PLC的发展及应用前景

Vol.24No．5(SUMNo．110)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT

2009年10月

Oct．2009

PLC的发展及应用前景

刘卫平，王明泉

（中北大学信息与通信工程学院，山西

太原

030051）

【摘要】可编程序控制器(ProgrammableLogicController简称PLC)，文章简要概述了PLC控制技术的产生与发展，

阐明PLC强大的技术控制功能及在工业应用的优点，现已成为自动化领域的技术支柱，预测其发展空间深远。【关键词】

PLC；发展趋势；应用前景

TP342

【文献标识码】

【中图分类号】A【文章编号】1003-773X（2009）05-0078-03

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引言

多年来，可编程序控制器从其产生到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃，功能由弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步,在半导体技术、计算机技术和通信技术高速发展的今天，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，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。1PLC控制技术概论

PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统,它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体,成为实现单机，车间，工厂自动化的核心设备,具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便等优点。随着技术的进步,其控制功能由简单的逻辑控制，顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制,成为自动化领域的三大技术支柱(PLC，机器人，CAD/CAM)之一[1]。2PLC的发展及趋势2.1国内外的发展[2]

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段。

1）早期的PLC（20世纪60年代末—70年代中期）一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能一般只用于单一工序的自动控制。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。2）中期的PLC（20世纪70年代中期—80年代中，后期）在微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的

收稿日期：2009-03-17；修回日期：2009-05-03

中央处理单元（CPU）。这样，使PLC功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算，计时，计数等功能以外，还增加了算术运算，数据处理和传送，通讯，自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块，远程I/O模块，各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC应用范围得以扩大。3）近期的PLC（20世纪80年代中后期至今）进入20世纪80年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软硬件功能发生了巨大变化。跨入21世纪后，就整体而言，不论是硬件还是系统软件(专用操作系统、编程语言)，以至于联网通信，PLC正在向标准化方向发展，以谋求在ERP，MES和PCS的3层体系结构中立于不败之地，更好地满足工业生产，管理及经营系统不断追求降低成本，快速响应，综合和整体高效，从而增强产品竞争力的要求[3]。

我国可编程控制器的引进，应用，研制，生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列，杭州机床电器厂生产的DKK及D系列，大连组合机床研究所生产的S系列，苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模，并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司，上海乡岛公司，南京嘉华公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。虽然我国在PLC生产方面还比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿元人民币，应用的行业也很广。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

2.2未来的发展趋势

展望未来，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设

作者简介：刘卫平（1981-），男，山西忻州人，在读硕士研究生，研究方向：信息获取与处理技术。

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第24卷第5期(总第110期)刘卫平等：的发展及应用前景机械，管理开发PLC2009年10月

计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大，智能

更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。3PLC的应用领域[4]

PLC是以自动控制技术,微计算机技术,和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产中得到了越来越多的应用。目前，PLC的应用领域包括：通用和专用机械,机床与工具,汽车制造,立体仓库,过程控制,控制与装置仪表,控制设备制造，环保及文化娱乐等各个行业，并且还在向其它领域延伸。PLC的应用机械控制占87%,过程控制占58%,运动控制占40%,批量控制占26%,自诊断占18%[5],使用情况及分类如下。3.1开关逻辑量控制

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。3.2工业过程控制

在工业生产中，存在一些连续变化的量（即模拟量）如：温度，压力，流量，液位，速度等。PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金，化工，热处理，锅炉控制等场合有广泛的应用。3.3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,电梯等场合。3.4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。3.5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。4PLC的应用前景[6]

PLC未来的应用前景分为以下几个方面：4.1人机界面将更加友好

PLC制造商通过收购或联合软件企业或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC+网络+IPC+CRT的模式被广泛应用。4.2网络通讯能力大大加强

PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。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。4.3开放性和互操作性有很大发展

PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。虽然PLC开发上各种工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适应不同品牌的产品。OPC基金会推出了OPC（OLEforProcessControl）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。为了使PLC更具开放性和执行多任务，可以在一个PLC系统中同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务。例如：三菱电机公司的小Q系列PLC可以在一个机架上插4个CPU模块。

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4.4

功能的进一步增强

应用范围越来越广泛。PLC的网络能力，模拟量处理能力，运算速度，内存，复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越多地应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功地应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）+DCS（过程控制）的模式变成PLC+IPC模式。

