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        PLC在工業(yè)應(yīng)用中的研究

        2020-09-02 07:16:14楊浩
        山東青年 2020年7期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)發(fā)展

        楊浩

        摘 要:PLC作為專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng),自問世以來,一直受到工程師的青睞。本文針對PLC在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)展過程、應(yīng)用顯示、前景發(fā)展,進(jìn)行分析總結(jié)。PLC在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展,對高職院校PLC教學(xué)起到的引導(dǎo)作用。

        關(guān)鍵詞:PLC;工業(yè)應(yīng)用;技術(shù)發(fā)展

        前言

        PLC是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)的英文縮寫。PLC是一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器,可以將控制指令隨時載入內(nèi)存進(jìn)行儲存與執(zhí)行。PLC的出現(xiàn)為工業(yè)自動化的發(fā)展應(yīng)用提供了巨大的幫助。PLC技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中,通過不斷發(fā)展,已經(jīng)分化出許多應(yīng)用體系。這些應(yīng)用體系既是對PLC技術(shù)功能的不斷開發(fā),也對PLC技術(shù)提出了更多的功能要求。PLC技術(shù)是高職院校中的重要課程,高職院校師生對PLC技術(shù)的發(fā)展需要有一個了解,對PLC技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的需求要有一定的認(rèn)知。本文對PLC技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用作簡要綜述,希望能有助于高職院校師生和工程技術(shù)對PLC技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)識。

        1.PLC的發(fā)展歷史

        美國汽車工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的發(fā)展促進(jìn)了PLC的產(chǎn)生,20世紀(jì)60年代,美國通用汽車公司在對工廠生產(chǎn)線調(diào)整時,發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差,于是提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。

        1969年,美國數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺可編程控制器(PDP-14),在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后,效果顯著;1971年,日本研制出第一臺可編程控制器(DCS-8);1973年,德國研制出第一臺可編程控制器;1974年,我國開始研制可編程控制器:1977年,我國在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。

        現(xiàn)在工業(yè)上使用的可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺緊湊型電腦的主機(jī),其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于目前的各類工業(yè)控制領(lǐng)域。不管是在計算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS,或者現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中,總是有各類PLC控制器的大量使用。PLC的生產(chǎn)廠商很多,如西門子、施耐德、三菱、臺達(dá)等,幾乎涉及工業(yè)自動化領(lǐng)域的廠商都會有其PLC產(chǎn)品提供。

        2.PLC在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

        PLC因其自身的特點(diǎn),在工業(yè)自動控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,PLC的主要特點(diǎn)是①應(yīng)用靈活,擴(kuò)展性好;②操作方便③標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件設(shè)計,通用性強(qiáng);④完善的監(jiān)視和診斷功能;⑤可適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境;⑥控制功能強(qiáng)。

        PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。

        1)開關(guān)量邏輯控制。

        取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

        2)工業(yè)過程控制

        在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量),PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

        3)運(yùn)動控制

        PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊,如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。

        4)數(shù)據(jù)處理

        PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

        5)通信及聯(lián)網(wǎng)

        PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,現(xiàn)在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。

        3.PLC未來發(fā)展與前景

        伴隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,PLC技術(shù)的發(fā)展也非常迅速。廣大的工程技術(shù)人員在工程應(yīng)用中對PLC的應(yīng)用也呈現(xiàn)出多樣化的趨勢,同時各PLC廠家對PLC的技術(shù)提升方面也在不斷進(jìn)步,不斷推出新的更先進(jìn)的PLC產(chǎn)品。PLC和單片機(jī)作為控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的控制器,而PLC作為專為工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計的控制產(chǎn)品,在現(xiàn)在和未來的工業(yè)領(lǐng)域中起到首要的作用,可以說,PLC技術(shù)在未來工業(yè)領(lǐng)域中具有美好的前景,PLC技術(shù)的發(fā)展有著廣闊的空間。結(jié)合PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,對PLC技術(shù)未來的發(fā)展進(jìn)行以下總結(jié);

