浅析工业自动化PLC控制的应用与调试

叶润安

燕山大学，河北秦皇岛，066004

0 引言

随着PLC技术的不断发展，现代的PLC与传统的PLC有着本质的区别，其中软件模型及架构方面有着重要的变化，现代的PLC有着更加卓越的性能以及完善的功能，因此PLC的应用范围不断扩大，特别是在工业自动化领域的深化拓展，使其与工业自动化的结合愈发紧密[1]。PLC是现代工业自动化的核心支柱之一，它对社会和经济产生了显著的效益。

1 PLC概念

PLC是一种逻辑控制器，它是由计算机相关部件组成的特殊结构，它主要采用微机技术与传统继电触控技术相结合的方式进行工作，通过调用存储程序的执行来实现系统的逻辑运算和特定功能，并顺序控制执行指令，利用输入输出的信号实现机械设备及生产过程的控制。PLC控制系统根据组成结构可分为整体式和模块式两大类：（1）整体式结构是指将中央处理器、输入输出接口、电源等设备集中在一个机箱里，一般小型的PLC控制系统采用整体式结构。（2）模块式结构是指构成PLC控制系统的各个部分都是以单独模块的方式存在，如中央处理器模块、输入输出模块、电源模块及各种功能性模块等，一般大中型PLC控制系统采用模块式结构[2]。

2 PLC技术特征

在工业自动化领域中，现代的PLC技术特征相较于传统的PLC技术具备明显的优势，其优势主要表现在（1）硬件突破，例如：现代的PLC系统可以安装多个中央处理器，并形成多处理器模块的架构。（2）软件模型，例如：PLC可以通过配置的方式进行系统配置及定义资源，并且实现系统 接口，使程序与物理输入输出通道之间能有效的连接，并形成资源与处理器之间一对一的关系。因此现代PLC技术具有许多优秀的技术特征，但遗憾的是，当前各厂商PLC的软硬件体系是闭环结构，因此兼容性较差。

2.1 稳定可靠、抗干扰强

PLC的设计之初就是为了满足工业自动化现场各种恶劣环境下的使用，它是通过硬件与软件两个方面来实施措施的，因此，PLC具备稳定性及可靠性，同时也能排除电子干扰等环境的影响。

2.2 功能完善、使用便捷

现代的PLC控制系统具备完善的功能。它不仅能控制开关量和模拟量，还可以对机械设备、生产线及生产过程进行控制，同时它还具备较强的联网通信能力，通过与上位机的结合应用还能实现全自动化控制。由于现代PLC的产品基本上都采用模块化的结构组成，因此它能快速响应并满足各种控制系统的需求，针对不同的需求编写不同的程序，从而达到工作流程控制的要求。

2.3 编程简单、易于掌握

PLC的编程基本上都是采用梯形图的方式，图形化语言使操作者无须具备专业的计算机编程知识，并且让操作者能快速的上手，同时理解并掌握相关PLC的编程技能。

2.4 安装快捷、调试方便

成熟PLC产品的安装过程基本上采用搭积木的方式进行，并且通过仿真软件的使用，使得PLC的调试工作变得容易。因此相较于其他控制系统，PLC产品的安装调试降低了控制系统的构建周期。

2.5 体积轻便、功耗节能

PLC的制造使用了微电子技术，因此它具备体积轻便、结构紧凑的特点，并且由于模块体积较小，所以功耗相对较低，在一定程度上起到了节能的作用。

3 PLC在工业自动化中的应用策略

现代PLC系统相较于传统PLC系统具备十分明显的优势，但现代PLC系统的应用还处于起步阶段，所以需要通过不断地深化PLC技术的理论知识，并与实践相结合的方式，来完善PLC产品的功能及优化改进。只有这样PLC系统才能适应时代的需求，更好的为工业自动化服务[3]。

3.1 深化应用并加强PLC技术的研发

PLC技术应当不断地创新和发展，通过解决工业自动化领域的实际问题，提升PLC技术的深度研发能力，并且通过不断完善及强化理论体系的应用，对当前PLC技术进行优化改进，使PLC技术更加先进更加智能，以满足当前及未来工业自动化领域对PLC的要求。

3.2 构建规范的PLC技术应用调试标准

由于PLC技术应用在社会各个领域，在各领域中的使用及用途都不相同，并且各厂商的PLC产品都存在技术闭环，所以PLC的应用及调试没有一个统一的标准。如果制定一个统一的标准，那么就可以让各领域之间产生紧密的联系，通过推动统一的PLC标准能让PLC技术在各领域中的应用更加深入，同时也有利于完善PLC的系统功能。因此，推动统一的PLC技术、质量检查、系统规范等标准是十分有必要的。

