PLC在工业领域的应用

马卫忠

(上海博士高环保设备工程有限公司技术部，上海 200438)

PLC在工业领域的应用

马卫忠

(上海博士高环保设备工程有限公司技术部，上海 200438)

PLC系统以硬件技术成熟、性能价格比较高、运行稳定可靠、开发过程简单、维护成本低等优势在工业领域广泛应用。文中介绍了PLC、艾默生EC20系列产品的功能等，结合实际，分析说明了PLC在工业领域的典型应用，最后阐述了其发展的前景。

可编程控制器;功能;应用;前景

可编程控制器(Programmable Controller，PC)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制［1］。随着科技的发展，这种装置已超出逻辑控制范围，成为一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，已广泛应用于钢铁、石油、化工、环保及文化娱乐等各个行业。

1 PLC的功能及EC20系列产品介绍

PLC功能强大，在软件方面，能实现逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能;在硬件方面，具有开关模块、模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。由于超大规模集成电路的迅速发展，PLC处理速度加快，软硬件功能也发生较大变化。单片机系统，是嵌入式控制系统的主要组成部分，系统由不同的硬件和软件系统组成。控机控制系统，是以微型计算机为主要载体，加上有关控制板卡或模块实现功能扩展，完成控制功能的控制系统。在自动控制中，PLC、单片机、工控机承担着重要角色，是实现控制功能的重要载体，三者在功能上的对比如表1所示。

表1 PLC、单片机、工控机功能对比

艾默生推出的EC20系列新一代可编程控制器充分融合了计算机、通信、电子、自动控制技术，全面吸收了众多自动化技术［2］，以及多年来应用在PLC领域的精华。在方案设计、硬件选择、软件功能、网络通讯、用户接口等方面，对中国用户的使用习惯和应用现场的特点进行了充分考虑，是一款高性能、高品质的PLC产品。其具有强大的全中文编程软件，编程快捷简单、易操作性强等特点［3］。

EC20系列PLC与常用的可编程控制器PLC相比，其在通讯能力、存储容量、运算速度、程序开发方便性、环境适应能力等方面都具有将强的优势，且具有多种可供选择的配置。该产品采用先进的MCU和CPLD工业控制专用芯片，功能更加丰富，完全可以胜任逻辑、定时、计数等功能控制，能够完成高速计数、数据处理、RTD、PID、TC、通讯联网等重要功能。同时，其为一体式结构的可编程控制器，通过对程序的设计就可以完成对复杂数据的采集、逻辑、过程控制等。此外，通过选择适宜的通讯方式、协议，还可以实现对本地或远程测控，从而可以适应现代工厂自动化对系统开放性及互联性的需要。表2为EC20系列PLC与普通PLC主要功能的对比。

表2 EC20系列PLC与普通PLC主要功能的对比

2 PLC在工业领域的应用

2.1 PLC在发电厂输煤系统中的应用

在现代化发电厂中，自动化程度在不同程度的提高，火力发电的输煤系统就是一个典型的例子。输煤系统设置一个主站和一个从站，主站设在输煤控制室，远程站设在煤仓间。整个控制由数据采集、自动控制、继电器输出、人机界面等几个部分组成。其中输入输出为数字量。输入的数据量有:所有除铁器、除尘器的运行信号、所有犁煤器、三通挡板的位置信号、给煤机、碎煤机的运行信号。所有皮带的运行、跑偏、打滑、堵煤、防蔽塞等保护信号。输出数据主要有:皮带启动信号、给煤机、震动给煤机、犁煤机、碎煤机的启动信号。模拟量有随时煤流量和给煤的频率，通过调整给煤的频率可以解决流煤的问题。

输煤系统是由PLC与上位机组成的系统，如图1所示［4］，采用EtherNet网将其连接，进行数据交换。这样就可以采用控制室监控方式。启动后，现场设备直接进入运行状态，工艺参数进入给PLC，PLC再与监控室的计算机经行数据交换，计算机上即可显示各设备的状态。操作人员根据这些参数的状态，判断各设备是否正常工作，并通过计算机实现各设备的控制。PLC接收到指令，按预预先编好的程序进行逻辑运算，再将结果传给输出模块，通过给各个输出点信号即可实现对现场设备的控制。

2.2 PLC在污水处理中的应用

污水处理是将水中的重金属、COD等对人体有害的物质除去。重金属的氢氧化物大多难容解，所以向中和后的污水中加入石灰，使其生成难容的金属氧化物而沉淀。工艺流程分为预处理、中和、压滤、沉淀、澄清等［5］。

图1 控制系统框图

根据工艺要求，系统主要进行PLC对提升泵、加药泵、计量泵、外排泵等组件的启动和停车及各设备的关联控制，以及实现对流量、液位、pH值、燃料等参数的采集，以调节各变频器的设定、提升泵、加药泵、外排泵等阀门的开度，实现闭环反馈控制，优化控制效果。

