PLC先进控制策略研究与应用

PLC先进控制策略研究与应用

发表时间：2016-12-02T15:17:50.210Z 来源：《基层建设》2016年19期作者：赵孟石

[导读] 摘要：随着社会经济的发展和科技水平的不断提高，可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller )得到了飞速提升，凭借着较高的可靠性、较强的抗干扰能力以及具有丰富的使用功能等强大的技术优势，成为了目前国内乃至全球自动化领域的主流控制装置。

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摘要：随着社会经济的发展和科技水平的不断提高，可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller )得到了飞速提升，凭借着较高的可靠性、较强的抗干扰能力以及具有丰富的使用功能等强大的技术优势，成为了目前国内乃至全球自动化领域的主流控制装置。但是，在使用过程中，PLC仍存在一些不足以及影响生产的缺点，同时，由于社会生产自动化和工厂工业化的进程不断加快，大型高科技仪器设备层出不穷，就需要将先进控制的系统与PLC完美的融合在一起。本研究就针对这一方面的进程、特点以及应用进行探讨，以期为相关的工作者提供一些可行性的参考。

关键词：PLC；先进控制；研究与应用

PLC是可编程序逻辑控制器的简称，它伴随着工业的发展进步而产生，在西方工业发达的国家应用较早，而我国的研究使用还仅仅停留在少量数据的收集、简单命令的控制以及相应的反馈调节，无法满足现阶段生产的需要，而控制过程的复杂性、多变形、多算法导致了在PLC中引进先进控制的重要性，达到更好地延伸和实用，从而取得更好的工业控制成果。

1.PLC先进控制的研究

1.1PLC先进控制的基本结构

可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。加入先进控制的PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构与微型计算机异曲同工。主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理器模块（CPU）、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模(FM)等。中央处理模块按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误；导轨则用于各个模块的相互连接、运作；存储模块则分为系统程序存储器——存放系统软件的存储器和用户程序存储器——存放应用软件的存储器；接口模块又称为输入输出接口电路，也分为现场输入接口电路——由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道和现场输出接口电路——由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

1.2PLC先进控制的工作原理及功能

可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，选择是否刷新对应的状态或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令[1]。最后则是输出刷新阶段，在此期间，CPU 按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。复杂的功能模块赋予了可编程逻辑控制器多样使用的功能，可以进行代数运算、数据传送等更加高级的运算，有的甚至可以进行数据通信。最重要的就是控制功能，这就得益于高速的指令处理，越来越快的处理速度可以实现更多的控制模式，目前常见的有PID控制运算、比值控制运算等。诊断功能，取决于CPU的智能化，可以诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件。

1.3PLC先进控制的发展

PLC起源于美国，随着美国汽车产业的发展，通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable Logic Controller，简称PLC，是世界上公认的第一台PLC。PLC随着西方工业的不断进步而逐渐成熟，形成了一套完整的、具体可行的理论基础和实践体系。同时，70年代出现了微处理器，人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

2.PLC先进控制的应用

2.1PLC先进控制的优缺点

原来CPU模板上提逐渐增加了各种通讯接口，现场总线技术及以太网技术也同步发展，使PLC的应用范围越来越广泛。PLC在实现各种数量的I/O控制的同时，还具备输出模拟电压和数字脉冲的能力，使得它可以控制各种能接收这些信号的伺服电机，步进电机，变频电机等，加上触摸屏的人机界面支持，PLC可以满足在过程控制中任何层次上的需求。PLC凭借稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，持久的占有市场。但是在工业生产过程中，仍有一些控制问题采用上述控制策略无法奏效，所涉及的被控过程往往具有强祸合性、不确定性、非线性、信息不完全性和大纯滞后等特性，并存在着苛刻的约束条件，更重要的是它们大多数是生产过程的核心部分，直接关系到产品的质量、生产率和成本等有关指标。随着过程工业日益走向大型化、连续化，对工业生产过程控制的品质提出了更高的要求，控制与经济效益的矛盾日趋尖锐。

2.2PLC的先进控制方法

目前，国内外常见的控制系统有：PLC单机/扩展控制系统，该系统属于小规模控制系统，相对应的被控对象少，输入输出点数较少，控制要求也比较简单，不过在生产时还是预留了插槽，可以使用扩展机架进行系统的扩展；PLC分布式控制系统，该系统专门应对大规模的控制系统，被控对象数量多，分散分布且分布距离甚远，因此虽然功能增多、适用范围变广，但是现场生产设备的控制电缆冗长繁杂，安装困难且易受各种电磁干扰。PLC可用远程I/()站和PLC网络两种形式组成分布式控制系统。针对上述两种控制系统的优点和不足，人们发明了 IPC-PLC分布式测控系统，采用PLC和工控机进行分布式测控可以使两者互补功能上的不足，前者用于控制方面方便又可靠，而后