4.5工业以太网的发展对PLC的影响

与工业网络相比，以太网应用非常广泛其成本非常低，因此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的难题在于：1）硬件上如何适应工业恶劣环境；2）通讯机制如何提高其可靠性。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。纵观当今社会发展前沿，PLC在工业工程方面的作用举足轻重，不仅如此，在生活上通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性。例如：只要在房间任何有电源插座的地方不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，并且支持多机同时接入，可以浏览网页，拨打电话和观看在线电影，从而实现集

数据﹑语音﹑视频，以及电力于一体的“四网合一”。另外，可将房屋内的电话，电视，音响，冰箱等家电利用PLC连接起来，进行集中控制，实现“智能家庭”的梦想。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。5结束语

PLC以其结构紧凑，可靠性高，功能强，速度快，价格低等优点不管在现在还是在未来的工业自动化领域中都将发挥其不可替代的作用，它将推动整个工业领域的发展，为再次科技革命的到来奠定坚实的基础。

参考文献

[1][2][3]

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.

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.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.

[4]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.

[5]陈有根，危韧勇.可编程序控制器概述[J].电工课堂,2003(1):

34-35.

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

DevelopmentandApplicationProspectsofPLC

LIUWei-ping,WANGMing-quan

（CollegeofInformationandCommunicationEngineering,NorthUnivorsingofChina,Taiyuan030051,China）

(ProgrammableLogicControllerreferredtoasPLC),thepaperelaboratesthegonerationanddevelopmentofPLC,and

introducesthepowerfulcontrolperformanceandtheapplicationinproduction.ThePLChasbecomethekeypointinautomationfield.Thepaperalsoforecastsitswelldevelopmentandwidelyapplication.〔Keywords〕PLC;Developmenttrends;Applicationprospects

〔Abstract〕PLC

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第77页）

1）凸、凹模采用Cr12MoV1，热处理硬度60HRC～62HRC，并深冷处理；2）为了防止凸、凹模压损模架的

平面，所以在凸、凹模之间加设垫板。垫板的外形尺寸与凹模周界一致，材料采用45钢，热处理硬度为43HRC～48HRC；3）凸模是通过与固定板结合后安装在上模架上的，固定板的周界尺寸与凹模相同，其厚度越厚对冲头的保护越好，然而会加重模具的重量及制造成本。根据经验选取厚度为25mm，采用45钢，由于固定板在冲裁过程中没有钢性碰撞，所以不用进行热处理；4）该结构虽然没有直接性碰撞，但在冲裁过程中受到冲裁力与橡胶弹簧的反作用力，在结构上需要有一定的刃性及而且不易变形，所以热管支撑套选择采用与凸、凹一样的材料并进行热处理；5）模具中

的紧固零件主要包括螺钉与销钉。螺钉主要连接冲模中的各零件，使其成为整体，而销钉则起定位作用，螺钉选择采用GB/T70.1-2000M10内六角螺钉，采用内六角螺钉的的优点是紧固牢靠，对于螺钉头埋入模板内，模具的外形比较美观，装拆空间小，销钉选用GB/T119.1-20008圆柱销钉。4结论

1）该模具制造周期短，价格低廉，工人操作安全，方便可靠，在公司应用两年以来反应都比较好。2）本文详细介绍了热管配盖切边模的模具结构，为类似模具结构设计提供了很好的借鉴。

参考文献

[1][2]

张荣清.模具设计与制造[M].北京：高等教育出版社.2005.孙凤勤.模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社.2005.

DesignoftheTrimmingDiefortheHotTubeCover

LIShu-ping1,WEIJian-jun1,LIANGHuan-yong2

（1.DepartmentofMechanicalEngineering,GuangxiUniversityofTechnology,Liuzhou,Guangxi545006,China;

2.LiuzhouGuojiEnterpriseCO.,Ltd,LiuzhouGuangxi545006,China）

〔Abstract〕Throughthetechnologicalanalysisofthetrimmingprocessforthehottubecover,thestructureofthetrimmingdiehasbeen

determined.Practicalprdcuctionprovesthatthediestructureisproperandvaluableforintroduction.〔Keywords〕Hottubecover;Trimmingdie;Design

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