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)

2 PLC的发展现状

2. 1多核PLC开发

近年来，多核PLC技术发展迅速，多核处理器跟单核处理器相比优势明显，因为在执行内核代码时，多核处理器的运算性能更高。多核PLC推动了网络自动化系统（NAS）的发展。网络自动化系统即工业自动化系统，它由传感器和执行机构以及相互连接的控制器组成。

要实现系统的自动化通常需要实时响应，并且PLC的运算能力要非常强大。多核处理器价格适中，性能出众，很多厂家开始把多核处理器集成到PLC中。采用多核处理器的PLC可以使整个系统的可靠性提高，如果PLC的一个处理器受损不能正常工作，系统也不会出现太大的影响。

如B VOCEL-HEUSER}'2〕开发的多核PLC控制系统在生产纤维板的液压机中工作时需要处理3 000 } 6000个模拟量或者数字量，滞后时间不超过10 ms}

2. 2嵌入式PLC的开发

传统的PLC具有兼容性差、通信能力差等缺点。然而为了弥补这些缺点开发出来的软PLC跟传统PLC相比，坚固性和实时性很差。因此，将传统PLC跟软PLC结合起来，开发了嵌入式PLC。嵌入式PLC将传统的PLC系统软件移植到微控制器内，然后根据用户的实际需求再个性化定制硬件。嵌入式PLC不仅成本低，性价比高，而且易用性和专业化水平得到了提高。

微控制器是整个硬件系统的核心部分，还可以添加存储、电源和时钟电路等。它可以通过自身集成的通用串行总线连接本地拓展I/ 0模块；现场总线CAN接口连接长距离扩展I/ 0接口或其他设备；以太网接口连接网络；I/ 0接口与传感器连接；RS232接口连接PC或第三方设备；RS485接口连接现场设备或仪器。所有这些都可以实现对本地设备和远程设备的控制，系统的灵活性和扩展性得以提升。

嵌入式PLC的开发中有两种类型的写作语言：梯形图和指令表。为进一步方便系统升级和维护，梯形图和指令表能转换成C语言，增加易读性和程序的可移植性。用户不直接操作硬件，而是通过PLC虚拟机实现功能存储、控制、计算和通信，增加了抗扰的软件，研发周期短，开发利用效率高。

王一凡等将嵌入式PLC应用到细纱机上，当温度为20℃、湿度为65%时，32英支精梳纯棉毛羽指数（CV值）为1. 5%，单纱断裂强度（N/tex）为15. 5，细纱条干（CV值）为11. 9%，纱线的质量有了较大的提升。

2. 3在PLC上实现模糊PID控制算法

为了达到更好的控制，操作人员通常会采用PLC内部合适的算法。在控制领域，模型越精确带来的参数越多，系统就越复杂，处理器的负荷越高。为了简化模型、减轻处理器的负担，基于模糊数学的模糊控制应运而生。PID（比例积分微分）控制是指输入和输出之间的响应方式，系统将设定期望值跟实际值对比，然后进行纠正调整。在PLC上采用模糊PID控制利用模糊推理，查询模糊矩阵，对PID的3个参数K}，、 KT；，凡，进行实时调整，使系统更加灵活性，自适应性更高。

模糊PID控制在非线性、时变、滞后的系统中应用时优点更为突出。模糊PID控制可以使系统的输出响应更为平稳，稳态精度高，超调量小，使得PLC在工业控制中应用的实用意义很大。房怀英等在沥青砂浆车液压系统中采用模糊PID控制之后，调平时间降到8. 5 s，而采用传统的PID控制需要23 s的时间，减少了系统的响应时间。

2. 4基于多层网络的多PLC控制系统

多PLC控制系统使用以太网实现与生产管理系统的连接，使用控制器链接网络完成PLC与PLC之间的连接和数据传输，并使用现场总线完成对现场控制。PLC实现了对整个过程的自动控制，并对系统中的数据的跟踪、记录和分析，实现了控制的优化。

这种系统适用于数十套大型PLC的车间，即PLC群的控制。任意一个工作节点中的PLC都会发送给其他PLC相应的控制信息，同时也接收其他PLC发送过来的信息，来形成连锁控制。每个节点的PLC都具有自诊断程序，可以根据需要显示工作区域出现故障的故障代码，故障原因可以在终端上被工作人员识别。

信息的共享是PLC之间相关控制和终端信息跟现场总线连接的关键，多层次、多网络的控制才能得以实现。

王建强等对国内一家汽车公司的生产线进行改进，该生产线年产能10万辆的焊装线上有25台焊接机器人、17个工位。通过多PLC的藕合，整个生产线和物流构成了一个整体，大大增强了生产线的柔性。

现有的PLC研究已经取得很多丰硕的成果，但是PLC技术还有许多待解决的问题，如：PLC及配套软硬件的标准化程度低、编程语言不统一、联网通信能力还不够强等。

3展望

随着自动化技术的进步，PLC在自动控制领域的应用也日益广泛，工业自动化水平也提升到了更高的平台。PLC未来的前景可以分为以下几个方面：

3. 1人机界面更加友好

PLC厂家联合软件公司或者开发自己的软件，使组态软件的水平提高了。目前PLC软件已经可以模拟PLC的运行，并且将来操作人员还可以在软件中添加自己所需要的数学函数运算等功能。西门子的WinCC、亚控科技的组态王等组态软件跟PLC硬件相结合，系统的性能得到了极大的提升，形成了友好的人机控制系统。

3. 2联网通信能力得到增强

PLC厂家在原有物理层RS232/422/485接口的基础上，又增加了其他种类通信接口，并且能跟其他智能设备组成完整的通信网络。由于操作人员对PLC联网通信的需求进一步增加，现场总线技术和以太网技术的发展将会进一步提高。例如：罗克韦尔A-B公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet ， Control-NPt ， DPVICPNPt，西门子公司的Profibus-DP及Profi-bus-FMS网络等。

3. 3系统向开放性和标准化发展

跟计算机相比，PLC的硬件和软件体系是相对封闭的，各个厂家有自己独特的标准，而且互相不兼容，这也是现在PLC发展的瓶颈。不同的PLC系统，CPU模块和I/0接口模块等都是互相不兼容的，并且不同品牌的PLC的编程语言和指令系统也是有差异的。开放是各个PLC厂家共同达成的意识，这也是各个品牌PLC竞争与妥协的结果。未来操作人员可以通过自由组合标准化的模块来控制系统。通过开放的、标准化的接口，PLC可以和其他智能设备更好地组成系统。

3. 4品种多样化

目前市面上主流的是小型PLC，随着工业化的需求，超大型和超小型PLC将会越来越多。国产的PLC在市场上还不算主流，未来国产PLC在市场上占的份额会越来越大。

3. 5编程语言的多样化

随着PLC的不断发展.PLC的编程语言也越来越多元化。目前PLC最主流的编程语言还是梯形图和语句指令表，但是新的编程语言也不断得到应用。目前已经有些PLC可以用Visual Basic和C语言来编程。面向过程的编程语言将是PLC编程语言未来发展的一个重要方向。

4结束语

在工业高度发达的今天，PLC的应用范围越来越广。随着工业自动化需求的日益提高，计算机软硬件技术和网络技术的不断发展，PLC将会有更广阔的应用空间。

40年前，PLC还只具备最简单的开关量逻辑控制功能，而今天，PLC早就超出了传统的局限范围。在工业控制领域中，PLC不仅可以处理复杂的运算，特殊功能模块也越来越多。跟PLC配套的触摸屏、组态软件、变频器、触感器等也在飞速地进步，工业控制变得越来越精细，越来越便捷。

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