plc控制技术的应用现状及未来的发展趋势

PAGEPAGE10中文摘要，PLC在工业制造领域的地位越来越重要了。二十世纪为了弥补传统继电器的缺陷，PLC，同时也在PLC的推动下为世界工业自动化控制领域的发展中起到了非常重要的作用。其中，PLC也与DCS与IPC两者之间形成了三足鼎立的局面。，对比美国来讲我们在PLC的生产还是比较落后的，国内PLC的市场还PLC的技术，这样才能满足国内市场对PLC的需求，只有这样才能促进国内智能化控制系统的发展。作为工业领域中的领头羊，它对工业生产以及控制有着至关重要的作用，同时也给各个行业在生产中使用的电气设备或者说自动化控制设备提供了相当可靠的技术保证。不随着目前计算机技术以及网络通信技术也并列在了迅速发展的大军中来了，并且一直在不断地优化和增强，同时也在将各个组态软件非常好的结合并使用。故此，在将来的工业控制领域中一定会有PLC的一席之地。关键词：PLC控制技术研究现状发展趋势绪论PLC从诞生一直延续到今天，这期间也就短短数十年不到四十年的时间，但就是这短短数十年的时间使得PLC控制技术得到了迅速的发展。在六十年代后期的时候，汽车制造业较为发达的国家自然就只有美国了，但是出于对汽PLC，并且在汽车生产条线上首次成功地得到了应用。后续德国以及其他的国家也相继的引进了此项技术，而我国也在一九七四年开始了PLC的研发，直到后来花费了三年的时间终于在一九七七年的时候成功研制出了第一台属于我们自己的PLC。PLC就是为了工业生产而设计出来的产物。二十世纪六十年代，美国的一家生产数字化设备的公司造出历史上第一台可以编写程序的控制器，这台可编程控制器的研究就是为了解决当时美国通用汽车在生产时出现的继电器、接触器的一些问司使用之后效果非常显著。在这之后日本德国等国家相继研究出这种可编程的控制器，我国在1974年开始研究，1977年开始在工业领域中推广PLC。，到现代可以对整个制造系统进行控制和监测。所以PLC在现在和将来都是在工业控制中的重要角色。。这样一来就更加的方便我们的电气技术人员的使用了。[1]PLC的行列中来，这样一来可以尽可能的将计算机的应用功能发挥到最大，不仅可以取代接线逻辑带来的困扰，而且还能够大幅度的提升数据传输以及运算的速率等等，使得PLC能够真正的成为名副其实的工业控制技术的首脑。1.2研究意义PLC的应用非常多，所以PLC的发展对我国工业控制来说非常重要。自从PLC在美国诞生以来，一直在不断的演进，从单一到多元化的变革。已经成为具有运动控制功能，过程控制功能的通用控制器。目前社会对智能制造的需求越来越高，作为工业自动化领域主流控制核心、信息采集和控制主要技术手段，PLC在智能制造中需要不断的改革进步，才能满足智能制造的需求。领域还存在一些问题，特别是现在使用的一些控制系统的硬件和软件专用和封闭，所以造成了再IT技术对企业运营管理的渗透和融合，让这些不具备本征的信息安全特质的控制系统成为巨大的安全隐患。从长远的角度来看，现在的控制器并不能非常有效的保护设备资产和其他资本投资。所以我们要不断的去优化PLC，目前PLC需要向这六个方面去不断的改革，1.增强PLC的通信功能，2.PLC需要于3.增强PLC的的安全功能，保证信息的安全。4.提高PLC的性能，要满足智能控制的需求。5.PLC的应用领域也需要不断地拓宽。6.需要丰富PLC的标准开放接口，有了开放接口才能使智能控制系统在各个行业各个领域快速搭建，并且高效协作。PLC控制技术的研究现状PLC的定义工业现场工作上使用而设计的一款自动化系统。它主要采用的是可以进行编辑的程序的储存器，它在其中的主要作式的输入以及输出接口来控制调配各个类型的机械生产的过程。PLC可以说是已经具有很前卫的技术支持了，因为它是利用了传统的继电器电路的控制技术和微机技术两者共同的产物，它的优势在于避免了许多较为复杂的设计以及操作过程，比如说触电的接线，减少了功耗、提升了可靠性以及通用性。PLC充分的汲取了微处理器所具备的的有点，不仅能够兼顾到现场作用人员的操作专门的梯形图形语言，方便易学还容易上手，所以PLC才会如此的大量应用到生产实践中去如图1所示。