1 PLC 的工作原理和特點
1.1 PLC 的工作原理
PLC 是 Programmable Logic Controller 的縮寫,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 語言等語言編寫的程序存儲于只讀存儲器中,在PLC 電源接通的情況下,中央處理器調(diào)取只讀存儲器中的程序,使功能板塊完成程序設(shè)定的功能,并通過接口電路將PLC 程序的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為控制電機等模擬信號電流,從而對電機或其他元器件等進行的控制。
1.2 PLC 的特點
PLC 芯片的特點主要是經(jīng)濟實用、安裝方便和便于操作。PLC 芯片可以實現(xiàn)的功能較多,若要對某種機電設(shè)備進行功能改造,就可以在該機電設(shè)備的控制電路中加裝PLC 芯片,雖然其沒有計算機的功能強大,但是在沒有繁重的計算量的情況下,這種改造方式是和*的;同時PLC 芯片因為其體積小,而且都是標(biāo)準(zhǔn)的IC 封裝,在對現(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,使用時將PLC 芯片直接插入卡槽內(nèi)即可,如果芯片損壞或者對PLC 芯片升級時直接將芯片拔出;隨著對PLC 芯片開發(fā)的深入,各種PLC 的程序設(shè)計語言和軟件日益增多,對于操作人員編程非常方便,這些軟件在實現(xiàn)程序設(shè)計的同時還可以實現(xiàn)仿真運行,這樣不僅方便了編程,同時也可以提高程序編寫的效率。
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)域主要是實現(xiàn)自動化控制,特別是在開關(guān)量控制、運動控制、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)線中的應(yīng)用為例,說明PLC 控制系統(tǒng)的作用。啤酒發(fā)酵生產(chǎn)線的工藝流程大致為:麥芽等谷物的粉碎→麥芽的糊化→過濾→煮沸→回旋沉淀→冷卻→發(fā)酵→成熟→過濾與灌裝。其中在發(fā)酵過程是啤酒生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟,在發(fā)酵過程中產(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)酵過程中的溫度,是啤酒生產(chǎn)中自動化控制系統(tǒng)的核心部分。
2.1 開關(guān)量控制
在啤酒發(fā)酵過程中的溫度控制是一種開關(guān)量控制,這也是PLC 控制系統(tǒng)中zui常見的方式,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象的溫度變量,采集的模擬信號通過PLC 芯片中的接口電路(即I/O 輸入輸出接口)轉(zhuǎn)化為PLC 芯片可以識別的數(shù)字信號,這些信號數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定程序中的數(shù)值進行比對,在PLC芯片中中央處理器進行比較計算,并進一步觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的決策程序,然后將這一決策動作通過數(shù)字信號傳送到I/O 輸入輸出接口,轉(zhuǎn)化為模擬信號實現(xiàn)對電動調(diào)節(jié)閥進行控制。在此過程中也可以通過PLC 芯片的通信模塊實現(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)酵過程中溫度控制應(yīng)用方面的原理圖
2.2 運動控制
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,在此過程中主要依靠電動調(diào)節(jié)閥來完成,而電動調(diào)節(jié)閥的開關(guān)和閥門開啟的大小,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,將各項數(shù)據(jù)與存儲器內(nèi)的初始參數(shù)相比較,并做出相應(yīng)的動作。其具體的I/O 分配表見表1。
表1 系統(tǒng)I/O 分配表
2.3 遠(yuǎn)程控制
在啤酒發(fā)酵過程中PLC 控制系統(tǒng),通過其總線與中央控制室的電腦相連接,并通過PLC 中的EM241 智能通信模塊,進行遠(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)就可以對發(fā)酵罐的PLC 控制系統(tǒng)相連,并通過控制室內(nèi)的顯示屏,將PLC 中的通信模塊獲得的溫度傳感器傳來的實時溫度顯示在控制屏上,同時顯示由PLC 系統(tǒng)傳來的I/O 接口中各電動調(diào)節(jié)閥的運行狀態(tài)。同時中央控制室內(nèi)的主機通過OPC(OLE FOR ProcessContrrol)基于嵌入式過程的控制軟件,對PLC 控制系統(tǒng)的內(nèi)存儲器和各 I/O 接口進行控制,主機將設(shè)計好的溫度控制程序,存儲到PLC 中的存儲器內(nèi),置入溫度控制的初始參數(shù)和相應(yīng)動作,或者直接通過主機對PLC 輸入控制命令。
結(jié)語
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