集中控制在现代工业自动化进程中的应用
集中控制在现代工业自动化进程中的应用摘要：在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装臵，例 如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等， 而 PLC 技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此 PLC 在工业控制领域 得到了广泛的应用。本文根据作者多年工作经验，对集中控制在现代工业自动化 进程中的应用进行了详细的阐述。关键词：集中控制；现代；工业自动化；进程；应用1 PLC （ Programmable Logic Controller ）可编程序控制器国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在 草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和 模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关 外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。2 PLC 的组成及分类从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模 块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可 以按照一定规则组合配置。2.1 小型 PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个 硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊 功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、 通讯联网以及各种应用指令。2.2 中型 PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256T024点之间。I/O的处理 方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫 描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通 讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。2.3大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。 具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三 级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系 统，使机器的可靠性更高。3 PLC技术在电气工程自动化控制中的特点3.1 PLC 通用性强在PLC应用过程中能够支持对工业环境的设计，PLC的通用性在运用过程中 表现在相对应的装置设备特别齐全，能够满足不同控制对象所需要的不同的要求， 同时在 PLC 使用过程中人与机器能够相互配合及通讯设备良好应用，相关控制工 作可行性非常高，操作过程简单易学。PLC技术的通用性大大提高了电气自动化 控制中的效率。PLC技术可以和其它设备进行合理的契合以此达到电气工程自动 化控制的要求。3.2 PLC 可靠性高PLC 实现了对大规模集成电路技术的大幅度应用，对于传统意义上来讲，在 接触器的控制系统而言，PLC的好处便在于它省去了大量的硬接点去也就意味着 在PLC技术的运用期间故障的发生率会大大的降低，对PLC的系统工程抗干扰能 力也有大幅度提升的重要价值。PLC技术相对于其他技术而言可靠性较高，有较 强的可参考性。 PLC 的运行速度快，智能化程度高，集成密度大网络分布范围大， 这些特点和优势充分满足了电气工程自动化的需要，也是PLC技术在于电气工程 自动化技术的优势因素。4 PLC在现代化工业进程中的应用自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分 散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形 成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计 和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业 环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就 可以直接在工业环境使用。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技 术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的 可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些 使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使 用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点 已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自 我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编 入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自 诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类:开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继 电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机 群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生 产线、电镀流水线等；模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量， 如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟 量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。 PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制； 运动控制： PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早 期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运 动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上 各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器 人、电梯等场合;过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控 制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块， 目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。 过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用；数据处理： 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据 转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数 据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信 功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统 如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业 中的一些大型控制系统；通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智 能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都 具有通信接口，通信非常方便。5 结束语伴随着现代工业自动化生产的进程，PLC在工业自动化控制领域依然发挥着 巨大的主导作用，随着PLC与现代网络设备的不断联系和应用，其在未来工业自 动化控制领域必将获得更广阔的发展空间。参考文献1 探讨电力计量自动化建设与方案J.伊玉云.科技风.2012(11)2 电气自动化在电气工程中的应用探究J.余刚，吴喆.内燃机与配件.2017(08)