[2]图1PLC的基本结构PLC的分类差异以及I/O点数的多少来归纳的。按结构形式分类2所示，二是模块式如图3所示。当然还有一些PLC将这两者的特点结合起来应用，造就了所谓的也叫做叠装式PLC。PLC的CPU、I/O接口以及电源之间都是相对独立存在的模块，而且它们之间又是通过电缆来进行链接的，并且各个模块之间是可以一层一层的叠装起来的。这样一来，系统不仅可以进行灵活的配置，还可以将体积做的非常的小且巧。[3]图2整体式PLC图3模块式PLC下面式根据PLC在功能上的差异，大致将其分为以下三类。（1）低档PLC单机控制系统。它所具有的基本功能有：移位功能、定时功能、故障诊断功能、计数功能输出和输入等功能。（2）中档PLC中档的PLC基本是都具备了低档PLC的一些基础功能的，除此之外中档的PLC还具备相比低档PLC较强的的模拟量I/O以及子程序的通信联网功能，其中有一些还可以增加PID控制功能和中断控制功能，当然这些适用于那些较为复杂不便于编程的控制系统。（3）高档PLC相对于中档的PLC来讲，在功能以及运算方面就更加的自如了，除了中档PLC所具有的功能以外，高档、带符号的算术运算以及最为常见的矩阵运算，还有就是少见的平方根运算，当然，这其中还包含了比较特殊的函数运算功能。而高档PLC拥有比中档PLC更加强悍的通信联网功能，这些都是未来大规模生产厂商们的首要选择，这样的分布式网络控制系统将代替人工生产，进而逐步实现工厂自动化。按I/O点数分类一般情况都是按照PLC上的I/O点数的多少来分类的，可将其分为以下三个类别。[4]（1）小型PLC上的I/O点数的量基本是小于256的，它具备了单核CPU以及八位和十六位的处理器，用户的存储器的容量大约为4KB以下，例如FX0S（三菱）系列的。（2）中型PLC上的I/O点数的量的范围大致在256-2048之间，中型的PLC有着双CPU，用户的存储器的容量大约为2-8KB之间。（3）大型PLC上的I/O点数的量是大于2048的，大型的PLC具有很多的CPU，同时它的用户的存储器的容量大约在8-16KB之间。PLC目前的发展现状此前，飞速发展的集成块技术以及家喻户晓的电子技术逐渐已经进入到我们的日常生活中了。回顾过往，从以最初的十六位进制发展到现在的三十二位进制，再经由微机化的细节处理，同时PLC控制技术，目前可以说已经能够达到了一个非常娴熟的程度了，这样一来不仅增强了它的控制功能，而且还同时减小了功耗以及避免了原基础体积较大的问题，这样一来，在成本上也大大的减少了支出，同时也提升了可靠性，在故障检查以及编程方面显得更加的方便和灵活，与此同时，远程的通信网络和I/O、图像的显示、数据的处理等也在同步发展，这使得PLC应用技术面可以控制连续生产过程，这对于自动化的工业生产发展来讲是有着非常重大的意义的。具有效数据显示可知，就此前，世界上已经就有超过两百家的PLC生产厂商，超过了近四百种的PLC相关的产的生产厂商大约有三十家左右，所以就此看来，国内在有关PLC的技术应用上主要还是以国外的产品为主要应用[13]。国内的一些公司在开展有挂PLC的业务的时候，就会存在较大的竞争优势，比如：响应速度方面的优势、成本价格优势、需求上的优势以及服务优势。术方面所做的付出或者说是成就都是在为以后智能化的制造打基础。这其中不得不说的是微电子技术的发展，它不PLC在通信技术方面的成果就更加的突出且具有价值了。PLC控制技术的特点和应用领域PLC控制技术的特点抗干扰能力强且可靠性高涉及到有关电气设备方面，我们优先考虑的一般都会是高效的可靠性，这也是此类设备一般都有的一些性能问题。就目前来讲，我们国家使用的PLC通常采用的一般都是较为现代化的集成技术，当然规模相对来说也是比较大PLC，可以看出目前就它的抗干扰技术还是很先进的，内部的所有电路基本都是采用了先进的元部件进行相互运作的。所以在可靠性PLC剩余的一些电路构成问题了，首先是它的机外电路，它的机外电路的工PLC的控制技术作为主要支撑，它的优势在于相对于同样型号或者大小的继电器来讲，在接线问题PLC运行时的故障几率。