关于PLC 在工业自动化控制领域中的应用探讨

吴小聪

（广州市轻工技师学院， 广东 广州 510000）

0 引言

随着现代社会不断发展，各行业都呈现出良好的发展态势，尤其是工业技术发展如火如荼，工业逐渐成为振兴我国的重要支柱产业，这对于强化我国的综合国力有着积极作用。在21 世纪信息化技术占据主导地位的时代下，我国工业领域不断发展，尤其是PLC 技术的应用更是实现了我国工业领域的革新和发展，并在工业自动化控制中占据举足轻重的地位。实践证实PLC（可编程逻辑控制器）能满足以往工业领域生产中许多的客观要求，对于提升自动化控制质量有着重要价值。此次围绕PLC 与工业自动化控制深入研究，有重要现实意义与指导价值。

1 PLC 与工业自动化控制概念

PLC 全称为Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器，最早出现于1969 年[1]。在20 世纪90 年代，PLC 经不断完善后更适合用于现代工业领域中。PLC 主要组成构件有:第一，电源。电源是保障PLC 相关模块集成电路能正常工作的关键，占据重要地位。第二，中央处理器。中央处理器主要是负责进行数学与逻辑运算，能控制整个系统的正常运行，发挥出组织和协调的作用。第三，存储器。存储器包括系统、用户不同类型，主要功能就是存储关键信息。第四，模块。模块在该系统中有着连接作用的通路。第五，编程设备。该设备主要是对整个系统进行监测和维护，在系统的运行中不能发挥出特别的作用。由于PLC 系统体积小、功能全、质量轻、安全可靠，因而被广泛用于工业自动化控制中。工业自动化控制（也可简称为工控）指通过利用计算机技术、微电子技术等，能让工业生产和制造的整个过程更高效、精确的过程，能实现可控和可视的目标。和传统控制技术相比，工业领域中的自动化控制，能提升生产效率在300%以上，运用价值突出[2]。工业自动化控制有着广阔的发展前景，而与PLC 系统的融合也必定为该领域的发展注入鲜活动力，有利于实现“中国制造 2025”、《“十四五”智能制造发展规划》等国家战略的要求和目标。

2 PLC 在工业自动化控制的应用影响因素

PLC 应用于工业自动化控制中作用突出，且是实现工业领域发展的重要保障，虽然它能为工控带来便利，但在实际应用时也不可忽视存在着的影响因素。第一，温度。PLC 应用于工业自动化控制中，温度宜处于0~55 ℃之间，过高或是过低的温度都可能影响到该系统运行的稳定性，因而要采取策略加以管理。第二，湿度。湿度对PLC 系统的稳定性影响较大，湿度过大可能损害到PLC 系统中各类元器件的绝缘性能，因而通常要将湿度控制在85%以下，从而为工业自动化控制工作的开展创造有利条件[3]。第三，振动。应用PLC 时很可能受到许多因素影响，尤其是以振动最为突出。若工业生产中振动非常频繁且超过了规定的范围值，很可能会影响到PLC 系统的运行质量。为此，在实际应用时要解决该问题，尽可能地减少振动造成的不良影响。第四，电源设置。电源是PLC 的核心所在，选择220 V 交流供电并减少外部环境下的干扰，能确保供电稳定持续，继而提升工业自动化控制的质量。

3 PLC 在工业自动化控制的具体应用

3.1 应用于生产过程控制

PLC 应用于工业生产的控制主要对象是生产中的模拟量，且此控制方式也常常出现在化工、冶金等工业领域中，效果理想。所谓模拟量（analog quantity）指某个变量在一定范围内连续变化的量，其使用属于PLC 控制的重要部分。在工业自动化领域中，依托于PLC 能有效统计分析当前的电压、电流、温度等与工业生产密切相关的模拟量，并将其与提前输入好的历史数据加以对比，最终得到和生产要求符合的开关量，从而确保工业生产过程更完善，各设备也能按照所预定的程序来运行。首先，PLC 系统先对各种物理量进行采集，包括工业生产中的温度、压力、速度、振动等[4]。其次，处理模拟量。模拟量涵盖输入、输出单元两种，以输入单元为例，需做好外部接线、程序编写等相关程序，方可达到更好的模拟量控制效果。模拟量接线时可使用屏蔽双绞线，能减少电路间不良干扰，保障采集模拟量过程更稳定。随后在程序编写时，要编写关于模拟量采集等内容，包括读取模拟量数据、数据处理和转化、数据存储地址等，且对编写好的程序加以调试。通过进行对模拟量的控制，便利于实现对生产过程的控制。