PLC控制系统分为3级。第一级为就地控制箱现场控制，就地控制装置分别设置在各设备附近。在控制箱上设置自动控制和手动控制切换开关。“手动”模式下，手动操作优先级最高，以备控制系统的故障或其他紧急情况的使用。第二级采用冗余PLC控制系统，完成“自动”模式下现场采集数据和整个逻辑顺序控制。第三级采用一台触摸屏，组成上位机系统，显示各个设备的运行情况。工业污水处理站PLC 3级控制框图如图2所示。

图2 PLC 3级控制框图

pH值的控制是污水处理系统中的重要指标。在污水站内主要的工艺流程的相关槽内，安装上pH值传感器，将4～20 mA模拟信号送入PLC，由PLC控制相关药槽加药泵、加药气动阀的化学药品的投加量，从而保证pH值维持在给定值。此外，在控制室的控制柜面板上用指示灯、数显表显示相关设备的状态和pH值，体现了系统的人性化设计，同时可对故障信号进行报警。pH值的控制原理如图3所示。

图3 pH值的控制原理

2.3 PLC在废水处理中的应用

废水包括补给给水系统的再生废水、化学实验排水、锅内取样废水、锅内清洗废水等。工业废水站废水不对外排放，一般分为两类，第一类废水只需要酸碱中和处理即可，例如再生废水和化学实验室排水;第二类工业废水主要流程如图4所示［6］，例如锅内取样废水、锅内清洗废水等。

图4 工业废水处理流程

PLC软件系统通过工业以太网与上位机进行通信，在上位机上就可以实施对各节点设备的控制。PLC又分主从两站，主站主要负责对从站的监管，从站负责酸碱废水处理和脱硫处理，这里将详细分析这两部分。

脱硫处理，上位机界面设置启动按钮，系统可以有序启动。为保证系统的安全可靠，每种泵都有两个，以便备用，每个设备都设有报警器。系统启动后，各种机器自动有序启动。电磁流量计检测到信号时，加药计量泵、加碱计量泵自动启动。反应装置液位升高时，反应装置废水提升泵自动启动。清水池液位升高时，清水泵启动。

酸碱废水处理，酸碱废水处理就是在污水中加入酸或碱进行中和。当酸性废水提升泵启动时，pH计检测到信号，并传输个PLC控制柜，PLC经过计算启动相应的调节信号。整个过程的部分梯形控制程序如图 5所示［7］。

图5 控制程序

3 PLC在工业领域的前景

3.1 PLC将广泛应用于过程控制

PLC系统的价格正在逐渐下降，PLC将会成为这一领域的日用品。许多工业用户直接采取平抛弃故障的模块，直接换上新模块的处理方法。

3.2 驾御现场设备控制

随着通信技术的进步，可以利用新的通信技术实现PLC系统的闭环控制，因为现在越来越多的控制计算机已经嵌入了I/O系统。例如，Festo公司已经将PLC技术嵌入到其气调节阀产品中。该公司新近推出的SB6产品在这一领域得到了很好的应用。

3.3 替代嵌入式控制器

目前，低端PLC市场的竞争仍然在继续，这也进一步促进了PLC的发展。随着微型和超微型PLC技术的不断发展，PLC技术已经进入了一个新的领域。例如，微型PLC已经开始替嵌入式控制器的工作内容。对于一些特殊性能的PLC，要求它们的体积大小，这就充分显示了嵌入式控制器的优势，也是未来的发展趋势。

4 结束语

介绍了PLC的功能、在工业领域的典型应用，并总结了其发展的前景。PLC将以低廉的价格、可靠的性能、良好的现场驾御能力等优势，拥有广泛的应用前景。

［1］王起.论PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法［J］.广西轻工业，2011，1(1):60 －61.

［2］宋国华.艾默生推出EC20系列新一代可编程控制器［J］.可编程控制器与工厂自动化(PLC FA)，2005(6):29－30.

［3］齐从谦，王士兰.PLC技术及应用［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［4］郭常敏，温宗英.PLC在发电厂输煤系统中的应用［J］.石河子科技，2011，10(5):38 －39.

［5］孙小娟，刘权.基于PLC的电厂废水处理系统设计［J］.现代商贸工业，2012(1):292－293.

［6］裴有海，庄文俏.PLC在小型污水处理站自控系统中的应用［J］.现代商贸工业，2012(1):295－296.

［7］庄丽娟，吴丽云.基于 PLC控制的废水处理系统设计［J］.微计算机信息，2005(1):24，118.

Summary of the Application of PLC in the Industrial Field

MA Weizhong
(Technical Department，Shanghai Boshigao Environmental Protection Equipment Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 200438，China)

The PLC is warmly

because of its mature hardware technology，cost-effectiveness，stable and reliable performance，simple development，and low maintenance cost.This paper describes the functions of PLC and Emerson EC20 series features.It also analyzes some typical applications of PLC in industry.Finally it summarizes the prospects of its development.

programmable controller;function;application;prospects

TP332.3

A

1007－7820(2012)08－154－03

2012-03-13

马卫忠(1972—)，男，工程师。研究方向:电子仪器设备应用。