PLC控制系统发展前景研究

内蒙古科技大学工程训练中心　王雪燃



PLC控制系统发展前景研究

内蒙古科技大学工程训练中心王雪燃

【摘要】可编程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是一种普遍应用在工业领域中的技术。文章简述了PLC技术的产生背景与发展现状，阐明PLC技术的功能及其在工业应用中的优点现已成为自动化领域的技术支柱，并介绍了PLC系统的发展前景。

【关键词】PLC；工业自动化控制；发展前景

Keyword：PLC；Industrial Automation and Control；Development Trend

0　引言

可编程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)从其产生到现在，已经实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃，其功能也由弱到强，从而实现了从逻辑控制到数字控制的进步[1]。随着计算机技术的高速发展，PLC在模拟量的处理数字运算人机接口和网络等各方面的能力都已大幅度提高以成为工业控制领域的主流控制设备，并且应用的越来越广泛在各行各业发挥着越来越大的作用。PLC是以微处理器为核心，综合运用微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。常用的有日系欧姆龙等，国产的有台达、永宏等。欧系的主要有施耐德、西门子等[2]。

从1968年至今，PLC的发展共经历了四个阶段：第一阶段PLC大部分用单位机开发，功能也仅有逻辑控制；在第二阶段，PLC产品中的微处理器换成了8位，产品也随之开始量产；第三阶段，随着大规模高集成微处理器及位片式CPU的使用，PLC在处理速度上也随之大大提高，从而向功能更多以及互联网通信的方向发展；第四阶段，通过使用16位或32位的高级CPU，并且将多个处理器配置在一台PLC中，以此进行多通道数据处理。成为了名符其实的多功能控制器。随着PLC的功能从单一化转向多元化,特别是互联网通信技术的支持，使PLC与设备之间的远程连接和通信功能成为PLC控制系统中的重要特点之一[3]。

1　PLC控制系统

1.1PLC的构造

PLC控制系统主要有两个基本要点，分别是输入输出信息的交换以及物理可靠性的实现[4]。输入输出信息的交换主要依靠程序来实现，程序存储在PLC的内存。程序有两种，一种是厂家在PLC出厂时所提供的内置程序；第二种是用户自己开发的应用程序[5]。

内置程序主要有2个好处[6]：第一，为用户提供了程序运行平台；第二，通过处理程序运行时信号与信息的转换，保证用户程序的可靠性。物理可靠性的实现是依赖输入（Input）电路和输出（Output）电路来进行的。PLC的输入电路第一步要对输入的信号进行预处理，将信号进行滤波处理，过滤掉高频的信号干扰。第二步是依靠光耦元件建立连接，在PLC内部与计算机电路进行光隔离。输出电路需要对输出的功率进行倍增，目的是使其可以带动包括接触器、继电器等其他的工业控制元器件。

从PLC的构成角度看，它是数字运算操作的控制装置，在计算机技术、自动化控制技术等方面有着重要应用[7]。它的主要构成有：电源、存储器、中央处理单元（CPU）、接口电路等。电源是在交流电压基础上波动10%~15%左右，能够采用适当的措施将PLC连接到交流电源上。存储器的作用是存储系统软件，用户程序存储器则是存放应用软件的。中央处理器是在整个系统的核心，起到协调系统各部件的作用。接口电路连接PLC系统和外部设备。

1.2PLC的运行原理

PLC的控制方式主要开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制等四种控制方式[8]。从PLC的功能层面来看，可以有效的实现开关量的逻辑控制，同时系统运行中可以结合现场的控制检测信号，作为是否进行操作的条件，这样就可以实现对设备的控制。此外，系统的计数功能以及限时控制功能也得到较好的发挥。在PLC系统中的计时指令作用下，时间的设定可以结合运行的情况发生而变化。对于计时控制，系统能对不同速度的计数器实施控制，实现了对系统的计数控制功能[9]。

从PLC的运作原理来看，它是通过对逻辑信号的顺序扫描完成，此过程中主要是通过对输入采样，而后再执行操作，最后是输出刷新。PLC实现控制的过程一般有以下几个步骤[10]：

（1）输入信号刷新；

（2）运行用户程序；

（3）输出信号刷新。

系统不断反复循环步骤1至步骤3运行，在系统运行期间，会同时作公共处理，包括时间监控、外部服务及通信控制处理等。具体的工作原理就是信号采样过程中，PLC需要读取每个接口的实时状态，然后把数据存储在输出区，并保证数据在本周期不发生变化，下一周期中才会对数据进行更新。如果是输入信号，频率上就会比扫描周期大，这样才可以检测到信号。而在执行程序过程中，PLC需要按照从上到下的方式进行扫描，然后进行控制线路的逻辑运算，根据逻辑运算结果对输出线圈在系统中对应储存状态进行刷新。最后就是在输出信号刷新中，需要CPU在上一阶段程序执行成功后，对各模块所对应的状态及数据进行刷新，使输出电路输出到外部设备，一个控制周期结束。

2　PLC的应用前景

2.1人机界面更加友好

PLC制造商利用收购或与软件公司合作的方式，通过发展自身软件产业，大大提高了其软件水平。大多数PLC厂商拥有与之相对应的开发平台，通过结合软件和硬件提高了系统的性能。同时，从用户的开发和降低运维成本等角度，使更易形成人机友好的控制系统。目前，广泛被应用的是PLC+网络+IPC+CRT的模式。

