PLC的应用发展与前景

发布时间：2017-10-13 作者：冯汛倪红军石健汪兴兴来源：南通大学机械工程学院

关键字：PLC PLC发展

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PLC是一种功能丰富、高度智能化的装置，它以微电子技术为核心，集成了自动化技术、计算机技术和通信技术等，现在已经被广泛应用到工业系统的控制中。阐述PLC的具体功能及在工业控制领域内的应用；介绍当前PLC及其配套技术的最新进展；总结PLC未来的发展方向。从PLC现阶段的应用和未来的趋势来看，PLC技术会使工业控制更加自动化、智能化)

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Control-ler， PLC）结合了传统的继电器技术跟微型计算机技术，它具有数字化的操作系统并且高度贴合工业环境。继电器控制接线复杂，功耗大，柔性差。PLC与传统的继电器技术相比，它具有接线简单、能耗低、柔性好、通用性高、可靠性高等优点，是能够更好地适应现代工业发展的新型控制器〔’〕。随着微电子技术的迅速发展，PLC的性能也随之提高，PLC的发展也进一步带动了整个工业自动化水平的提高。

国际电工委员会对PLC做出了定义：可编程逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用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。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

PLC是面向生产过程控制的数字微电子装置，它被广泛运用到设备控制和过程控制中。电源、微处理器（CPL）、存储器（EPROM， RAM）、输入/输出（I/0）接口模块等构成了PLC的整体结构。PLC为了达到更好的控制目的通常还外接拓展模块，这样更加适应于工业控制中的生产、监控需要。大部分PLC还自带诊断指示器，可以帮助操作人员找到故障源。

PLC发展了40年之后，处理速度、功能较以往有了很大的提升，但是PLC最初的设计理念却始终被保留了下来，那就是简单至上。

1 PLC的应用

目前，PLC在国内外已经广泛应用于工业控制中的各个方面，包括机械、化工、电力、汽车、交通运输等，使用情况大致包括以下几类：

1. 1开关量逻辑控制

开关量的逻辑控制是PLC最基础的功能，用PLC控制取代继电器控制已成为注塑机发展的趋势〔3〕。PLC的开关量逻辑控制不仅可以应用在单机上，还可以应用于多机，甚至整条生产流水线，如：机床电气系统、化工中各种泵和电磁阀的控制系统、汽车生产线、电器生产线的控制等诸多领域都可以由PLC的开关量控制来实现。从开关量的逻辑控制方面来讲，目前没有任何控制器能和PLC相媲美。

刘丹等人〔a〕采用PLC对X5023立式铣床进行电气控制改造，提高了机床的可靠性和柔性。采用PLC控制的机床比普通机床故障减少了，加工精度提高5. 5%，而且日常维护费用降低了。

1. 2模拟量过程控制

模拟量过程控制指的是对工业生产中连续变化的量进行控制，如电流、电压、温度等。由于PLC只能处理数字量，为了使PLC能进行模拟量的控制，一般需要接模拟量的输入/输出拓展模块来进行A/D，D/A转换。PLC内部也集成了PID模块，可以通过调用PID子程序对模拟量进行闭环控制。模拟量的控制目前广泛应用于加热炉、热处理炉等设备。

刘增环等〔s〕在对加热炉炉温采用模拟量控制时，在加热炉运行过程中，炉温设定在1 200℃时，炉温稳定时，波动不会超过设定值的3%。当炉内温度受到干扰时，还可以快速响应，自动升降温度，自调整性能好。

1. 3运动控制

PLC的运动控制可以应用在直线运动和圆周运动的控制上。PLC的运动控制模块可以驱动步进电机和伺服电机的单轴或多轴位置控制。相比较于数控系统的运动控制，PLC运动控制的成本要低得多，并且一些专用于运动控制的PLC完全可以替代价格高昂的数控系统。目前PLC的运动控制主要应用于各种机床、机器人、电梯等领域〔6〕。

孙承志等〔7〕利用PLC输出高速脉冲控制电机运转，执行预设的运动轨迹。这种控制方法简单高效，精度高，抗干扰能力强。

1. 4通信及联网

PLC通信包括PLC与PLC以及PLC与其他智能设备的联网通信。

（1） PLC与PLC通信可以组成控制网，进行相互通信、交换数据等。参与组成通信网的PLC可以多达几十个，并且网和网还可以通信〔8〕。

（2） PLC与智能设备、执行元件、变频器等组成设备网。大大提高了控制的可靠性、稳定性等，又简化了硬件接线。

（3） PLC与触摸屏联网。PLC的数据可以显示在触摸屏上，并且触摸屏还可以控制PLC的运行状态，形成友好的人机界面。

（4） PLC可以和计算机联网，计算机在组态软件的帮助下，可以对PLC实施监控与管理。

褚智勇等〔9〕在工业控制的实际应用中，为了实现分散控制与集中管理，采用一台上位机监控多台PLC，构成分布式控制的网络。如：采用Profibus通信协议时，传输速率为9. 6 kb/d } 12 Mb/s，并且误码率低，通信可靠。

开关量逻辑控制、模拟量逻辑控制和运动控制可以使系统实现自动化，数据处理和通信联网可以实现系统的信息化〔2〕。PLC应用领域非常宽广，随着社会的进步，PLC的应用将会更加普遍。

PLC在工业上的功能应用虽然日臻完善，但是还存在一些不足之处，如体系结构封闭、PLC的运算速度还有提升的空间、PLC内部的算法还不够智能、联网通信能力较差等。

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