PLC控制技术在工业自动化中的应用分析

刘耀武（广东国信工程监理有限公司，广东 茂名 525000）

1 PLC控制技术

PLC又称作可编程控制器，是计算机技术发展的产物，它采用了可编程的存储器，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指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，是一种数字运算操作电子系统。

2 PLC控制技术在工业自动化中的应用分析

PLC 控制系统主要由cpu、存储器、I/0 模块、程序编辑器组成。通过开关逻辑电路控制来实现编辑程序对输出设备比较直观的运行操作。PLC在工业自动化控制中主要对温度、压力、精度等工艺指标进行指令控制，通过PLC控制系统代替人工进行运算，大大提高了生产效率和准确度。随着计算机技术的发展，PLC系统在生产数据的处理能力方面也越来越强大，能够实现模拟量与实际测量数据的相互转化，同时还具备数据的存储、运算和分析能力。目前PLC在开关量控制、运动控制、过程控制、数据处理、联网通信功能方面都得到了一定的应用。

2.1 对开关量逻辑控制应用分析

对开关量的逻辑控制是PLC控制运用最基本、最广泛的应用，包括对顺序和数字量的控制。它通过编程实现强大的逻辑运算功能，能对工业生产中的各种工程运行状态进行逻辑运算，比如通过AND、OR 等控制指令，对继电器串联、并联、串并联结合等各种连接方式的开关进行控制。在工业自动化中用PLC控制技术能够实现一对一也可实现一对多的控制，实际应用中PLC能够实现超过十个节点的同步控制，以此为基础设计工业开关，能够直观的反馈开关量的控制作用，为了满足工业生产变化需求，PLC 控制程序直接在接入模块、输入/输出模块中的检测信号以及输出信号中建立中间变量，将硬件输入、输出测点转换成数据块中的“位”，实现输入、输出测点与数据块中“位”一一对应的关系，增加了PLC 系统的可读性和维修的简便性。通过开关量逻辑控制功能，可以实现对电气工程系统中所有电气设备的控制.

开关量控制既可用于单台设备控制如注塑机、印刷机，也可用于多机群控制如组合机床，还可用于自动化流水线中如包装流水线、分拣流水线等。

2.2 PLC过程控制的应用分析

工业生产过程控制是指通过对温度、压力、速度、时间、顺序的控制完整的输出工业生产目标的过程，整个控制过程既复杂又需要高度的准确性。PLC 控制技术能够控制工业自动化当中的离散与连续过程，运用到工业自动化生产中就是通过内部逻辑运算分析功能按照设定好的温度、压力、速度、时间和顺序模拟量进行控制运算以完成整个闭环控制，其调节方式采用PID 调节，以达到精确控制的要求。典型的过程控制实例PLC对温度的控制，设置时规定模拟量输入范围，本为实例假设模拟量范围为0V～10V,对应温度为0～100 度，要求被控系统的温度范围为80～90 度，那么对应的模拟量为8～9V,根据实际需要设定一个电压调整基准值8.5V，PLC 设置逻辑为测量温度>90度，假设为100 度，那么10V 减掉8.5V 值1.5V 作为控制信号来控制外部设备进行降温动作，反之当温度低于80 度假设为70度，那么与基准值之间的差值为1.5V，把1.5V 与基准值之和10V作为控制信号来控制外部设备进行升温动作，当温度调节到正常范围内时，输出调节电压基准值8.5V 作为输出信号，是系统保持恒温状态。PLC控制会按照该设定好的逻辑进行循环扫描达到温度过程控制目标。过程控制在冶金、锅炉、化工、热处理等领域应用较为普遍。

2.3 PLC运动控制应用分析

运动控制主要指对控制对象的位置、速度所做的控制，有时是单坐标，控制对象做直线运动，有时是多坐标，控制对象做平面、立体、角度变化等运动，甚至还可控制多个对象，这些对象间的运动可能还要有一定的协调。

工业生产尤其是制造业、仓储物流业等涉及大量物料、产品半成品的搬运、产品包装、分拣等操作，这就涉及到运动控制，以机械手分拣产品为例，被分拣出的产品需要通过机械手进行位置的转移，如从流水线上转移到指定的位置，只要有位置的变化就会产生运动，该运动对机械手的控制，可以通过编写对应的PLC 程序来完成，只需要将机械手相关的位置、速度、控制逻辑以程序的方式输入到PLC 中，机械手就可以自动完成规定的动作，如果需要对机械手的动作进行改进，对PLC 程序进行重新编译即可，对于机械手的抓取控制还会运用到开关量的控制功能。运动控制功能适用于各种机械、机床、机器人、电梯等会产生物理运动的使用场所。

2.4 数据资源的控制

工业生产一般较为复杂，会涉及产生大量的生产数据信息，并需要按照不同的数据分类进行存储，在大数据环境下，企业生产还需要对各类生产数据进行分析，以为新的生产优化提供依据，对企业发展有非常重要的作用，PLC控制技术除了在控制方面强大作用，其在数据传输、数据计算和数据搜索、数据存储以及数据分析方面的也存在凸显优势。它可以在同样的时间和操作环境下快速的完成数据传输、数据计算和数据搜索，还可以对数据资源进行进一步的分析处理，将输出结果和数据存储器中的样本设定标准值进行校核，如有差异，还可根据实际情况进行调整，更加精准高效地完成既定生产任务。PLC 控制技术在数据资源处理方面的应用也十分广泛，除了经常会应用到的柔性机器制造企业之外，冶金和食品等大型生产企业，也有一定程度上的应用。