除此之外，它自带的故障检测系统在发生故障时也会第一时间发出相应的警报信息。那么在软件的PLC外的设备也可以进行自我诊断和保护，这样一来整个PLC系统拥有很强的可靠性也就成为了理所当然。[5]配套设施齐全、应用性强工业的控制场合种。PLC在逻辑处理功能上目前可能还存在着一定的短板，但是除此之外的它具有很完善的其他功能，比如说数据运算能力，已经大量运用于各种有关数字的控制领域中去了。但是，近几年由于PLC有了新的功能单元的出现，从而导致了PLC不得不将温控以及其他一些控制部件逐步优化和尽快的投入到工业控制的应用中去，另一方面可以看出，最近些年自动化技术的进步已经设计到人机交互，也在PLC它不能够不去做优化、以及PLC通信能力的不断增强，这使得利用PLC在控制系统的组成上变得非常的轻而易举。更易于学习使用目前，在工业控制计算机中PLC占有主导位置，它的面向不仅仅只是相对于矿工企业的一种工控设备了，而是未来可取代人工操作的先进技术和首脑。它的编程语言没有那么的复杂，对于技PLC的梯形图语言，其中可能PLC的优点就在于的图形符号的表达方式和继电器的电路图很是相似，仅仅只用少量的开关量逻辑控制命令就能够实现电路的功能（继电器的功能）。天地，这使得人们在从事计算机工业控制的相关工作时更加的方便。[6]易改造、能耗较低、体积小、重量较轻（控制设为重要的是有可能达到同时改变设备的生产过程的可能，这样的设计非常的适合批量小、品种多的生产厂商。PLC作为例子来分析下它为什么在能耗方面、体积以及重量方面存在的优势。首先，就近地步的尺寸小于一百毫米，它的重量小于一百五十克，耗能数也就只有数瓦而已。也正是由于它的体PLC是首选，因为它更容易安装进机械内部，所以它自然而然也就成为了最理想的控制设备。[7]PLC控制技术的应用领域，PLC的应用已经涉及到了很多地方，比如液化石油、电力电气、交通运输、机械制造，还有化工、电力、钢铁以及汽车和轻纺等行业，当然也少不了文化娱乐以及环保设施方面的应用，那么它的使用情况大致的可以分为以下及各类别。逻辑控制（开关量）PLC里面最基础也是应用最为广泛的了，它替代了之前较为传统的电路（继电，不仅仅只能用于单个电气设备的控制，还可以同时对多个或者说是群体机体进行自动化的操控。比如：包装的生产线、机械化订书、自动组合机床、印刷机、以及电镀和注塑机等。运动控制I/O模块以及执行机构的桥梁，而现如今一般情况下都是用的是较为专业的也可以说是专用的控制模块。比如像可驱动式步进电机、多轴位置的控制模块以及伺服电机的单轴等等。据相关数据PLC的生产厂商出产的产品几乎甚至可以说都具备了运动控制的功能，而且也都相应的投入应用，比如各种型号的机器人、各种机床以及电梯和机械设备中。[8]模拟量控制快慢、流量的大小、压力的大小、温度的高低以及液位的上升和下降等等，虽说这些也只是一些模拟量，但是对于可编程的控制器来处理，那就不得不实现Digital（数模拟量）两者间的D/A交换以及A/D的交换。所以在出于便捷的配置，生产厂商都会生产出相配套的对应模块，以便于可编程的控制器进行模拟量的控制。[9]过程控制在此有必要说明下有关过程控制的相关概念，它通常指的是PLC对于压力的大小、温度的高低和流量的大小等这些模拟量的一个闭环控制。它在作为工业控制计算机中首要选择的位置，起到的作用是显而易见的，完成各种控PID，它的作用主要是作为这个闭环一般中型的PLC和大型的PLC都是有PID这个模块的，但是此前有很多小型。过程控制的应用也是相当的广泛的，比如，热处理系统、锅炉的控制、冶金以及化工等场合。[10]联网及通信PLC的通信包含了哪些了，首先是两个PLC之间相互的通信，其次就是PLC与另外的只能化设备之间的通信。伴随着计算机控制技术的不断发展，各工厂逐渐重视了自动化技术的应用，也使得自动化网络的发展加快了步伐，各个PLC生产厂商PLC的通信功能模块，纷纷将自己生产的网络系统展现给大众。而新近生产的一些PLC也都是具备通信接口的，所以不必担心通信方不方便的问题。[11]数据处理PLC基本都有数学运算的功能，里面包含了函数和逻辑以及矩阵的运算，当然少不了最基础的数据之间的转换、数据的传送以及排序等功能。