PLC技術在自動化控制系統(tǒng)中應用
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PLC技術是一種可擴展的編程控制器，這是一種結合了計算機技術的先進控制方式。PLC系統(tǒng)按結構分為眾多的控制模塊，例如電源模塊，中央處理器模塊，模擬量輸入輸出模塊，數(shù)字量輸入輸出模塊，特殊模塊等，實現(xiàn)了智能控制功能。PLC技術的基本運行原理是通過輸入模塊，將現(xiàn)場信號及設備狀態(tài)讀取到系統(tǒng)內(nèi)，然后通過中央處理器根據(jù)編寫的程序處理邏輯關系，最后通過輸出模塊輸出控制信號，以實現(xiàn)智能邏輯控制。隨著現(xiàn)階段計算機技術的進步，在自動化控制技術的研究過程中更多的將PLC系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)有效地集成在一起，組成一套大型的DCS系統(tǒng)。另外，隨著計算機處理技術的發(fā)展，在系統(tǒng)中應用了高速CPU、高速計數(shù)，脈沖控制等模塊，以提高PLC在實際過程應用中的控制能力。并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，遠程控制等功能。另外在PLC系統(tǒng)的設計過程中，通過靈活多樣的程序設計，將工藝流程通過梯形圖、語句表的方式系統(tǒng)的展現(xiàn)出來。
2PLC技術的主要特點及價值
2.1特點
（1）應用廣泛自動化控制系統(tǒng)中使用PLC、觸摸屏、工控機、伺服控制器等工控設備，已經(jīng)是每個制造企業(yè)普遍采用到的技術?？梢哉f現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品制造都離不開以PLC系統(tǒng)為基礎或核心的控制系統(tǒng)。通過PLC系統(tǒng)實現(xiàn)的人機交互、設備的遠程控制、參數(shù)設置、報警提示，實時數(shù)據(jù)的傳送在工業(yè)現(xiàn)場隨處可見。并且通過程序開發(fā)實現(xiàn)了對設備的自動化、智能化、網(wǎng)絡化技術水平的提升。通過豐富的通訊協(xié)議將工業(yè)現(xiàn)場分散的控制節(jié)點和上位機融合組成一套大型控制系統(tǒng)?？梢哉fPLC控制系統(tǒng)是自動化設備的靈魂，為技術人員提升控制系統(tǒng)的水平提供了方法和手段。（2）工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡化PLC系統(tǒng)利用靈活多樣的通訊接口可實現(xiàn)集散控制、遠程的數(shù)據(jù)提取及控制，比如應用廣泛的DCS、數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺、設備群控等系統(tǒng)。并且利用Modbus、自由口通訊協(xié)議實現(xiàn)了第三方儀表及設備的通訊。另外通過時序控制可實現(xiàn)在單一網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)輪詢，提高了PLC網(wǎng)絡的利用率，拓展了PLC的應用范圍。PLC豐富的通訊協(xié)議接口便于將現(xiàn)場傳感器、智能儀表、智能執(zhí)行器的等現(xiàn)場設備數(shù)字化后整合到DCS控制系統(tǒng)中，是現(xiàn)場設備控制層的關鍵節(jié)點。
2.2價值
PLC技術是一種可塑性非常高的技術，在應用過程中具有極高的靈活性和適用性。在過程控制中，可以基于豐富的邏輯程序完成相應的對象控制。此外PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式采用與計算機技術相同的數(shù)據(jù)類型，用戶可以運用與計算機編程相同的方式來完成所需的算法。例如利用循環(huán)、分支、選擇、判斷、嵌套等結構完成對工藝的過程控制。另外編程軟件中提供了海量的動合、動斷觸點，足夠使用的寄存器、存儲器、定時器、計數(shù)器及特殊功能繼電器。特別是PLC行業(yè)的龍頭企業(yè)西門子公司具有的指令語句表編程語言，可以類似于匯編語言進行結構化的編程。在實際應用中重復使用的程序可以編寫成帶輸入輸出接口的子程序，對輸入存儲器賦值就可以得到需要的結果，也可以通過多次調(diào)用子程序完成生產(chǎn)過程中重復進行的動作。西門子公司在其軟件開發(fā)過程中將過程控制常見的PID控制、變頻器控制、讀寫系統(tǒng)時間、模擬量輸入輸出的比例和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等編寫成功能塊，提供給程序開發(fā)人員使用，減輕了開發(fā)人員的編程負擔，節(jié)約了大量的時間去用于解決現(xiàn)場工藝難題。再比如電動機的電流也可以通過現(xiàn)場儀表的通訊接口遠程傳送到控制室進行實時監(jiān)控，這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集對保證生產(chǎn)的連續(xù)性、安全性、可靠性、節(jié)能降耗等都存在巨大的價值。
3PLC技術在電氣工程中的應用
3.1在電氣系統(tǒng)簡化中的應用
對于傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的結構及布線而言，是將電氣元件的數(shù)量及布線的復雜性作為衡量自動化水平的標準，但這降低了使用過程中的可靠性和增加了故障維修的難度。通過運用PLC技術形成的電氣自動化系統(tǒng)，不需要大量的電氣元件及線路，所有的控制器件及邏輯判斷可以由PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)，自動化系統(tǒng)的運行效率得到了極大的提高，整個系統(tǒng)結構更加簡明有效，功能增強體積縮小，使整個控制系統(tǒng)跳躍式發(fā)展到程序控制階段。
3.2在維護及控制邏輯變更中的應用