2.5 系统集中控制

工业生产一般成本投入较大，生产过程一旦出现问题可能会带来巨大的经济损失，采用自动化的生产工业虽然提高了效率和准确率但是并不是万无一失的，这就要求自动化系统要有一套监控方案，而PLC控制技术可以通过预先设定逻辑错误检测程序、时间控制检测程序、位置限制检测程序等在系统自身中实现自我检查功能以达到整个自动化系统的集中控制功能。

3 PLC 控制功能在工业自动化控制中的综合应用分析

工业自动化PLC 控制功能的实际应用既可以是单一功能的应用，如对开关的通、断状态的控制，也可是多种功能的复合应用，而且大部分的工业自动化控制都是一个的复杂的控制系统，涉及多种PLC控制功能的运用，既离不开对开关量的状态、顺序逻辑控制和（或）过程控制，也离不数据资源和系统集中控制功能。

拿汽车车身激光焊接生产线PLC自动控制系统来说，主要是以可编程控制器组成的总线为主，实现系统的联网自动化控制。包括PLC程序设计、电气设计、水汽控制、系统通讯网络架构设计、PLC外围设备设计、操作员、管理员使用上位机监控程序等。该流水线是一个流程性强的顺序操作过程，主要流程为切割机床切割车身各个零部件、运送到激光焊接单元、夹具夹取零部件进行焊接，然后运送到下一个工位，下一个工位夹具夹取上一工位的焊接半成品和其他部分零部件进行该部位的焊接，直至最后车身总成焊接结束。该过程离不开程序连锁控制功能，控制系统启动时按流水线方向先从该流程最初设备开始依次启动，直到最后一个输送床及相关设备启动后才开始整个生产线的工作。整个控制过程涉及到大量输出设备（如夹具、激光器、机器人、输送床）的开关量以及开关量的顺序逻辑控制；以及对焊接设备的输出功率的控制、气路气量、水路水量的控制还会涉及到过程控制功能的应用。

PLC 控制系统能提供直观的操作界面，操作员可方便地输入控制命令，执行生产线各处的启动停止操作及外部设备的通讯手动和自动的切换功能，自动监测生产状态及每个输送的状态和运行状态，实现远程通讯、联网及上位机监控，可为全生产线实现计算机控制和管理创造条件，对空间上分布较广的系统，还可以增加远程控制站和异域控制系统进行信息和数据交换处理。体现了PLC控制系统的数据处理和集中控制功能。

4 PLC 在工业自动化应用中存在的问题以及解决方案

4.1 PLC控制技术在工业自动化应用中存在的问题：

首先，由于工业生产一般环境比较复杂，机械电器设备较多，PLC控制硬件设备对环境的要求比较高，比如温度、湿度、空气清洁度等都有一定的要求，因此在选择PLC控制设备时在性能方面要求较高。其次,PLC 控制系统对抗干扰能力要求比较高，在实施安装的过程中要考虑各方面的因素采取不同的措施尽量降低电磁干扰，以保证PLC控制系统稳定高效的工作。

4.2 解决方案

4.2.1 控制温度

PLC控制设备的安全有效运行温度在0～55摄氏度范围内，温度过高容易造成设备老化，运行速率变低，使用寿命缩短等问题。因此工业生产环境要严格控制环境温度，但由于有些行业的特殊性或者工业机械设备的高速运转导致的局部环境温度升高可能无法保证PLC控制设备的安全运行温度环境，生产企业需采取局部安装散热器、空调制冷、物理降温等方式达到温度控制的目的。

4.2.2 控制湿度

PLC控制设备的有效运行湿度环境一般要求在85%以下，高于85%的湿度将造成设备器件的损坏、失灵，如工业生产环境湿度较大，应采取使用干燥剂、设置设备间等方式确保运行环境湿度的有效控制。

4.2.3 确保运行环境洁净

PLC 控制组件尤其是CPU 对环境洁净度要求较高，粉尘、纤维、腐蚀性液滴等微粒一旦进入或者污染这些组件，将加速设备的老化，影响其运行稳定性，这类生产企业可以采取使用除尘器、空气循环净化器、保持通风、设置设备间等方式达到PLC运行环境的要求。

4.2.4 有效降低PLC运行其他干扰因素

除温度、湿度、空气质量对PLC运行存在影响外，如果有剧烈的振动或者存在电磁干扰，也会影响PLC设备性能的正常发挥。所以，在安装PLC设备时，必须采取有效的防震减震措施，如采用减震垫，并且远离有剧烈振动或者容易产生电磁干扰情况发生的设备。

5 结语

随着市场需求变化多样性发展，对工业企业的生产能力和应变市场变化的能力要求也越来越高，PLC控制技术虽然在实用性、高效性、稳定性、成本方面还有较大的提升空间，但随着科技的发展，PLC控制技术对工业自动化的贡献将会越来越大，其灵活的编程特点能为企业应提供强有力的生产优势，未来将有越来越多的工业企业加入到工业自动化生产的大军中来，本文望能为PLC 控制技术的发展更好的得到应用提供一点参考价值。