        (一)PLC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展

        其中有兩個趨勢:一方面,PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng),而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展,各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),完成設(shè)備控制任務(wù)之外,還可以與上位計算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)信息交流,成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分;另一方面,現(xiàn)場總線技術(shù)得到廣泛的采用,PLC與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設(shè)備,比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等,通過一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線、同軸電纜、光纜)鏈接起來,并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息,由此構(gòu)成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比,配置更靈活,擴(kuò)展更方便,造價更低,性能價格比更好,也更具開放意義。

        (二)PLC向高性能小型化發(fā)展

        PLC的功能正越來越豐富,而體積則越來越小。比如三菱的FX-IS系列PLC,最小的機(jī)種,相當(dāng)于一個繼電器,但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力,還具有可調(diào)電位器時間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了,而是具有越來越強(qiáng)的模擬量處理能力,以及其他過去只有在計算機(jī)上才能具有的高級處理能力,如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動、報表統(tǒng)計等。從這種意義上說,PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來越小了,用PLC同樣可以構(gòu)成一個過程控制系統(tǒng)。

        (三)PLC操作向簡易化發(fā)展

        目前PLC推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步,而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同,用戶往往需要掌握更多種編程語言,難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計中的難點(diǎn),用普通的方法對它們編程時,需要熟悉有關(guān)的特殊存儲器的意義,在編程時對它們賦值,運(yùn)行時通過訪問它們來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān),編程的過程既繁瑣又容易出錯,阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復(fù)雜任務(wù)的編程,大大方便了用戶的使用。

        (四)開放性發(fā)展

        用戶對PLC的性價比會越來越高,在同等價位下,希望PLC能夠集成更多功能,如多軸插補(bǔ)功能等,甚至把原來不帶有運(yùn)動控制模塊的PLC轉(zhuǎn)化成帶有運(yùn)動模塊,這些都是PLC廠商面對這場危機(jī)時所需要考慮的,在人人捂緊錢包的時候,只有高性價比的產(chǎn)品才能在這場危機(jī)中勝出,而對于運(yùn)動控制器/卡,開放性將是其發(fā)展趨勢,不再借助相關(guān)平臺即能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制功能。

        4.總結(jié)

        PLC技術(shù)從產(chǎn)生開始,一直是為工程一線服務(wù)的。PLC因其高效方便、功能強(qiáng)大,給工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域帶來了巨大的推動作用。PLC技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)的發(fā)展,對自動化技術(shù)的要求也越來越高,與此同時,對PLC的要求也越來越高。高職院校機(jī)電自動化類專業(yè)教學(xué)中,PLC作為重要的學(xué)習(xí)對象,高職學(xué)校作為高技能型人才的培養(yǎng)基地,在PLC的教學(xué)中,更應(yīng)該融合PLC技術(shù)發(fā)展前沿與工程技術(shù)需求,在教學(xué)中不斷更新教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式,使學(xué)生在校期間就能學(xué)到與時俱進(jìn)的PLC技術(shù)知識。PLC技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的作用隨著自動化程度的需求不斷增進(jìn),PLC在技術(shù)革新的過程中不斷向著更加智能化的方向發(fā)展。與此同時,對于PLC應(yīng)用者來說,深入學(xué)習(xí)、挖掘PLC的功能具有重要的作用。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]侯柏秋.PLC電路在工業(yè)電氣自動化中的運(yùn)用[J].科技風(fēng),2020(05):109.

        [2]丁蘊(yùn)函.試析PLC控制技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用[J].電子測試,2020(03):122-123.

        [3]劉玉博.電氣工程及其自動化控制中PLC技術(shù)運(yùn)用[J].中國科技信息,2020(Z1):43-44.

        [4]陳繼勛.試論P(yáng)LC控制的特點(diǎn)及其在化工過程控制的運(yùn)用[J].世界有色金屬,2019(22):273-274.

        [5]李覺林.PLC在工業(yè)集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用思考[J].世界有色金屬,2019(23):201-202.

        (作者單位:洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,河南 洛陽 471000)

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