3.2 应用于生产环境控制

工业生产中，对于环境的监控也非常重要，PLC在工业自动化控制中的应用也常常体现在环境控制上。不同行业的产品加工生产中，生产环境都是影响产品质量及其工艺稳定性的关键性因素，例如在粮食、酒精等行业的工业自动化生产中，企业就必须格外关注到外部环境，发酵时外部的温度、湿度等因素，都可能影响到产品的生产质量。为此，要积极应用PLC 来进行环境的控制，例如进行对空气成分、温度等因素的管控。首先，以空气成分检测为例。工业企业可借助于PLC 系统来制作某监测系统，该系统中设置了烟雾传感器、一氧化碳传感器等数据采集模块，同时还包括网络传输模块、存储模块、移动终端、安全中心、报警模块。若在工业自动化生产中有任何可能影响到生产的空气异常情况，就可借助于PLC 来处理，从而有效改善生产环境，提升工业生产质量。其次，以温度检测为例。例如某食品工业生产中对于佐料的温度有着严格要求，那么便可借助于PLC 来强化管理。先利用编程掌握器来采集工业生产现场环境的相关数据（温度）并处理，并设置相关人机界面，便于技术人员能了解数据存储、工业生产过程，同时还要设计温度报警系统，能提升温度测量的精确性并发出警报。除了所提及到的温度、湿度等环境因素，PLC的应用还能体现在对生产安全的控制上。通过及时用传感器装置分析生产环境要素，还能合理规避可能存在的火灾安全隐患，为工业自动化生产的安全性提供了保障。

3.3 应用于产品质量控制

质量是企业的生命，工业自动化控制中，最不可忽视的便是产品质量。高质量的产品是企业树立品牌的前提，也是获取效益的源泉。反之，若产品质量未能达到满意的状态，会直接影响到工业企业的生存与发展。PLC 能获取工业生产加工的相关信息并加以监控，从而实现对产品质量的控制。究其原因，是因为PLC 本身就集合了有着较强兼容性的信息感知系统，它不但能采集工业生产中产品的信息，并将信息进行传送对比，还能分析出各种残次品、劣质品，为生产质量的提高做好保障。在此过程中，工业生产相关技术人员能通过所获取到的信息知晓当前产品生产中的缺陷问题，并及时进行后续的生产计划调控，实现生产质量的改进。例如在某工业企业中可借助于PLC技术来设计质量检测提醒系统，该系统中包括了控制单元、开关电源、电感式传感器、继电器件、声光报警器等[5]。当生产中发现存在产品质量缺陷时，该系统能及时提醒检测与报警，最终提升了工业生产中产品流通的合格率，实现企业生产效益与社会效益的共同提高，推动企业良性发展。

3.4 应用于物理运动控制

工业生产中，产品的制造与生产会需要相关机械设备处理，在此过程中往往会发生不同情况的物理运动。假设所制造出的零件在物理运动中因各种外界因素影响而出现轨迹的偏差，那么必定会影响到该零件的形态，包括其尺寸、形状等，无法达到更完美的工业制造效果。PLC 系统能对工业自动化过程中的圆周运动、直线运动加以控制，并利用系统的脉冲量来确保其物理运动维持在常规状态下。由于脉冲控制中的实际位移量小，也就决定了PLC 系统应用于物理运动控制中的高精度特性。当前PLC 在物理运动控制中的应用，主要体现在工业自动化中的机械手、机床等。首先，以机械手为例。例如某工业企业中运用了物料搬运机械手，它本身属于工业机器人的重要部分。为了确保物料搬运机械手的操作高效，动作精确，也可利用PLC 系统来加以完善。PLC 系统的程序设计能更好地控制机械手的各个步骤与动作，保障工业生产中各零件的物理运动更准确。其次，以机床控制为例。PLC 系统在现阶段工业领域中的数控机床运用，主要包括内装、独立两种形式。在数控机床中PLC 系统能充当其“大脑”，由PLC 发号施令实现对刀架换刀等运动的精确性控制，减少了因工件物理运动失误造成的不良影响。PLC 系统用于工业自动化控制中能发出脉冲信号，实现系统整体的控制目标，调整优化工作机制。

