摘要：随着工业的发展，自动化程度越来越高，这就必然要求改变过去工业生产中纯硬件的的控制方式，从而诞生了为适应现代工业自动化发展要求的一种新的控制器——PLC；由于其具有编程简单、使用灵活、能耗低、易维护的特点，广泛应用工业自动化生产的各个领域。目前，PLC已是当今工业自动化控制领域不可替代的中心控制器件，PLC技术已经成为现代工业自动化生产的三大支柱之一。随着技术的日新月异，目前的PLC不仅可以处理数字逻辑信号，还可以处理复杂的、连续的、进度及高的模拟量控制，进军AI领域。为推动我国工业自动化发展做出了突出的贡献。
关键词：PLC控制技术；工业自动化；数字量；数据
前言
可编程控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，被广泛应用于制造、化工、机械、冶金、电力、水处理等各个领域的自动化控制系统建设。随着现代信息技术的不断发展，综合和计算机技术、自动控制技术和通信技术，形成了以微处理器为基础的新型工业控制装置PLC，它是工业自动化控制的基础设备，是自动化控制的主要手段，其功能与性能一直不断发展提升，相应的运用范围也逐渐扩大。与CAD/CAM、机器人并称为工业生产的三大支柱。在国内PLC控制技术领域，三菱、施耐德、AB、西门子等国际品牌占据着绝大部分市场，这些品牌都在不断综合继电控制器技术和计算机技术来加强自身产品技术能力，在工业自动化生产领域发挥了举足轻重的作用。PLC 技术的应用发展已经超越了原有的逻辑控制范围，在模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网远程控制等多领域得到了广泛应用。
一、PLC 的相关定义
国际电工委员会IEC于1985年一月颁布了PLC标准，对PLC做了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”常见的PLC系统的组成包括：（1）CPU模块：它是PLC的硬件核心。（2）内存模块：它主要存储用户程序，还为系统提供辅助的工作内存。（3）输入/输出（I/O）模块：它包括输入/输出电路，并根据类型划分为不同规格的模块。（4）电源模块：作用是把外部交流电压转变为内部直流工作电压，它为PLC运行提供内部工作电源，而且有的还可以为输入信号提供电源。（5）底板、机架模块：为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。（6）其他设备：如编程器、通讯模块、变频器等等。各组成部分有序结合分工合作。简单来说，PLC就是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还具有与其他计算机通信联网的功能。PLC一般按照I/O点数的多少，划分为小型机、中型机、大型机、超大型机等，如西门子S7-200系列属于小型机；现在的中型机S7-1200系列、大型机s7-1500系列。
二、PLC工作过程原理
PLC工作过程大体分为五个阶段，内部自诊断处理、与计算机或编程器等通讯操作、读入现场信号的输入处理、执行用户程序、输出处理结果。也可以简单分三个阶段：输入采样，分析数据执行用户程序、输出控制数据及刷新。PLC开始工作时，采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，先会在采样阶段进行集中扫描采样工作，将扫描采样的数据信息传到到相关的寄存器映像区的对应单元，完成输入刷新；当输入完成，端口关闭时，进入执行程序阶段，会根据程序设置的操作和控制方案自动选择对应的读取数据信号，从第一条程序指令开始执行，直到遇到结束符后再返回第一条，不断循环，映像寄存器相应的映像区内容随着程序的执行变化而变化；在执行程序过程中集中输出处理结果，完成PLC目标自动化控制。
三、PLC 技术在工业自动化控制方面的应用
1、开关数字量控制
工业领域常用开关数字量信号的电气设备有：电接点压力表、压力开关、行程开关、继电器类信号等等。开关数字量控制是PLC控制的基础功能，取代了传统继电器控制技术，是目前工业自动化应用最为广的功能。PLC开关量控制花样不少，除了完成基本的逻辑控制和顺序控制外，也能即时或延时控制，也能脉冲计数或不计数控制，还也能有时序有组合控制等等，可单独进行也可搭配组合进行；这就使得工业自动化生产能更复杂，更精密，更安全，更高效。
2、模拟量控制
模拟量是指变量在一定范围连续变化的量，也就是任意取值；模拟信号就是指在时间和数上都是连续变化的信号，对应于工业生产领域中的电压、电流、温度、压力、湿度、转速、频率等信号。PLC系统基本都能实现数字量和模拟量的相互转换。对PLC模拟量的控制，可以很好的完成系统过程控制，能有效的对仪表进行控制，较简单的开关量控制更能提高系统控制的精准度。
3、运动位置控制
