC的平均無故障時間可達數萬小時，有些優質品牌的產品更高達幾十萬小時。

3.3 功能性強

PLC具有邏輯運算、計時、計數、順序控制、A/D和D/A轉換、數值運算、數據處理等功能。因此，它可對開關量進行控制，也可對模擬量進行控制，既可控制一臺生產設備，也可控制一條生產線。PLC還具有通訊功能，可與上位計算機構成分布式控制系統，實現遙控功能。

3.4 編程方法簡單

PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言，該語言編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近，因此編程方法簡單，易于掌握。

4 PLC的應用領域

在一些發達國家，PLC已經廣泛應用于各行各業。隨著PLC性價比的不斷提高，一些過去使用專用計算機的場合，也轉向使用PLC。

4.1 運動控制

PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器與執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產的PLC幾乎都有運動控制功能。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。

4.2 開關量的邏輯控制

這是PLC最基本最廣泛的應用領域。PLC取代繼電器控制系統，實現邏輯控制。例如：機床電氣控制，運輸帶、包裝機械的控制，注塑機的控制，化工系統中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業的高爐上料系統的控制，汽車配裝線、家電的生產線控制等各方面。

4.3 閉環過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續變化的模擬量的閉環控制。PLC通過模擬量I/O模塊實現模擬量與數字量之間的A/D，D/A轉換，并對模擬量進行閉環PID控制，可用PID子程序來實現，也可使用專用的PID模塊。PLC的模擬量控制功能已經廣泛應用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，還廣泛地應用于輕工、機械、冶金、電力等行業。

4.4 網絡通信與遠程控制

網絡通信與遠程控制是指對系統的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。PLC有多種通信接口，有很強的聯網和通信的能力，并不斷有新的聯網的模塊與結構推出。所以，PLC遠程控制是很方便的。PLC的通信包括主機與遠程1/0之間的通信，多臺PLC之間的通信，PLC與其它智能設備，例如計算機、變頻器或數據處理裝置等之間的通信。PLC與其它智能控制設備一起，可以組成集中管理，分散控制式的分布式控制系統。

4.5 數據處理

PLC具有數學運算，數據傳送，數據轉換，排序，查表，位操作等功能，可以完成數據的采集，分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙，冶金，食品工業中的一些大型控制系統。

5 發展趨勢

設備自動化今后將主要朝著分布式、信息化以及開放式方向發展。分布式的結構是一種能確保網絡中每個智能的模塊能夠獨立的工作的網絡，達到系統危險分散的概念；開放化則是系統結構具有與外界的借口，實現系統與外界網絡的連接；信息化則是使系統信息能夠進行綜合處理能力，與網絡技術結合實現網絡自動化和管控一體化。在新的時代，PLC會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規格更齊全，通過完美的人機界面完備的通信設備成熟的現場總線通信能力會更好地適應各種工業控制場合的需求，PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在我國的電氣自動化建設中發揮越來越大的作用。

參考文獻

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