1 PLC 的工作原理和特點(diǎn)
1.1 PLC 的工作原理
PLC 是 Programmable Logic Controller 的縮寫(xiě)，中文名為可編程邏輯控制器。它是由電源、中央處理器、只讀存儲(chǔ)器、接口模塊、功能模塊、通信模塊六大主要部分組成。
PLC 的工作原理是操作人員預(yù)先將用C 語(yǔ)言等語(yǔ)言編寫(xiě)的程序存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中，在PLC 電源接通的情況下，中央處理器調(diào)取只讀存儲(chǔ)器中的程序，使功能板塊完成程序設(shè)定的功能，并通過(guò)接口電路將PLC 程序的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電機(jī)等模擬信號(hào)電流，從而對(duì)電機(jī)或其他元器件等進(jìn)行的控制。
1.2 PLC 的特點(diǎn)
PLC 芯片的特點(diǎn)主要是經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安裝方便和便于操作。PLC 芯片可以實(shí)現(xiàn)的功能較多，若要對(duì)某種機(jī)電設(shè)備進(jìn)行功能改造，就可以在該機(jī)電設(shè)備的控制電路中加裝PLC 芯片，雖然其沒(méi)有計(jì)算機(jī)的功能強(qiáng)大，但是在沒(méi)有繁重的計(jì)算量的情況下，這種改造方式是和*的；同時(shí)PLC 芯片因?yàn)槠潴w積小，而且都是標(biāo)準(zhǔn)的IC 封裝，在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備控制電路改造中只要在電路板上加裝相應(yīng)的PLC 芯片卡槽，使用時(shí)將PLC 芯片直接插入卡槽內(nèi)即可，如果芯片損壞或者對(duì)PLC 芯片升級(jí)時(shí)直接將芯片拔出；隨著對(duì)PLC 芯片開(kāi)發(fā)的深入，各種PLC 的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件日益增多，對(duì)于操作人員編程非常方便，這些軟件在實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行，這樣不僅方便了編程，同時(shí)也可以提高程序編寫(xiě)的效率。
2 PLC 在工業(yè)控制系統(tǒng)中的領(lǐng)域
在工業(yè)控制系統(tǒng)中PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，特別是在開(kāi)關(guān)量控制、運(yùn)動(dòng)控制、集中控制、遠(yuǎn)程控制等高精度控制方面。
下面就以PLC 在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用為例，說(shuō)明PLC 控制系統(tǒng)的作用。啤酒發(fā)酵生產(chǎn)線(xiàn)的工藝流程大致為：麥芽等谷物的粉碎→麥芽的糊化→過(guò)濾→煮沸→回旋沉淀→冷卻→發(fā)酵→成熟→過(guò)濾與灌裝。其中在發(fā)酵過(guò)程是啤酒生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生新物質(zhì)并伴隨著大量的熱量釋放。啤酒發(fā)酵的方法有上發(fā)酵和下發(fā)酵兩種，兩種發(fā)酵方法基本一致，區(qū)別在于對(duì)于發(fā)酵溫度的控制，上發(fā)酵溫度為15℃ ~25℃，下發(fā)酵溫度為5℃ ~10℃，發(fā)酵溫度的高低及其變化決定了啤酒的口味和質(zhì)量，因此，必須高精度的控制發(fā)酵過(guò)程中的溫度，是啤酒生產(chǎn)中自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心部分。
2.1 開(kāi)關(guān)量控制
在啤酒發(fā)酵過(guò)程中的溫度控制是一種開(kāi)關(guān)量控制，這也是PLC 控制系統(tǒng)中zui常見(jiàn)的方式，在控制系統(tǒng)中，首先由發(fā)酵罐中溫度傳感器采集控制對(duì)象的溫度變量，采集的模擬信號(hào)通過(guò)PLC 芯片中的接口電路（即I/O 輸入輸出接口）轉(zhuǎn)化為PLC 芯片可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定程序中的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，在PLC芯片中中央處理器進(jìn)行比較計(jì)算，并進(jìn)一步觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的決策程序，然后將這一決策動(dòng)作通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳送到I/O 輸入輸出接口，轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。在此過(guò)程中也可以通過(guò)PLC 芯片的通信模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其工作原理圖如圖1 所示。

圖1 PLC 控制系統(tǒng)在啤酒發(fā)酵過(guò)程中溫度控制應(yīng)用方面的原理圖
2.2 運(yùn)動(dòng)控制
在啤酒發(fā)酵生產(chǎn)中溫度的控制的主要方式就是冷卻介質(zhì)與發(fā)酵罐壁之間的熱傳遞，在此過(guò)程中主要依靠電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)完成，而電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)和閥門(mén)開(kāi)啟的大小，都必須與控制溫度變化的PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的觸發(fā)初始參數(shù)相一致。PLC 控制系統(tǒng)是中各I/O 接口都直接與各溫度、液位、壓力和流量傳感器相連接，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)器內(nèi)的初始參數(shù)相比較，并做出相應(yīng)的動(dòng)作。其具體的I/O 分配表見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)I/O 分配表
2.3 遠(yuǎn)程控制
在啤酒發(fā)酵過(guò)程中PLC 控制系統(tǒng)，通過(guò)其總線(xiàn)與中央控制室的電腦相連接，并通過(guò)PLC 中的EM241 智能通信模塊，進(jìn)行遠(yuǎn)程通信功能。這樣在中央控制室內(nèi)的主控設(shè)備借助局域網(wǎng)或以太網(wǎng)就可以對(duì)發(fā)酵罐的PLC 控制系統(tǒng)相連，并通過(guò)控制室內(nèi)的顯示屏，將PLC 中的通信模塊獲得的溫度傳感器傳來(lái)的實(shí)時(shí)溫度顯示在控制屏上，同時(shí)顯示由PLC 系統(tǒng)傳來(lái)的I/O 接口中各電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)中央控制室內(nèi)的主機(jī)通過(guò)OPC(OLE FOR ProcessContrrol）基于嵌入式過(guò)程的控制軟件，對(duì)PLC 控制系統(tǒng)的內(nèi)存儲(chǔ)器和各 I/O 接口進(jìn)行控制，主機(jī)將設(shè)計(jì)好的溫度控制程序，存儲(chǔ)到PLC 中的存儲(chǔ)器內(nèi)，置入溫度控制的初始參數(shù)和相應(yīng)動(dòng)作，或者直接通過(guò)主機(jī)對(duì)PLC 輸入控制命令。
結(jié)語(yǔ)