机械设备工作时，信号除了开关量和模拟量，还有涉及工作对象的位置、速度、加速度，甚至平面、立体和角度的变化运动等运动控制的运动量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆机械设备在工作时，按照工作要求，有不同的运动轨迹，直线、曲线及其组合运动等等，对应不同的工作初始、运行、结束位置；虽然运动轨迹和位置不同，但是大部分机械运动、位置带有明显的规律性、周期性。这使PLC控制有了广阔的应用空间，常见的规律性的机械工业运动PLC控制系统都能很好的完成；如，PLC可以利用脉冲相对位移量小的特点来有效控制机械设备的运动及其精度。目前PLC系统硬件有很多专门针对运动控制的模块，能很好的应用于机器人领域，为步进电机和伺服电机提供单轴或多轴位置控制。随着科技的发展，现代工业很多领域对设备工作的精细要求越来越高，如机械零件的制造加工，无人车驾驶的运行位置定位等等，传统的技术已经很难满足，利用PLC运动位置控制是可以很好的满足这些高精确度要求。此外，研究人员也在分析PLC控制复杂运动的可能，认为如果能够将性能先进的传感器和单片机技术与PLC控制实现集成，复杂运动的控制并非不可实现。
4、工业过程控制
工业生产经常需要多个简单程序连接完成复杂生产过程，在这些实际工作过程中有离散的，也有连续。PLC 在过程方面的控制主要是针对生产过程中离散或连续的信号参数来进行控制工作的全过程。它是关于压力、流量、温度等等模拟量的一个闭环的控制。利用工业计算机针对每一过程步骤为PLC系统编制出各种关于控制算法和具体指令的程序，从而顺利实现闭环控制。在进行过程控制时，利用PLC 控制技术进行可靠、合理的转化，有利于推动相关工业生产进程，如化工与冶炼领域的自动化过程，利用 PLC 控制技术对生产过程中的基本参数进行自动化控制，能够防止多种问题的出现。
5、数据处理
现在的PLC系统的中央处理器运算处理功能越来越强大，数据存储器也越来越大，数据处理能力越来越优越，比传统工业控制系统更具优势，能很好的实现数据采集、比较、排序、分析、运算、转换、传送等方面的功能。在实际运行过程中，PLC系统能依据以往数据分析结果对比当前运行数据做出提示预警，定位可能故障点，帮助技术人员快速查找排查问题。PLC系统还可以作为数据终端将采集的数据通过通信网络连接到计算机或其他智能设备，并由计算机和智能设备对数据进行处理，这对于AI开发意义重大。
6、通信及联网远程控制
进入网络信息时代，工业自动化网络开始盛行天下，PLC厂家纷纷研发PLC的联网通信功能，目的是让PLC能够与其他设备通信，实现远程控制设备。PLC远程控制，就是是指灵活运用PLC通信接口和联网通信的相关功能，从而实现PLC远程控制的目的。现代工业自动化，只需要操作人员坐在中央控制室操作上位机通过网络连接现场PLC系统远程操作现场生产设备完成生产全流程控制。这是保护人员和生产集中操作分散控制所必须的。在现实中厂PLC远程控制方式主要有：PLC与智能终端的互联、PLC与PLC控制网的互联、PLC与计算机的互联、PLC与以太网的互联等远程控制方式。
四、PLC在工业自动化控制中应用需要注意的问题
PLC技术在工业自动化应用中具有较高的可靠性、通用性、操作简易性等特点，提高了生产效率，促进工业自动化发展。但是在使用过程中往往也容易受到工作环境的影响，主要有几个方面：
第一，环境温度影响。PLC系统通常允许的环境温度在0—55℃之间。安装时候必须注意设备的散热问题，不要安装在热源附近，尽量安装在通风散热良好的环境，必要时，在控制柜安装强排风扇确保通风降温。
第二，环境湿度、清洁度的影响。PLC系统的运行特别是元器件会受到湿度和外部污染杂质的影响，一般要求工作环境空气相对湿度要控制在85%以内。工作环境尽量清洁，避免环境污染气体、粉尘等污染物接电路板触元器件引起原件及线路板的腐蚀和意外绝缘破坏短路闪火爆炸等不良情况的发生。所以PLC最好安装在密闭性较高的控制室内，必要时还可以安装空气净化装置。
第三，干扰源的影响。PLC工作时不能忽略的干扰源主要有电源干扰、电磁辐射干扰、通过电源和信号线传导的系统外引线干扰、PLC系统内部干扰和接地系统混乱引起的干扰等等。这些都会影响PLC的正常工作，要采取必要措施消除干扰源，如设置隔离变压器，电源输入端加接低通滤波器，信号输入输出采用屏蔽线缆，合理接地确保接地电阻小于4欧姆等等，确保PLC系统的正常稳定运行。
五、结束语
PLC技术的发展进步，在工业自动化领域应用越来越广泛，不断推动着工业生产自动化水平的提高。分析清楚PLC技术在工业自动化应用中的优点和缺点，针对性的改正缺点，发挥优点，突破创新，有利于提高工业自动化生产效率，从而促进整个社会的工业化建设进程。加强PLC技术在通信领域和AI领域的研发，甚至PLC技术与AI技术的融合，将会是未来工业自动化应用发展的趋势，前景广阔。
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[3]从彬，朱钰.机电自动化控制中 PLC 技术的应用探析[J].决策探索（中），2018（4）：60-61
论文作者:林卓毅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
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