而这些数据都是会有相应的参考值的，这些参考值就储存在存储器中，同时也可以利用此项功能将这些数据传送到其他的智能装置中去，或者是将它们打印成表的形式。然而数据处理一般都是应用在比较大型的控制系统，比如说无人操作或者无人控制的工业制造系统，也可以用于之前谈到的过程控制系统，比如食品生产中的一些较大型的控制系统、造纸系统以及常见的冶金系统等。[12]产品制造设备中的应用就目前情况来看，PLC已经能够在现代化以及自动化的生产中树立起明确的标志了，这也是象征PLC应用技术进PLC相关的产品，使得其种类也越来越多，那么相对PLC技术的影子，这也是发展意义的所在。PLC作为设备制造生产的控制中心的主要功能。只有它在其中进行调节控制，才能够使得各个元器件以及功能模块间相互协调、相互配合，如图4所示，从而实现自动化企业的生产工作。图4PLC的设备应用自动包装系统中的应用包装、产品的最终输出等等这些项目也都是按照规定好的程序进行相关操作的，它主要是通过先前设定好的程序进5所示，最后根据传输出的有效信息实现自动化的生产控制。图5自动化包装系统图自动检测装置中的应用的准确数据，PLC再通过传送过来的这些测量数据进行相对应的数据运算以及比较，从而得到产品零件的零部件一致或者是合格与否，如图6所示就是整个装置的传送过程图。图6流水线传送图PLC控制技术应用中应该注意的问题证PLC是否能够正常的进行运行了，所以说在使用的过程中我们应该要特别的注意以下几个因素或者说是问题。温度问题工作时所要求的的外界温度一般在零到五十五摄氏度之间，要特别注意的安装的时候不可以将它PLC控制模块的功能丧失。除此之外，要求扩展单元跟基本单元两者之间的间隔大约在30毫米以上，这也是为保护各元器件之间不会相互的损PLC工作时热量的散发，另外一个作用就是可以保护元器件不会被太阳光直接照射到上面。但是如果当外界环境的温度超过了五十五摄氏度的话，这个时候就必须要手动安装可以通风的电风扇，以此来给它达到一个通风以及降温的效果。湿度问题PLC它具有的绝缘属性功能，我们通常要保证它工作时周围环境的湿度应该保持在百分之八十五（无凝露）以下（这里指的是空气的相对湿度）。震动问题放置在离振动源较远的地方，为的就是防止有些振动源的频率在十到五十五赫兹之间的一些特殊震动或者是连续性的震动。如若当下环境或者条件不能够避免震动现象发生的时候，那么此时就应该立即采取有效的减震措施，比如说采用一些减震胶等等。空气问题谈到空气问题我们首先应该想到的就是易燃气体以及带有强烈腐蚀性的气体，比如说，硫化氢、氯化氢等这些PLC都是出于在一个较为密闭的环境中运行的，但是也避免不了特殊情况的发生，如若当PLC在处于一个有很多粉尘以及腐蚀性气体的环境中工作时，长此以往会导致PLC各部件的损PLC安装到一个密闭性比较好的地方，例如，专门制作一个放置PLC的控制柜或者是小型的控制室等等，以此来加长PLC的寿命，保证企业生产的正常运行。电源问题来讲是有绝对的依赖性的，那么相对来讲电源线给它带来的干扰也就无法避免了，但是这些小的干扰对于PLC来讲还是能够在抵抗范围之内的。如果说PLC必须在一个电源干扰性特别高或者对可靠性的要求很高的环境中进行工作时，就很有必要安装一台变压器，对变压器的要求有这么几点，首先这个变压器要带有隔离层，这样可以防止干扰性加强，其次就是变压器具有隔离性能，这样有助于屏蔽多方面外界环境的干扰，同时也是为了降低PLC一般都是由二十四伏的直流输出电压给提供到输入端的，但是要注意的是PLC工作时不会因为电压不稳的情况而导致整个部件的损坏。选用稳压电源的原因就是普通我们用的电源都会多多少少受到纹波的影响，特别容易让PLC在接受信息的时候发生错误，所以说选用直流稳压电源对PLC来说是非常有必要的。PLC控制技术未来的发展趋势，ARC曾发表过关于两大市场未来的发展报告（这里指的是PAC和PLC），其中着重强调的重点是关于一四年市场扩张的问题。