3.3 强化信息对称并搭建沟通平台

PLC技术的应用都需要相应的沟通，如：需求沟通、业务沟通等，只有通过沟通才能确定PLC运用的目的，以及检验搭建的PLC系统是否合理。只有强化信息对称，并且沟通顺畅，才能让PLC的应用更加符合实际需求。当然在后期运维的过程中，信息对称及沟通平台的搭建同样也是十分重要的，只有通过不断的反馈问题及解决问题，才能促使PLC技术更加完善，让PLC系统的在工业自动化中的应用更加深入。

4 PLC在工业自动化中的应用分析

4.1 开关数量控制

开关控制是工业自动化中关键的应用场景之一。开关替代了传统的继电器电路，不仅可以用于单台设备，还可以用于多机群控制。虽然它有着简便的控制效果，但是开关数量过多可能会导致自动化运行过程中出现问题。因此，对开关的使用必须有严格的要求和控制。PLC技术的应用能有效解决这一问题，PLC技术能让工业自动化控制更加智能与精细，因为它不仅能有效地控制工业自动化中的各种开关需求，同时也能提升控制精度，只需通过有效的调控即可[4]。

4.2 模拟量控制

在实际的工业自动化生产过程中，存在着很多不断连续变化的量，我们称之为模拟量，例如：温度、流量、压力、速度等。PLC控制系统可以通过编程控制器处理这些模拟量，但在处理之前，必须先对模拟量进行转换，转换成数字量后，可使用编程控制器对数字量进行相应处理，从而实现对量的精准控制。当前市面上各厂商的PLC控制系统产品基本都配有转换模块，用于编程控制器对模拟量的控制。

4.3 运动相关控制

在工业自动化生产活动中，PLC技术涉及到运动设计和运动掌握两个方面，从运动设计角度来讲，它可以通过运动模块进行不同的组合，来达到投入生产的必需要求，并最终形成大规模完整的工业生产体系，但在生产过程中，如果生产流程发生变化，会存在难以进行变更的问题，PLC技术的使用能有效的解决这一难题，只需通过模块化管理，从而达到精准管控的目的，以此来提升工业自动化生产的灵活性。从运动掌握的角度来讲，PLC技术的使用不仅可以对工作对象进行精确掌握，还可以掌握多个工作对象运动间的协调[5]。

4.4 数据信息处理

数据信息处理在工业自动化生产过程中是十分重要的，它包括数学运算、采集、存储、传输、处理等环节。随着PLC技术的发展，通过编程的方式能让PLC有效的解决数据信息处理问题，并依托工业网络传输相关数据，以此来实现不同工业智能设备之间的对接，并且进行统一的调度控制以及数据管理，这样可以减少人工操作带来的工作失误，从而提升整个工业自动化体系的操作效果。不仅如此，PLC技术还解决了数据分散和集中管理的问题，进而更深层次的实现了工业自动化生产过程中对数据信息处理的需求。

4.5 使用频率控制

在工业自动化领域中，PLC技术可以对机械设备生产使用频率进行控制。PLC技术通过编程的方式对设备的使用进行合理的设计，并通过计算得出设备的运行时间及状态，从而对设备生产使用频率进行规范化，以此减少长时间高负荷生产作业过程中对设备造成的损害，并延长设备使用的寿命，最终达到节约设备生产成本及运营成本的目的。

4.6 过程管控应用

PLC技术现已广泛地应用于工业生产连续过程的管控，包括温度、电压、压力、电流等运行参数的控制，通过参照历史输入信息并结合当前实际情况，产生生产所要求的输出模拟量，并且使系统的工作按照一定的运行参数进行。不仅如此，如果在生产过程中出现了问题，PLC控制系统还可以对机器的操作进行自动控制，如：断电、关闭等。因此，PLC技术让工业生产制造具备了连续性，不仅改进了工作流程，同时也让生产过程更加安全。

5 PLC控制系统的程序调试

PLC控制系统在完全投入生产之前，需要进行一系列程序调试，排查各种存在的问题，如：PLC控制系统能否满足控制需求、是否满足现场实际运行要求等。通过程序调试对系统进行检验及修改完善相关环节，让系统能够满足工业生产的要求，尽量避免故障的发生。

