淺談工業自動化PLC控制的應用與調試

PLC是可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicControlle）的縮寫。PLC實質是一種合并了互聯網、計算機、通信等多種技術為一體的控制裝置。隨著數字時代信息化技術的發展，PLC技術的發展勢如破竹，突飛猛進。適用于閉環控制、開關量控制及邏輯順序控制的PLC正在工業自動化領域廣泛滲透，空前普及，應用技術數字化水平越來越高。研究工業自動化PLC控制系統的應用，深入了解PLC程控系統的調試程序，對控制技術的發展與完善不無裨益。
一、PLC技術的特點
微型計算機的發展，使人們將之用于各類機械控制成為可能，這就有了PLC技術，可以運用不同軟件去完成不同的任務。經過多年的發展進步，PLC技術具有功能性強、可靠性高、操作簡便、易于維修等特點。
1.功能性強。可編程邏輯控制器是一種專用于工業控制的電子計算機，其硬件結構與微機的構成單元基本一樣，通過可編程序來實現其儲存、記錄和控制等功能。PLC控制器科技含量高，儲存空間大，編程原件多，針對客戶廣、控制功能強的特點非常明顯。根據用途不同，在不同的領域不停地擴展，通過程序融合的特殊技能，可展示其較高的靈活性和良好的通用性，能對各種工業機械進行有效控制。
2.可靠性高。PLC技術能夠在惡劣的工業生產環境中使用，對冶金、煤炭、化工、鑄造等有害氣體、粉塵、易燃易爆等危險場合代替工人很好地完成操作。具有較強的抗沖擊能力和抗電磁干擾能力，比較傳統的繼電器控制系統可靠性更高，完成指令動作更準確，系統運行更安全。
3.操作簡便。PLC控制系統的編程語言簡單，開發周期短，設計、安裝、調試不是特別復雜，運作過程不增加工作量。出現新的控制任務的時候，只需要修改軟件程序則可實現對新任務的控制；而且控制方案調整時，硬件無需拆卸，因而調整過程更加便捷、簡單。
4.易于維修。PLC控制系統故障發生率低，對于運行狀態具有強大的自診斷功能。能夠對自身的運行狀態進行監控，能夠針對診斷結果及時修復還原，具有較高的應用可行性。
二、PLC系統的應用展望
PLC可以通過編程把人類給它的指令存儲起來，并適時按照這些指令執行與之相對應的動作，隨著軟件系統的不斷開發，能把人類要求的效能發揮到極致，具有令人難以想象的應用前景。
1.社會智能化。隨著5G移動通信時代的到來和6G研究的開始，不久的將來將徹底進入一個智能化的社會。工業自動化技術也要向智能化發展，PLC控制系統也必將更加智能化，使系統運行更加快捷高效，更加節約人力資源。
2.機電一體化。作為工業領域的重要建設內容，實現機電一體化是電氣自動化領域發展的必然趨勢。PLC信息控制能力、信息處理效率進一步提高，會使數據處理結果更加精準、高效，使企業在機電一體化中有效地控制成本，獲得更多經濟效益。
3.大眾創新化。習近平總書記說過，大國重器必須掌握在自己手里。要通過自力更生，倒逼自主創新能力的提升。國家的發展動力在于創新，工業發展的關鍵驅動力就是創新。人類是PLC的主人，大眾是創新的源泉，隨著科技的發展，電氣自動化控制系統還必將不斷優化其功能。控制系統的應用將會在大眾創新中做出更大貢獻。
三、工業自動化PLC控制系統的應用策略
目前工業自動化PLC系統的應用還處于起步階段，PLC技術要不斷完善PLC技術的理論研究，促進技術的不斷改進和優化。
1.強化PLC技術的深度研發。PLC技術在創新中問世，在創新中發展，強化PLC技術的深度研發就是要擴大其應用，提高軟件與硬件的國產化率。不斷完善控制調試系統應用的理論體系，彌補目前PLC技術中存在的缺陷，使工業自動化PLC控制系統更加智能化。
2.構建PLC技術應用和調試標準。各行各業的PLC技術的用途不同，控制內容和應用范圍也不盡相同。因此，要加快PLC技術的應用和調試標準的制訂，有了統一的標準，才能有利于各行業間的合作。各行業間要相互配合，共同完善技術標準、質量標準、檢測標準等，推進PLC技術的標準化進程。
3.加強設計方與使用方的信息溝通。無論PLC技術運用在什么地方，都有一個設計方和運用方進行信息溝通的問題，要使PLC技術更加符合實際使用目的，對使用過程中出現的問題更要及時向設計方反饋信息，以促進技術的不斷改進和優化。
