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浅析PLC控制技术

[摘要]PLC是Programmable Logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制器。IEC对PLC的定义是:PLC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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

[关键词]PLC技术发展现状发展趋势

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210064-01

一、PLC技术的概念

PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International

Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

二、PLC技术的发展历史

1968年，通用汽车对外公开招标，寻求新的电气控制装置，1969年，美国数字设备公司制成的首台plc,1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一台PLC。从70年代初开始，不到三十年时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。其中在美国注册的厂超过100家，生产大约二百个品种；日本有60～70家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产品；在欧洲注册的也有几十家，生产几十个品种的PLC产品PLC产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中居首位，市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来，全世界PLC年销售额以达百亿美元而且一直保持15%的年增长的势头。

三、我国PLC技术的发展现状

我国研究PLC技术起步较晚，但发展速度较快。中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术，主要考虑PLC技术用于低压抄表系统，传输速率较低。1998年开发出样机，并通过了试验室功能测试，1999年在现场进行试运行，获得了产品登记许可。1999年5月开始进行PLC系统的研究开发工作。主要对我国低压配电网络的传输特性进行了测试，并对测试结果进行了数据处理和分析，基本取得了我国低压配电网传输特性和参数，为进行深入研究和系统开发提供依据。2000年开始引进国外的PLC芯片，研制了2Mbps的样机，2001年下半年在沈阳供电公司进行了小规模现场试验，实验效果良好，并于6月20日在沈阳通过验收。验收委员会通过现场检测认为，该实验从中国配电网的实际传播特性出发，对电力线通信技术的理论、实际应用和工程技术进行了开创性研究，在国内率先研制成功2Mbps和14Mbps高速电力线通信系统，建立了我国第一个电力线宽带接入实验网络；实现了自家庭至配电开关柜的高速电力线数据通信，并将办公自动化系统延伸至家庭。该实验的成功标志着我国已经全面掌握了高速电力线通信的核心技术，具备了研制生产这种技术实用化设备的能力。据悉，今年年底以前将建成200户的试验网络。

我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

四、PLC的未来发展趋势

1、功能向增强化和专业化地方向发展，针对不同行业的应用特点，开发出专业化的PLC产品，以此来提高产品的性能和降低产品的成本，提高产品的易用性和专业化水平。

2、规模向小型化和大型化的方向发展，小型化是指提高系统可靠性基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；大型化是指应用在工业过程控制领域较大的应用市场，应用的规模从几十点扩展到上千点，应用功能从单一的逻辑运算扩展几乎能满足所有的用户要求。

3、系统向标准化和开放化方向发展，以个人计算机为基础，在Windows平台上开发符合全新一体化开放体系结构的PLC。通过提供标准化和开放化的接口，可以很方便地将PLC接入其它系统。

五、PLC技术的特点

1、配套齐全，功能完善，适用性强:PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制，CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

2、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造:PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。

3、体积小，重量轻，能耗低:以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

六、PLC应用中应注意的问题

PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣时，就不能保证plc的正常运行，因此在使用中应注意以下环境问题。

1、温度:PLC要求环境温度在0-55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。

2、湿度:为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

3、震动:应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10-55hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

4、空气:避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装 ……此处隐藏8125个字……对于需要直流电压的 框架，测量+24VDC和0VDC端之间的直流电压，如果不是合适的AC或DC电源，则问题发生在PLC之外。如AC或DC电源电压正常，但PWR灯不亮，检查保险丝，如必要的话，就更换CPU框架。

2、PWR（电源）灯亮否？如果亮，检查显示出错的代码，对照出错代码表的代码定义，做相应的修正。

3、RUN（运行）灯亮否？如果不亮，检查编程器是不是处于PRG或LOAD位置，或者是不是程序出错。如RUN灯不亮，而编程器并没插上，或者编程器处于RUN方式 且没有显示出错的代码，则需要更换CPU模块。

4、BATT（电池）灯亮否？如果亮，则需要更换锂电池。由于BATT灯只是报警信号，即使电池电压过低，程序也可能尚没改变。更换电池以后， 检查程序或让PLC试运行。如果程序已有错，在完成系统编程初始化后，将录在磁带上的程序重新装入PLC。

在日常的维修活动中，可以根据故障统计来准备备品备件，并不需要准备整个PLC。掌握了故障判断方法后，可以进行针对性地更换，这样可以减少维修成本，增加维修效率。

三、总结

了解PLC的组成部分及工作原理，可以更加准确的对PLC进行故障判断，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有清楚的估计，可以减少安装调试、维修成本，延长PLC控制系统的寿命。

在信号设计过程中有过把系统改复杂的现象，如采用复杂的控制方式和设备来实现，本可以用简单装置来实现的控制，违背了经济、简单、实用的原则，并可能会增加故障率。另外我们在信号系统中大多使用PLC处理接口信息，所以在设计过程中要尽量将接口信息容易识别，这样在出现故障时，能够尽快判断故障的归属方，便于地铁的运营管理。