5.1 实验室调试

按照控制要求，PLC控制系统在完成程序设计之后，需要进行实验室调试，以此来保障设计的正确性，之后才能投入生产。实验室调试一般分为两步：（1）首先编程器的状态脱离主机控制，其次运行后台软件的检查功能，对整个程序进行检查，如存在错误就进行记录和修改。（2）在没有错误的情况下，让编程器连接主机进行深入调试，以此来确保系统相关参数设置及状态的正确性，在联机情况下，对设计的程序进行逐步排查并修改完善，以此验证设计的效果[6]。

5.2 厂家调试

PLC产品设备在出厂时，需要厂家对设备进行组装并进行联调，以此来保证出厂之前整个PLC产品设备的配置正确，并确保运行的正确性及满足生产的要求。首先检查相关设备模块及接口的状态，在确保状态正确后，连通电源并观察指示灯是否点亮，然后检查系统程序中的“通信管理表I/Omap”，查看通信配置和相关模块设置是否正确，接着使用仿真器连接系统的输入模块，观察模拟系统运行的状态，并根据反馈信号的顺序进行相应开关的拨动。最后连接所有调试完毕的控制程序块进行整体联调，逐步排查每一条控制分支及逻辑是否合理，在整体上考虑所有PLC控制路线逻辑是否满足要求。

5.3 现场调试及优化

PLC设备在现场按要求完成安装后，在交付投入生产前需要进行验收，检查系统是否满足设计要求、程序执行与设备状态是否正常、执行结果是否达标等。在调试时，需要现场相关操作人员对程序的运行进行监控并微调，让整个PLC控制系统能保持良好的运行状态。由于工业自动化的工作环境比较恶劣，所以除了调试以外，必须还要对PLC设备进行优化，减少环境对PLC控制系统的影响，排除相关的干扰，同时还要加强对设备的维护。所以必须在以下方面予以重视及优化：（1）对电源电流输入输出的控制，保障输入输出电流的稳定，并且电源必须具备隔离性，这样才能在工业自动化恶劣的环境中，减少电流对控制系统的干扰，可通过滤波器和变压器来解决这个问题。（2）确保线路之间的敷设分开，如电源线路与通信线路的敷设，尽量在布线设计的时候就要考虑这个问题，并且还要考虑相关电气控制单元与线路之间的实际距离，尽量减少线路干扰对控制系统的影响。（3）由于现场环境恶劣，一些信号往往会遇到磁场的干扰，造成信号误差或者错误信号，所以可以采用数据滤波的方式来处理信号，排除相关磁场干扰。（4）PLC控制系统主要是通过软件程序进行相关操作控制，所以软件很可能会出现不可预期的问题，这时软件容错的作用就尤为凸显，因为软件容错可以提高软件的可靠性及安全性，利用新的软件容错技术，减少冗余规模及采用智能化决策，并且增加容错覆盖范围，来实现PLC技术程序调试上的优化。

6 PLC在工业自动化中的应用展望

PLC技术的应用在我国工业自动化领域中十分广泛，在数字化新时代的加持下，PLC技术的应用前景会更加深而广阔。从软硬件层面来讲，PLC的性能和功能会不断的完善增强，让PLC拥有更快的运算能力、拥有更多的输入输出扩展以及更强的数据处理能力等，甚至可能将人工智能引入PLC技术，进一步让PLC技术更加智能化的。从通信能力角度来讲，随着工业网络5G技术的快速发展，PLC技术很可能与5G技术相融合，从而实现真正的互联互通。从接入标准来讲，PLC系统可能拥有更多的接口，让其功能更加强大，可快速的实现系统及设备间的接入能力与联动能力，达到高效无缝的协作，以及集中与分散管理的能力，从而进一步让PLC的融合程度更加深入，更能解决行业应用的需求，从而创造独特的价值。从信息安全的角度来讲，传统的控制系统，由于控制网络之间具备隔离性，信息安全很容易实现，但未来的PLC技术，融合了各种技术，特别是通信方面的增强，让数据信息安全变得脆弱，容易遭受到网络攻击及数据窃取，未来PLC技术的应用需要考虑网络安全，并且增强数据信息安全的保护。在未来，PLC技术在工业自动化领域的应用潜力是巨大的，它会随着工业自动化领域需求的变化，而不断的适应和融合新的技术，强化自身的功能，并在未来扮演一个不可或缺的角色。

7 结语

随着科学技术的发展与时代的进步，PLC技术的发展也有了长足进步，在工业自动化领域中，其应用会越来越深入广泛，与工业自动化的结合也会越来越紧密，不仅如此，PLC技术还可凭借着自身的优势及影响，促进整体生产工艺及生产水平的提升，并有效地刺激社会经济的发展。所以加强PLC技术的研究，使其与时代无缝对接是有必要的，这样可以让我国工业自动化水平进一步提高。