PLC技术的应用及发展方向

PLC技术的应用及发展方向摘要：目前在很多行业中，尤其是在低端OEM行业中，继电器或单片机的应用还非常普遍。

单片机一般应用于工控产品或民用产品大批量生产，但是单片机必须从底层硬件做开发，对普通用户难度大，周期长，无法在使用过程中修改功能，难以达到工业环境应用。

关键词：PLC 单片机应用发展一、PLC目前在市场上的应用可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。

PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C(Computer,Control,Communication)技术相结合，不断发展完善的。

目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。

自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

长期以来，plc始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与dcs和工业pc形成了三足鼎立之势。

同时，plc也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业pc所带来的冲击。

目前，全世界plc生产厂家约200家，生产300多种产品。

国内plc市场仍以国外产品为主，如siemens、modicon、a-b、omron、三菱、ge的产品。

经过多年的发展，国内plc生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说plc在我国尚未形成制造产业化。

在plc应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。

专家估计，2000年plc的国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%。

预计到2005年全国plc需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币。

plc市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。

但是，按照automation research corp的预测，尽管全球经济下滑，plc市场将会复苏，估计全球plc市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。

微型化、网络化、pc化和开放性是plc未来发展的主要方向。

在基于plc自动化的早期，plc体积大而且价格昂贵。

但在最近几年，微型plc（小于32 i/o）已经出现，价格只有几百欧元。

随着软plc（soft plc）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软plc组态软件和pc-based控制的市场份额将逐步得到增长。

当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是ethernet技术的扩展，plc也不例外。

现在越来越多的plc供应商开始提供ethernet接口。

可以相信，plc将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业pc的控制系统。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制；运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合;过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用；数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统；通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

下面这个例子便是PLC梯形图的应用料车采用半自动管理，每个装配点都有一名员工，当装配点需料时按下“需料按钮”，料车将驶往该装配点，料车在该装配点停留一段时间供该点下料，下料时间到后料车即可响应其它装配点的需料请求，一车料可供各装配点使用若干次；当某装配点发现料车无料时按下“上料按钮”，料车即驶往上料点上料设备组成描述设备使用的控制元件及功能，指示元件及其功能如表1所示表1 设备使用的控制元件及功能序号名称与文字符号功能1 按钮SB1 装配点A需料请求按钮和上料请求按钮2 按钮SB2 装配点B需料请求按钮和上料请求按钮3 按钮SB3 装配点C需料请求按钮和上料请求按钮4 单臂行程开关SQ0 上料点F限位5 单臂行程开关SQ1 装配点A限位6 单臂行程开关SQ2 装配点B限位7 单臂行程开关SQ3 装配点C限位8 指示灯HL 装配点可请求料车指示9 交流接触器KM1 料车电机M正转（右行）控制10 交流接触器KM2 料车电机M反转（左行）控制11 三相电机M 料车行驶电机设备工作描述设备工作的工作状态如下：1、初始状态系统电源接通后料车自动驶往上料点F上料。

2、上料料车驶过SQ0，SQ0受压闭合，料车停车装料，装料时间15s钟，装料时间到则料车请求可用，指示灯HL亮，可以响应A、B、C点的需料请求信号。

注意：料车在SQ0位置上不停，料车驶过SQ0后行驶一段后才停止。

3、A点下料装配当A点的需料请求被响应，料车驶往A点，料车过SQ1，SQ1受压闭合，料车停车下料，下料时间10s钟，下料时间到则料车请求可用，指示灯HL亮，可以响应B点和C点需料请求信号。

注意：料车在SQ1位置上不停，料车驶过SQ1后行驶一段后才停止。

4、B点下料装配当B点的需料请求被响应，料车驶往B点，料车过SQ2，SQ2受压闭合，料车停车下料，下料时间10s钟，下料时间到则料车请求可用，指示灯HL亮，可以响应A点和C点需料请求信号。

注意：料车在SQ2位置上不停，料车驶过SQ2后行驶一段后才停止。

5、C点下料装配当C点的需料请求被响应，料车驶往C点，料车过SQ3，SQ3受压闭合，料车停车下料，下料时间10s钟，下料时间到则料车请求可用，指示灯HL亮，可以响应B点和A点需料请求信号。

注意：料车在SQ3位置上不停，料车驶过SQ3后行驶一段后才停止6、A点需料请求料车可用时，并且没有停在A点，按下SB1，料车从B、C点F驶往A点。

7、B点需料请求料车可用时，并且没有停在B点，按下SB2，料车从A、C点F驶往B点。

8、C点需料请求料车可用时，并且没有停在C点，按下SB3，料车从B、A点F驶往C点。

9、A点上料请求料车停在A点时，在料车下料的10s钟内按下SB1，料车从A点驶往F点上料。

10、B点上料请求料车停在B点时，在料车下料的10s钟内按下按下SB2，料车从B点驶往F点上料。

11、C点上料请求料车停在C点时，在料车下料的10s钟内按下按下SB3，料车从C点驶往F点上料。

12、料车请求可用指示料车在上料点完成上料、在下料点完成下料后，料车请求可用，指示灯HL亮，上料、下料和行驶中料车请求不可用，指示灯HL灭。

13、右行接通交流接触器KM1线圈，控制电机M正转，小车右行14、左行接通交流接触器KM2线圈，控制电机M反转，小车左行15、料车停止采用反接制动，反接制动时间为1s设备工作的过程是:系统上电后料车自动驶往上料点F,SQ0受压,料车反接制动停止,15s后上料完成,指示灯HL亮表示可以请求料车下料装载满料的料车,A、B、C三点都可请求料车,按下对应点的需料请求按钮料车即驶往该点,以B点为例说明,当HL指示灯亮时,按下SB2按钮料车驶往B点,同时料车请求不可用, 指示灯HL灭,SQ2受压后料车反接制动停止在B点开始下料,10s后下料完成,指示灯HL亮表示可以响应其它点需料请求。

料车响应了装配点的需料请求下完料后仍可响应其它点的需料请求,直到料车内的料用完,例如在B点下完料后,指示灯HL亮,此时如果A点的SB1按下发需料请求,料车将驶往A点;如果C点SB3按下发需料请求, 料车将驶往C点当某一装配点发现料车无料时,在料车停在该点时，在料车下料的10s钟内按下上料请求按钮，则料车上料。