分析故障或处理故障时也要注意系统性，要综合的考虑系统的各个输入输出才能能准确地判断故障点。

引言

随着高新技术的发展，自动化系统逐渐应用到工业生产领域。PLC技术的应用，不仅解决了传统电气控制系统内部结构复杂，可靠性低，能耗高等问题，而且节省了大量的人力物力，保证了控制系统的工作质量。推动了我国工业转型和健康发展，受到越来越多专业人士的关注和重视。

1、PLC概述

（1）PLC的概念。在国际电工委员会(IEC)的标准中，可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)的定义为：可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。在系统运行过程中按照用户的实际需要在系统软件支持下，保证系统功能的正常发挥，其工作原理是按照“串行”的工作方式，扫描各个输入点数据，并发送给输出点相应的信号和数据，中央处理器会直接显示在执行的程序命令，一直到整个程序全部运行结束。结束后会周而复始的重复这一过程。PLC硬件构成一般分为箱体式和模组式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模组式PLC，有CPU模组、I/O模组、内存、电源模组、底板或机架。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I(www.)/O能力可按用户需要进行扩展与组合。电源对于PLC的系统运行有重大意义，一旦电源出现了问题，PLC将无法正常运转。所以PLC的生产厂家非常重视电源的质量，电源自身的特性决定了所提供的电压只能在小范围内波动，并且需要注意电源在运行过程中要和交流电网形成协调配合，这样才能保证持续供电[1]。CPU在PLC系统运行中的作用也至关重要，如果PLC是一个人，那么CPU就是这个人的大脑，没有大脑就无法处理信息和存储数据，就无法工作。在系统运行中它最大的作用就是判定PLC控制系统的状态，之后将存储好的数据发送到对应的输出设备当中，这样可以确保PLC始终处于良好的运行状态当中。（2）PLC的特点。首先，PLC的性价比高，这主要体现在功能上，有些功能只有通过PLC系统才能实现，因为系统中有许多编程元件，具有非常强大的控制功能，可以有效的调整和控制整个电气自动化系统，并且进行集中化处理，提升工作效率。其次，PLC的操作便捷，不需要有非常专业的计算机知识，程序简单，易于操作是PLC最显著的特点。只要懂得编程语言即可，也不需要较长的系统开发周期，这就减少了操作量，提升了工作效率和工作质量。最后就是对硬件条件有很强的适应能力。PLC有完善的自我检测功能，故障率低，即使发生故障，检修和维护也非常简单，可以在短时间内处理好，保证了系统的稳定[2]。

2、PLC在电气自动化控制中的实践应用

随着PLC技术的更新和完善，此技术已经广泛应用于电气化控制的实践中。其中有：顺序控制、开关量控制和闭环控制三个方面。（1）顺序控制。随着环境污染的加剧，国家越来越重视节能减排和工业可持续发展，在工业生产中降低能耗增加效率是我们一直在追求的目标。PLC技术的应用，实现了对单独工艺的流程和对全长生产工作的协调与控制。例如在煤炭系统中，一个好的煤炭自控系统设计可以使生产更加平稳的进行，同时使用过程中显著提高生产效率。煤炭控制系统采用的是分层式网络结构，这种结构可以有效的监督和控制相关设备，现在煤炭系统基本实现了PLC控制，提高了生产稳定性，减少了工作人员工作量，减少人力和物力的资源浪费[3]。（2）开关量控制。在应用PLC系统的过程中，就是把虚拟继电器当做机械继电器，所以在运行过程中不考虑反应时间，也不需要考虑返回量，在这样的情况下，系统运行过程中开关量控制方面做得很好。由于PLC不需要大量实物元件和软继电器，提高其稳定性。没有多余元件干扰，维修更简便，功能仍全面。在电气自动化工作中，这项技术应用到了自动切换系统，显著提升了运行速度。同时，PLC技术可以使系统备用电源自动投入装置，在火力发电系统中增强了系统的可靠性，被广泛应用于电业局生产中。PLC控制系统不仅可以减少辅助开关数目，也可以集中显示和控制多台断路器的信号，这样系统就有了逻辑判断能力，提升了系统的抗干扰力，实现了系统高效可靠运行。（3）闭环控制。电气自动化系统有多种电机启动方式，如现场控制手动启用、自动启用，机旁屏手动启用等。与其他控制手段先比，闭环控制保持了系统设备的相对独立性，能够保证系统设备在没有其他控制量来源的时候，能够维持系统社会的正常运行。闭环控制是基于系统人机交互实现的，以机旁屏手动控制为例，在系统设备运转的过程中，系统各项参数会以数据的形式出现在机旁屏上，而操作人员可以通过这些数据对系统设备运行的状态进行及时的了解，并基于系统运行的需要，对相应的运行参数进行调整，进而保证系统设备生产活动的顺利进行。

3、结论

PLC系统在应用的过程中能够体现出强大的功能，不仅克服了传统系统的缺点，更提升了工作效率。随着科学技术的进一步发展，PLC系统会更加优化和完善，应用范围会更加广泛，应用程度会更加深入。

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