3.5 应用于信息安全控制

从当前已经发生过的典型事件来看，当前工业自动化控制领域中还存在安全威胁问题。除了自然灾害（如洪水雷电）、内部安全威胁（人为操作有误）、设备故障外，还有恶意代码、网络攻击等情况，危及到工业领域的信息安全。工业自动化控制中涉及的信息与数据是工业企业的核心资源，包括了研发、生产、运维、管理、外部等多种信息与数据。PLC 系统应用在工业自动化控制中，能充分发挥出在信息安全控制上的作用，并借助于远程监护、系统维护等功能来实现安全管控。首先，PLC 集成通信板块采用IPv4 终端模式，并通过以太网串口通信协议，能确保PLC 系统和工业网络间实现信息数据的高效安全传输，避免存在协议漏洞，而导致信息泄露。其中IPv4 终端的特点在于无连接协议，所需要的内存小，能构建虚拟的通信层。其次，PLC 系统中要集成防火墙技术（Firewall Technology）。该技术属于网络防御技术，它能对进出该系统网络的数据加以保护，从根源上杜绝各种恶意代码、恶意入侵的现象，保护该系统内部数据与信息的安全。再者，要将部分非必要的UDP/TCP 端口关闭，同时监听管理必须端口中所发出的通信内容[6]。若在监听中检测到了可能存在畸形化的报文内容，必须及时由系统管理员处理，将其置入黑名单。最后，还要构建全方位的校验机制。通过校验工业自动化控制中的信息安全风险能最大程度上地发挥出PLC 系统的应用功能，继而做好工业产品相关信息的保密。

4 PLC 在工业自动化控制的应用前景

PLC 能在工业自动化控制的多个环节中发挥作用，有非常广阔的发展前景。结合实际来展望未来，PLC 在工业自动化控制的应用主要会朝着以下三个方向来发展：第一，智能化。当前随着各项智能技术如雨后春笋般涌现，有更多先进的智能技术（如机器学习、计算机视觉等）开始在各个领域大放异彩。数字技术无论是传输的质量、速度还是安全性，都较于以往数据传输有明显优势。在未来PLC 技术的智能化控制也会受到更多关注，促使其在工业自动化控制的应用也更智能、高效。第二，专业化。虽然和传统生产模式相比，PLC 系统的应用让工业生产的效率、质量和安全都得到了明显改善，但实际应用仍然有一定的不足，会导致设备控制有缺陷。在未来，PLC 用于工业自动化控制中的相关元器件质量会得以改善，一定程度上推动了专业化发展。第三，信息化。信息技术在PLC系统的发展中占据着主导地位，决定了PLC 信息化发展方向。与此同时，关于PLC 技术和其他软件平台的兼容也是重要的发展趋势，能更好地实现资源共享与生产体系融合。

5 结语

《关于巩固回升向好趋势加力振作工业经济的通知》要求要积极推进2023 年的新型工业化进程。目前，随着我国综合实力提升和科技进步，工业自动化领域的发展也获得了更有利的契机。例如信息化技术发展的良好形势下，PLC 技术也应运而生，并开始在工业自动化控制中迅速得到重视与应用，不断拓展了运用范围，也促进了工业化的积极向好发展。从研究可知，PLC 应用于工业自动化控制的环节较多，且有着广阔的发展前景，作为工业企业更要结合因地制宜、与时俱进的双原则，结合自身实际情况来充分发挥出PLC 的作用，并将其优化处理，完善PLC 源码，以确保它在工业自动化控制中能发挥效能，助推工业企业的可持续发展。