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摘要：在现代工厂设计过程中,以PLC为核心的控制系统得到了普遍的应用,而且发挥了重要的作用。与其他控制系统相比,PLC控制系统在工厂应用中主要表現出:安全性、可靠性、稳定性高,以及抗干扰能力强等特点。
关键词：PLC；工厂设计；应用
Abstract: in the modern plant design process, with PLC as the core of the control system has widely, and played an important role. Compared with other control system, PLC control system in the main show plant applications: safety, reliability, high stability, and strong anti-interference characteristics.
Keywords: PLC; The factory design; application
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1. PLC的含义和特点
1.1PLC的含义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
1.2PLC的特点
1.2.1可靠性高，抗干扰能力强
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[1]。
1.2.2配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制厂合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
1.2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
1.2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产厂合。
1.2.5体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备[2]。
2. PLC的应用范围分析
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。
2.1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。
2.2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。
2.3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、电梯等厂合。
2.4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、锅炉控制等厂合有非常广泛的应用。
2.5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[3]。
2.6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。
3. PLC在工厂设计中的应用问题
3.1 预防性维护措施
PLC控制系统的运行中.控制室的温度一定要适合。PLC控制系统控制室的常规温度控制系数为:使用时:0-55℃；储存时:-20℃～70℃。另外,在PLC控制系统安装时,应尽量避免太阳光直接照射,并注通风散热。PLC控制系统的运行中,要注重采取有效的抗振、抗冲击、抗噪声干扰措施。PLC控制系统及相关设备最好放置于有保护型外壳的控制柜内,远离高压电源线及设备,以避免产生电磁干扰。PLC控制系统的使用环境要保持清洁,无腐蚀性气体和尘埃。避免灰尘和污物堆积在PLC元件上。
3.2 日常维护措施
工厂在PLC控制系统应用中,要根据实际情况和生产流程制订科学、合理的维护与保养,加强相关设备的运行、维修和保养记录。PLC控制系统运行记录的内容主要包括:(1)系统运行时间；(2)故障现象及当时的运行状态；(3)故障分析及处理方法和结果；(4)故障发现人和维修处理人员的签名等。PLC控制系统必须定期进行检查和保养。两次保养的时间间隔通常为半年,对于特殊情况应缩短其时间间隔。检查设备安装.连接线等是否有松动现象,以及接点焊点是否有松动和脱落等现象。
3.3合理设计水控管理系统
该系统能够将计量与计时收费相结合,实现合理收费,多用多收,少用少收。实现了自动统计,避免了人工收费；以卡控制电动阀开关,方便快捷；读卡和显示部分可与阀表分体安装,便于使用者插卡和观看余额。
3.4生产过程的监控和管理
PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连，显示器作为人机界面(HMI )是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指不灯，生产流程模拟屏以及电控柜内大量的中间继电器和端子排，所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC可以方便、快徒地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以一进制、十进制、十六进制、ASCH字符等方式进行。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现厂设备的运行状态。如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。
4. 结语
总之, 多年来，可编程控制器(PLC)从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越在工厂应用PLC控制系统时，必须加强对于系统的优化设计,并且注重预防性和日常的维护管理。其根本目标是进一步提升PLC控制系统的性能,而且保证其运行的安全、稳定。
参考文献:
［1］孙振涛.浅论PLC在工厂设计中的应用创新[Ｊ].城市建设，2008(2)。
［2］肖明辉.PLC在工厂设计中的应用研究[Ｊ].中国城市经济，2010(12)。
［3］包艳琴.PLC在工厂设计中的应用要点研究[Ｊ].经营管理者，2010(6)。
［4］范飞.论PLC在工厂设计中的应用的问题和对策[Ｊ].科技资讯，2011(1)。
［5］秦永继.PLC在工厂设计中的应用的发展研究[Ｊ].城市建设，2011(5)。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：PLC；工厂设计；应用
Abstract: in the modern plant design process, with PLC as the core of the control system has widely, and played an important role. Compared with other control system, PLC control system in the main show plant applications: safety, reliability, high stability, and strong anti-interference characteristics.
Keywords: PLC; The factory design; application
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1. PLC的含义和特点
1.1PLC的含义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
1.2PLC的特点
1.2.1可靠性高，抗干扰能力强
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[1]。
1.2.2配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制厂合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
1.2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
1.2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产厂合。
1.2.5体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备[2]。
2. PLC的应用范围分析
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。
2.1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。
2.2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。
2.3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、电梯等厂合。
2.4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、锅炉控制等厂合有非常广泛的应用。
2.5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[3]。
2.6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。
3. PLC在工厂设计中的应用问题
3.1 预防性维护措施
PLC控制系统的运行中.控制室的温度一定要适合。PLC控制系统控制室的常规温度控制系数为:使用时:0-55℃；储存时:-20℃～70℃。另外,在PLC控制系统安装时,应尽量避免太阳光直接照射,并注通风散热。PLC控制系统的运行中,要注重采取有效的抗振、抗冲击、抗噪声干扰措施。PLC控制系统及相关设备最好放置于有保护型外壳的控制柜内,远离高压电源线及设备,以避免产生电磁干扰。PLC控制系统的使用环境要保持清洁,无腐蚀性气体和尘埃。避免灰尘和污物堆积在PLC元件上。
3.2 日常维护措施
工厂在PLC控制系统应用中,要根据实际情况和生产流程制订科学、合理的维护与保养,加强相关设备的运行、维修和保养记录。PLC控制系统运行记录的内容主要包括:(1)系统运行时间；(2)故障现象及当时的运行状态；(3)故障分析及处理方法和结果；(4)故障发现人和维修处理人员的签名等。PLC控制系统必须定期进行检查和保养。两次保养的时间间隔通常为半年,对于特殊情况应缩短其时间间隔。检查设备安装.连接线等是否有松动现象,以及接点焊点是否有松动和脱落等现象。
3.3合理设计水控管理系统
该系统能够将计量与计时收费相结合,实现合理收费,多用多收,少用少收。实现了自动统计,避免了人工收费；以卡控制电动阀开关,方便快捷；读卡和显示部分可与阀表分体安装,便于使用者插卡和观看余额。
3.4生产过程的监控和管理
PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连，显示器作为人机界面(HMI )是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指不灯，生产流程模拟屏以及电控柜内大量的中间继电器和端子排，所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC可以方便、快徒地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以一进制、十进制、十六进制、ASCH字符等方式进行。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现厂设备的运行状态。如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。
4. 结语
总之, 多年来，可编程控制器(PLC)从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越在工厂应用PLC控制系统时，必须加强对于系统的优化设计,并且注重预防性和日常的维护管理。其根本目标是进一步提升PLC控制系统的性能,而且保证其运行的安全、稳定。
参考文献:
［1］孙振涛.浅论PLC在工厂设计中的应用创新[Ｊ].城市建设，2008(2)。
［2］肖明辉.PLC在工厂设计中的应用研究[Ｊ].中国城市经济，2010(12)。
［3］包艳琴.PLC在工厂设计中的应用要点研究[Ｊ].经营管理者，2010(6)。
［4］范飞.论PLC在工厂设计中的应用的问题和对策[Ｊ].科技资讯，2011(1)。
［5］秦永继.PLC在工厂设计中的应用的发展研究[Ｊ].城市建设，2011(5)。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。