ＰＬＣ控制原理分析及其在工业中的应用

李宗宝

摘要：可编程序控制器(PLC)以其功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点在工业控制中应用越来越广泛。使用它们作为系统的核心，不仅可使控制系统体积减小，功能易于扩展，系统工作更加稳定，还可大幅降低成本。文章介绍了PLC的定义、结构组成及工作原理，并结合触摸屏介绍了PLC在工业中的应用。

关键词：PLC控制原理；PLC工业应用；可编程序控制器触摸屏

中图分类号：TM933

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)04-0066-02

一、PLC的定义

可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，其定义是：专门为在工业环境应用而设计的一种数字运算操作的电子系统。它采用一类可编程的存储器，用于存储用户程序，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，并通过数字或模拟量输入，输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。随着科学技术的进步和可编程序控制器的不断发展，功能不断增强，其定义也会发生变化。

二、PLC的结构组成

可编程控制器实质上是一种工业控制专用计算机，其系统的实际组成与微机基本相同，一般由以下五个部分组成：

1．中央处理器。进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调地工作；

2．存储器。用于存放系统的监控程序、用户程序、逻辑变量和一些其他信息；

3．接口电路。它是PLC与现场设备以及外围设备的联系通道，如输入／输出接口、键盘／显示接口、通信接口和扩展接口，等等；

4．输入，输出电路。输入电路用来对输入信号进行隔离和电平转换；输出电路用来对PLC的输出结果进行放大和电平转换，驱动现场设备；

5．电源。包括系统电源、备用电源和掉电保护电源等。

三、PLC的工作原理

PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式——扫描技术。当PLC投入运行后，其工作是以循环扫描的方式来完成的，一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段，一个周期所用时间为：T=(读入时间*输入点数)+(运算速度*程序步数)+(输出时间*输出点数)+自诊断时间

四、触摸屏技术在PLC中的应用

用户需要设定的量为电压，频率的目标值，这是利用拨码开关数字设定输入区达到这一目的的。用户可直接在拨码开关上进行增减操作以得到需要的目标值。在拨码开关上设定之后，点击“确定”按钮，该数值送入PLC目标值保存单元，点击“取消”按钮、则维持原数值不变、数值的倍数、精度以及该数值在PLC内在单元中的地址都是在拨码开关的属性中设置的。

根据工作原理，触摸屏可以分位红外感应式、声表面波式、电容感应式和电阻压力式四大类，不同的工作原理将决定触摸屏的响应时间、定位精度及工作环境。在国外，触摸屏技术已相当成熟，在欧美如：Micro Touch，ELO及Dynapro等厂商都有近二十年的生产制造历史；日本的Nisha，Gunze等也有十年以上的生产经验。而在产品技术发展方面，东西方各有不同，欧美的触摸屏以电容式、表面声波式以及五线电阻式为发展方向，产品以大尺寸产品居多；日本的触摸屏技术则是以四线电阻式为主要发展方向，产品以中小尺寸为主要目标；台湾以及韩国厂商则大部分紧随日本的脚步，以发展四线电阻式居多。

触摸是人类最简单、最本能的共有行为之一。采用触控技术的原因有很多，其中包括在岗亭型应用中限制终端用户对计算机的访问，还包括需要在数据输入和计算机的密封、保护之间两相权衡的恶劣环境。触摸屏的工作原理是将屏幕图像区域划分为预先确定的网格(主要取决于屏幕尺寸和分辨率)。触摸菜单选项的一个象限会执行一个子程序，效果和使用鼠标或在提示行输入命令相同。涉及触摸屏技术的部件共有五个：触摸感应器、LED显示器、控制器、软件驱动程序、触摸屏里的CPU。触摸屏是用户和计算机之间实现互动的最简单、最直接的方式。尽管触摸屏技术相对较新，但是用户和触摸屏交互的基本方式已非常久远：你的手会伸向你想要的东西，这几乎是所有儿童和成人的本能。各行各业的公司都已成功地将触摸屏的效用发挥到各自的应用中。

航空公司使用它来模拟机舱、训练飞行员驾驶飞机；机车上触摸屏用来全方位显示列车运行的状态；房地产公司通过它使购房者能够在弹指之间观看商品房的全彩图像；餐馆饭店使用它来简化店内的POS终端；银行的ATM机使用它来简化用户存取款的操作。

在所有行业的应用中，触摸屏技术带来的实质益处始终未变：触摸屏能够让用户无须经过任何培训就能马上对上位机进行操作，也无须计算机方面的专门培训。由于供用户选择的菜单设置非常明确，触摸屏的使用几乎消除了操作员误操作的可能性。触摸屏在真正意义上做到了输入、输出设备的一体化，它成功取代了键盘和鼠标，结实耐用，可以承受键盘和鼠标易受损坏的恶劣环境通过触摸屏可以快速访问所有类型的数字媒体，不会受到文本界面的妨碍；使用触摸屏可以保证空间不被浪费，因为输入设备已完全整合到显示器中。综上所述，在工业现场，对计算机处理速度要求不是非常高的场合，用触摸屏代替一般计算机的优点在于：(1)简化了人机界面；(2)在恶劣条件下经久耐用；(3)适用于所有环境；(4)提高了精确度；(5)节省了空间。

如今，触摸屏与PLC结合已在工业中得到了广泛的应用：采用PLC与触摸屏协调控制焊接电源、弧长跟踪器、送丝机、焊枪操作机和焊件变位机，通过精确控制焊枪的重复定位精度和对焊枪轨迹的实时补偿，有效适应了曲面工件的形状变化，使熔池始终处于水平位置，匹配合适的焊接工艺规范，获得了稳定可靠的焊接质量，同时利用友好的人机界面实现现场监控以及工艺参数的现场设置和修改。焊接试验表明，整套装置运行稳定、可靠，自动化程度高，具有良好的应用前景；在电源系统中，采用触摸屏作为人机交互工具，需要在线更新的量为电压与频率的设定值，简单直观，便于操作。