四、PLC控制系統的程序調試
程序控制是為了保證PLC系統的功能更好地滿足現場實際運行要求，在投入運行前對系統的組態及邏輯功能進行檢驗和逐步修改完善的重要環節，將運行中可能出現的故障消滅在萌芽狀態。
1.實驗室調試。顧名思義，實驗室調試在實驗室內進行，也是對PLC程序的初次調試，第一步，先使編程器在脫離主機的狀態下，使用編程軟件中的“文件檢查”功能，檢查程序語言有無語法和邏輯錯誤，如發現錯誤及時修改。第二步，將編程器聯通PLC主機，檢查通信口參數的設置、PLC和I/O狀態設置，對輸入信號和中間接點信號進行狀態強制，觀察相應的輸出接點變化是否滿足程序設計的邏輯要求，對程序邏輯進行初步檢查，逐步修改完善，達到設計效果。
2.廠家調試。產品出廠前，在設備成套組裝廠家進行聯合調試。通過廠家調試可以基本確定整個PLC系統的配置合理。調試步驟：檢查CPU和總線接口的狀態后接通電源，然后觀察CPU模塊和各接口模塊的指示燈是否開啟，檢查實際PLC系統與程序“通信管理表I/Omap”中遠程站及站中模塊的設置是否一致，檢查系統的通信配置。接下來用撥碼開關制成仿真器連接到輸入模塊的接點上，模擬實際運行情況。根據輸入信號和限位開關通斷等現場反饋信號的先后順序撥動相應的開關。最后，將調試完畢的各控制功能程序塊連接起來，并觀察編程器及輸出模塊上是否有相應的順序輸出，以此考核編程動作是否滿足邏輯要求。調試模擬不同的工作方式，逐一檢查邏輯圖中的每一條支路，直到看到輸入與輸出在各種情況下都能符合邏輯要求。
3.現場調試。PLC裝置在完成現場安裝后，要進行竣工驗收前的聯機試車調試。按照圖紙設計，將程控系統與執行機構連接在一起，將檢測儀器安裝在檢測位置后，通過實際操作觀測現場設備的運行狀態。調試中，要根據現場開車實際工況及設備操作人員的要求對程序進行微調和修改，直至整個系統良好運行。
五、PLC控制系統的現場優化
工業自動化設備的工作現場環境往往較差，噪聲和震動都會給PLC控制系統制造一些麻煩，時不時會出現意想不到的干擾信號，給實時控制帶來一定偏差，使之仿佛失靈。所以還是要加強設備的點檢和維護，對于出現的失靈故障采用措施，盡快修復。在以下方面予以關注：
1.關注控制電源電流的輸入輸出。PLC控制系統的電源具有隔離性，要確保電流輸入與輸出性能穩定，減輕電流對系統的干擾。如果工作環境特別惡劣，可在PLC控制系統的電源輸入端接入低通濾波器和變壓器。
2.電源線路與通信線路分開敷設。電磁干擾容易使通信受到影響，出現通信中斷或者報出假信號，繼而造成拒動和誤動。在布線時要將通電電纜與通信線路分開布置，避免將兩者布置在同一線槽內。大功率變壓器和輸變線路也是干擾源，電氣控制單元和通信線路應盡量遠離它。最有效的措施是將通信線纜單獨穿管架空敷設，方可做好通信線路的抗干擾和防屏蔽。
3.數字濾波。由于使用設備的生產現場環境較差，一些低信噪比的模擬量信號，常常會在瞬時遭到某個強大磁場的干擾，使采樣值產生波動而造成信號誤差。在分析了這些錯誤信號確實存在時，可以采用數字濾波法濾去不需要的信號，從而獲得單純信號。具體做法就是將信號經A/D轉換為離散的數字量信號，然后將形成的數據按時間序列存人PLC內存，再利用數字濾波程序對其進行處理。
4.軟件容錯。無論是硬件還是軟件，不出現錯誤都是不可能的。為了實現高可靠、高安全性的系統軟件技術。需要對軟件自身故障進行處理，同時可以利用軟件容錯對PLC系統中出現的其他故障一并進行處理。傳統的軟件容錯技術，是利用“多樣性”的冗余來解決軟件本身出現的故障，它們的特點是冗余規模較大，代價較高。而隨著軟件容錯技術的發展，利用的冗余規模越來越小，軟件容錯新技術決策較為智能化且容錯覆蓋的范圍較廣。將軟件容錯技術用于PLC程序的調試同樣是行之有效的。
六、結語
科學技術永無止境。隨著PLC技術的發展和應用市場的不斷拓展，其將會應用到更廣泛的領域。PLC技術在工業自動化的應用剛剛起步，在生活中的應用也是前景廣闊，未來必將會從量的飛躍實現質的飛躍。為了適應新時代的到來，還有更多知識需要我們去探討，還有許多高峰需要我們去攀登。