其中主要讲了北美跟我国关于增长引擎的问题，也提前预估了可能未来两年的发展趋势不是很乐观，那么影响发展趋势的主要原因有好几点，其中占主导因素的是以下四个国家的增长因PLC的总的装机的数量已经达到了五PLCPLC的发展状况。除此之外，服务方面以及软件方面对于供应商或者是用户来讲将会变得越来越有价值。因为使用者一般都会提出将硬件的使用功能问题转换成用PLC相关的一些服务问题就显得很有必要了。那么为了能够使得自身的竞争力一直保持在一个比较好的状态的话，就要更加充分的去优化系统，以及利用好现有的技术资源及工程资源。电子信息技术的发展对PLC的影响是非常可视化的，纵观PLC应用领域的日益壮大，其产品的机构以及技术也同步在不间断的更新，功能也在随着更新不断的优化，相对来讲其性价比也会越来越高。PLC市场的发PLC的钟爱可不是一般人能够相比的。这么抢手的主要原因就在于它的性价比比同类型的要高，而且操作起来也相对的比较简单，可靠性也是非常的强。从另一PLC的人占有量超过了其他两者。但是，这也就能够一直占据市场的主导地位，同时它也不能够一直保持着它固有的形态，总归是要根据时代的变化而变化的，更需要不停的更新换代和优化处理。纵观未来几年的发展情况，现阶段物流网的大量铺设，再加上云服务的诞生，PLC在此方面的应用那是更加的变得抢手了，因为需要大量的接口去跟他们对接，而这些都需要PLC去完PLC尽快的去适应新工业革命的改变，无论是从软件上还是硬件上都需要去尽快的跟上节奏，只有这样才能够满足最终用户们的需求。产品规模两极化发展的产品规模，不得不提的是它的性价比是非常高的、而且在运行的速度上有有绝对优势的，其中这PLC，这两种产品在匹配性上面更加的适合小型自动或者是单机控制的需求。随着越来越复杂PLC的信息处理速度需求也随之提升了一大截，自然在存储需求方面（用户存储器容量）的要求也就越来越高了。[14]通信逐步网络化发展PLC之间已经充分的得到了应用。此前，各大有关PLC的生产厂商都在暗自生产或者说是发展自己专用的通信软件和通信模块，以此来加强PLC在PLC生产厂商之间也是有协商的，关于通信标准的制定协商，这样更方便筑建强大的网络系统，冥冥之中PLC在集散控制系统（DCS）中的地位已经不容小觑了。智能化发展PLC生产厂商争先恐后的相继开发了很多模块以及新的器件，比如：温度控制模块、智能模块（专门用来检测PLC故障用的专属模块，注：外部故障）以及常见的I/O模块PLC在应用上的使用范围，同时就系统的可靠性也提升了不少。[15]编程化标准化在标准以及编程方面不够系统化和标准化，因为多种语言的互补和并列存在是软件提升进步的阶梯，PLC生产厂商在硬件上以及编程工具上下了很大功夫，主要表现在这几个方面，编程工具上的多样化、更新换代较为频繁，功能的及时完善。这些看似平常更新使得PLC逐步走向制造自动化（MAP），的基本部件也日益规范化和标准化，主要体现在通信协议、编程工具、输出模块、输入模块以及编程语言等方面。增强外部故障的检测与处理能力跟据我所找的资料统计表明：在plc控制系统的故障中，线路占5%、CPU占5%、输出设备占30%、I/O接口占45%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可以自身的软件、硬件实现检测和处理，而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。向高速度、大容量方向发展plc的处理能力，要求plc具有更好的响应速度和更大的存储容量。迄今为止，有的plc的扫描速度可以到达0.1ms/k步左右，它的扫描速度已经成为了重要的一个性能指标。plc可达几十兆字节，而为了扩大存储容量，有一些公司已经使用了磁泡存储器或硬盘如图7所示。图7PLC结论作为基础的一种可编辑的程序控制器，再加上结合了通讯信息技术以及当下发展最为迅速的计算机应用技术，它才能够脱颖而出成为工业发展中新的一种控制装置，也因此在各个行业中得到了相当的认可，被各界人士广泛的进行应用。，比如说它的体积小，易操作等等，但是小并不影响它功能的强大，在使用方面它可以说得上是当下工业生产中自动化设备的首选。平常生活中我们常见的PLC控制系统就有接触