與PLC控制系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)在使用過程中故障的頻率更高、故障維修時間更長，而且這些故障的修復通常還存在著測試的風險，導致某些關鍵部件的損壞。此外當工藝要求發(fā)生變化時改變控制邏輯非常困難。而在應用了PLC技術之后，可以通過軟件、程序及時檢查和評估故障發(fā)生的原因，以便迅速查明故障的位置，并在極短的時間內(nèi)迅速恢復整個系統(tǒng)的運行。同時PLC系統(tǒng)具有在編程、工藝發(fā)生變化的過程中隨時進行測試、重寫的功能，不需要重新調(diào)整元器件及布線，通過編寫程序快速有效的變更控制邏輯，達到預期的控制效果。這些優(yōu)勢在自動化系統(tǒng)的使用中，大幅提升了設計的效率和維修的質(zhì)量。
4PLC技術在電氣自動化控制中的應用
4.1在順序控制中的應用
PLC控制系統(tǒng)廣泛用于順序控制中。在過程應用中，使用CPU控制模塊，輸入輸出控制模塊和傳感器相互配合，可以迅速的組合成一套連續(xù)生產(chǎn)的順序控制系統(tǒng)。例在現(xiàn)階段的火力發(fā)電廠中的氣力輸灰系統(tǒng)，上煤連鎖系統(tǒng)。同時值得特別注意的是，在技術應用過程中，有必要通過網(wǎng)絡化來實現(xiàn)遠程控制和現(xiàn)場傳感器信息輸入。在實際的應用過程中，對現(xiàn)場工作站進行網(wǎng)絡化連接，可達到利用工作站控制電氣設備的效果，使系統(tǒng)的覆蓋面更廣，控制連鎖的現(xiàn)場設備更多，增加系統(tǒng)的可靠性及安全性。
4.2在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應用
將PLC技術應用于電氣工程中的伺服控制環(huán)節(jié)，可以保證機械設備加工精度控制。配合伺服控制器、伺服電機等部件，可以完成如多臺電動機的同步運行，運動控制中的位移角度控制等一些過程控制中的難題，在自動化產(chǎn)線、工業(yè)機器人制造、數(shù)控機床等多領域得以應用。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過數(shù)字脈沖編碼器獲取伺服電動機的位置信息，對位置信息進行比較、判斷、修正可以保證機械在可控的范圍內(nèi)運動，達到對加工精度控制的要求，收到滿意的效果。由于PLC系統(tǒng)是一套全數(shù)字化系統(tǒng)，對伺服控制系統(tǒng)中動態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差的修正提供了很好的技術手段，在系統(tǒng)的調(diào)試過程中可以通過數(shù)據(jù)的調(diào)整完成對機械設備加工精度誤差的修正，大大縮短了閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計、開發(fā)周期。
4.3在機床電氣系統(tǒng)中的應用
對于機床的數(shù)控系統(tǒng)而言，機床的控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)多軸聯(lián)動。而傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)只能去加工簡單的、精度要求不高的零部件。對于復雜的、精度要求高的機械加工場合只能使用具有PLC技術的控制系統(tǒng)。在使用了PLC技術的數(shù)控系統(tǒng)中，整個加工過程各個聯(lián)動軸的動作完全由編寫的程序及編碼器反饋的參數(shù)控制。此外多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)中急需解決的問題是動態(tài)性能和加工精度，這對控制系統(tǒng)的硬件提出了更高的要求，例如高位數(shù)CPU（64位）在數(shù)控裝置上的應用，高速納米級插補運算、高分辨率伺服，開放式PLC。而在軟件方面，指令代碼的發(fā)展成為了提高加工質(zhì)量的關鍵要素，將簡單的指令組合在一起形成帶輸入輸出參數(shù)功能塊、對精度的補償、加工全過程的仿真、標準件加工的自動編程等功能都是對加工質(zhì)量的保證。開發(fā)出一套操作簡單、加工精度高，多軸聯(lián)動的數(shù)控機床為包括PLC技術在內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展空間。
4.4在工業(yè)機器人系統(tǒng)中的應用
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，工業(yè)機器人的運用提高了工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。管理人員和編程人員可以根據(jù)對產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量要求將指令輸入到PLC系統(tǒng)中，從而使工業(yè)機器人可以連續(xù)運行。在生產(chǎn)過程中，中央控制室可以實時監(jiān)控到機器和設備的運行狀態(tài)，并對工業(yè)機器人的生產(chǎn)計劃參數(shù)進行實時的調(diào)整。如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了偏差，可以及時停止生產(chǎn)過程并進行故障維護，PLC系統(tǒng)通過模擬仿真程序可以快速的找到故障原因，重新輸入?yún)?shù)、修正指令可以及時的恢復系統(tǒng)運行。以此確保產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率。工業(yè)機器人的使用將工業(yè)生產(chǎn)帶入到無人化時代，工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率都出現(xiàn)了跨越式的提高。
5結束語
PLC技術被廣泛應用于當前的電氣工程、自動化控制中，促進了我國電氣工程自動化控制技術的發(fā)展，PLC技術的應用可以有效地優(yōu)化和增強控制系統(tǒng)的自動化、智能化、網(wǎng)絡化水平，是工業(yè)領域發(fā)展不可或缺的組成部分。在追趕世界先進制造水平的今天，深入研究和掌握PLC技術并使其國產(chǎn)化是現(xiàn)在面臨的緊迫問題，在此希望國產(chǎn)PLC產(chǎn)品盡快到達國際一流水準。
作者:崔立敏 單位:浙江華潤三九眾益制藥有限公司