2.2网络通讯能力提升

PLC厂家在原来CPU物理层提供RS232/422/485接口的基础上，增加了通讯接口并提供完整的网络通讯功能。由于近年来通讯技术的快速发展，用户要求较高的开放性，同时现场总线技术和以太网通讯技术也随之快速发展。例如罗克韦尔A-B公司主推的三层网络结构体系即EtherNet，ControlNet，DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。

2.3开放性和操作性的发展

在PLC发展过程中，各大制造商为了扩大市场，均制定自己的标准。这导致兼容性很差，给用户使用带来很多不便，同时增加了运维成本。由此可以看出，PLC的开放性是发展的趋势。这也形成了个大厂商之间长时期妥协与竞争，并且还在继续。虽然PLC上各种开发工具仍不兼容，但基于这些标准的系统可以使用户在开发过程中方便地适应不同厂商的产品。由OPC基金会提出的OPC（OLE for Process Control）标准，增强了软硬件的互操作性。通过OPC，测试的产品的一致性，可以方便的实现无缝隙数据的交换。目前，大多数PLC软件以及相当一部分、仪表执行机构等都支持OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，也是未来自动化控制系统技术的发展趋势。为使PLC更具开放性，并且可以执行多任务，可以在一个PLC中同时集成几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一特定计算任务。

2.4工业以太网对PLC发展的影响

与工业领域网络相比，以太网因其成本非常低等特点，得到了广泛的应用。因此，人们致力于将以太网引进自动化控制领域。目前的难题主要有：（1）硬件上如何适应恶劣环境。（2）如何提高原件之间的通讯可靠性。工控领域引入以太网还存在争论，但以太网在工控系统中的应用，却日益增多。适应这一趋势的各PLC制造厂商相继推出适应以太网的产品。PLC不仅在工业方面的作用逐渐增大，而且在生活上，利用PLC传输电力，使其作为通信载体，从而使得PLC具有极大的便捷性。例如，只要在有电源的房间就可享受5.5~55Mbps的高速网络接入。并且，支持多客户端同时接入，满足同时浏览网页、拨打电话和观看视频。另外，可以利用PLC将房屋内的电话、电视、音响、冰箱等家电连接起来，从而通过集中控制，实现智能家庭。目前，PLC主要是作为一种接入技术提供宽带网络的解决方案，适用于居民小区学校酒店写字楼等领域，真正的做到快捷便利。

3　结束语

PLC的优点包括结构紧凑、数据可靠性高、系统功

能强、运行速度快、产品价格低等。在工业自动化领域中，PLC发挥着不可替代的作用。PLC的发展也将推动整个自动化工业领域的发展。通过对PLC相关的功能以及其原理的分析，可以从一定程度上提高对这一技术的认识，而将PLC在自动化控制系统中的应用上可以将控制水平得到有效提升。为了能够使现代化的工业设计工作得到不断的完善，就要将基础工作得到完善，加强对PLC的理论研究。今后PLC的发展方向是从高效性、高速度、高可靠性、分布式、网络化的方面。工业中主要以以太网作为系统的通信网络，发展的新方向，而PLC的通信网络也正随着互联网的发展而更加开放化、标准化，这必将推动PLC的发展。从目前来看，PLC的通信网络的发展趋势主要有两个方面：一方面是支持企业级的互联网服务，从而实现互联网的接入和远程监控；另一方面，现场总线也是当前的发展方向，开发更完善的网络产品，提高网络组态技术和网络管理技术，促使工业控制系统的更加集成化。

参考文献

[1]孟莎莎.基于PLC的灌溉施肥控制系统的设计与实现[J].计算机与现代化,2015(07).

[2]蒋新卫.PLC在工业自动化中的应用及发展[J].现代物业(上旬刊),2015(06).

[3]王欣刚.火力发电厂运煤自动化系统设计探讨[J].山东工业技术,2015(09).

[4]王迪.PLC在工业自动化控制的有效运用[J].科技风,2015(07).

[5]邓高寿,潘宏侠.PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发,2006(6):99-102.

[6]陈忠华.可编程序控制器与工业自动化系统[M].北京机械工业出版社,2006.

[7]彭瑜.PLC仍在全方位的发展[J].中国自动化学会通讯,2005(5):8-12.

[8]盖勒(Geller,D.A.).可编程序控制器原理与设计[M].北京:清华大学出版社,2006:61-62.

[9]陈有根,危韧勇.可编程序控制器概述[J].电工课堂,2003(1):34-35.

[10]周永坤.浅析PLC的应用及前景[J].科技资讯,2005(25): 70-71.

Research on Development Prospects of PLC Control System

Wang Xueran
（Engineering Training Center，Inner Mongolia University of Science and Technology，Inner Mongolia，Baotou 014010）

Abstract：PLC（Programmable logic controller）is a widely used technique in the industrial field.We firstly outlines the background and current development of PLC technology to clarify the function of PLC technology.Secondly，we introduce its advantages in industrial applications has become a pillar of the field of automation technology. Finally，we introduce the development prospects of the PLC system.