PLC在工业远程通讯控制的实践应用.pdf

工程设计中国宽带 2023 年 5 月-89-随着通信技术的持续进步，公众获取信息的渠道及效率持续提升，特别是 5G 通信技术的广泛应用进一步提升了信息流通的便捷性，拓展了未来多个领域的发展空间与潜能。就工控领域而言，一方面，人工成本及维护费用难以降低，另一方面，先进通信技术的应用成本不断降低且稳定性持续提升。因此在工控领域引入移动通讯技术工业潜能巨大。而多数工业系统的主控设备为 PLC，基于 PLC 搭载网关可确保远程通信控制的实现。一、PLC 远程控制原理及工业远程通讯控制现状（一）PLC 远程控制原理PLC 属于一类常见的电子装备，其集自动化控制、远程通信技术及计算机等多项技术于一体，近年在我国工业自动化管理及控制领域应用较多。PLC依照工业环境形成，并随着 PLC 技术的不断发展，其功能从简单的逻辑与顺序控制不断丰富至实现过程与周期的持续控制。PLC 实现远程控制模块选取Site Manager 工业网关，集成多项因特网通讯技术且服务于工业领域的通讯终端设备，其内涵盖 4G、5G、Wi-Fi、以太网等不同的网络接入方式，能够与各类网络环境相适应，提供全面覆盖的安全通讯链路，为信息化、远程化管理搭建高效的数据通道。远程控制借助建起的虚拟局域网，将包括 PLC、变频器、数字仪表、智能触摸屏等所有设备置于此虚拟局域网内，使不同地方的 PLC 远程工控转变成局域网工控1。（二）工业远程通讯控制现状随着计算机、数字通信、智能控制、微电子等多种科技的不断发展，在工业控制领域不断拓展无线通讯技术的应用范围。就工业控制应用而言，有线传输极易受外界环境因素作用，对工业控制形成不利影响。为强化对工控机械设备的管理与监测，降低外部环境的负面影响，工业控制领域对无线通信技术的持续应用势在必行。传统工业实现远程、无线控制多是选取双绞线路以确保数据得到有效传输，但其不足如下：一是传输距离不长。双绞线数据传输距离极为有限，即便是驱动电路有所增加，上限传输距离也仅有 20 米左右。二是双绞线有线数据传输会形成衰减。即随着传送距离的增加，信号随着线路阻抗形成大幅度衰减，继而降低信息传输距离及质量。三是要加大传输距离，则有线通信必须架设电缆线路，成本费用支出巨大。二、PLC 在工业远程控制应用的影响因素PLC进一步提升了工控领域远程控制的稳定性，也是工业自动化控制运行的基础保障。但要注意明确 PLC 实现工业远程控制过程的影响要素，以进一步提升其应用效能。（一）温度因素PLC 运营环境要求温度必须稳定在 0至 55这一区间，否则对设备运行稳定性形成不利影响。PLC 在工控领域安装时既要全面考虑确保自身的稳定散热，避免安装于阳光直射的位置，防范因作业环境温度上升而影响自身应用。通常的选择是 PLC加装制冷装置，也可安装于通风条件良好之处。（二）湿度因素湿度与温度一样，同样对 PLC 的平稳运行有着不可忽略的影响。PLC 设备的元器件要求必须绝缘，同时 PLC 作业环境要保持干燥。因此要保持适当的湿度，通常标准为不超过 85%，如此可提升 PLC 作业的稳定性。（三）振动因素PLC 系统作业时，自身功能的发挥会受到相关要素的影响，其中振动是最要引起重视的元素之一。如果 PLC 运行过程中持续出现振动且频次高于标准规定，则极易引发设备故障或运行失效。而工业远程控制发展必然要求持续融合各类高效的技术服务以降低振动对自身运行的影响。PLC 在工业远程通讯控制的实践应用 潘志豪汪林霄【摘要】随着我国近年工业自动化进程的加快，现行工业远程控制平台系统已基本完成企业涵盖范畴内全部设备或生产线的互融互联与控制管理，进一步提升工业远程控制应用的普及性。同时，随着科学技术的持续进步，PLC 同样不断应用于工业远程控制的相关领域，并迅速发展成为工业控制领域的核心控制机械设备。本文在明确远程控制原理的前提下，分析工业远程通讯控制的现实情况，随后全面阐述 PLC 在该领域内的实践应用。【关键词】PLC；工业远程控制；工业自动化；远程控制工程设计中国宽带 2023 年 5 月-90-对于 PLC 系统来说，多数选用扩增功能组块来实现减少振动运行稳定性的影响2。（四）电源设置PLC 系统在作业时电源供应一般为 220V 交流供电，同时对于干扰运行其他因素要开展科学把控。实际应用 PLC 强化工业远程控制时，在有效发挥PLC 自身的抗干扰能力的同时，仍要选择具备抗干扰性能的电源实现供电，减少电源对其运行的影响。在为 PLC 系统运行提供稳定且持续的电力供应，提升系统作业的可靠性及运行的持续性。三、PLC 在工业远程通讯控制的实践应用PLC 因其大小不同，所以控制范围也有着相应的区别。小的 PLC 只控制单个设备或某个部件，甚至是一个站点；而大的 PLC 可同时控制多台设备或整条生产线，甚至整个工厂。因此，工业控制的任何场合都需要 PLC。PLC 起初只是用于控制逻辑开关量。技术的逐步发展升级，PLC 也随之拓宽了应用领域。目前在用于控制开关量的同时，还可控制模拟量和数字量，采集相关数据并存储，监控控制系统，并且还能通过联网、通讯开展大面积控制及跨地区管理。PLC 已逐渐成为工业控制设施内的关键组成部分3。（一）用于开关量控制PLC 具备超强的开关量控制能力。可控制从十几点、几十点到几百点、几千点，甚至是几万点的入出点数，因其可联网的性能使得其控制的点数没有限制，并可开展组合、时序、即时、延时、无须计数、需要计数、固定顺序、随机工作等等的各类逻辑控制。PLC 可更改的硬件结构及可编制的软件程序，使其能够灵活多变地在控制过程中应用。在必要时还能够编写多套程序按具体需求来组合应用。其全面适用于经常变换的多工况、多状态的工业现场。通过 PLC 控制开关量具体在冶金、化工、机械、轻工、纺织等行业均有实际应用案例，几乎可在所有的工业行业内开展应用。现阶段可将 PLC 实现便捷、安全地控制开关量作为其发展目标，这也是其他控制器无法达到的标准。（二）用于模拟量控制模拟量包括电压、电流、温度、压力等，其数值是不断变化的。在工业生产的连续生产过程中，合理控制这些物理量至关重要。PLC 作为一种电子工业控制设备，若无法有效控制以上物理量则会成为其重要缺陷，因此 PLC 生产厂家都在不断研发此方面的控制功能。现阶段，各类大型、中型及小型机械均可实现有效控制上述的模拟量。PLC 在控制模拟量的过程中，应配置相关的模拟量和数字量之间可互相转换的 A D 及 D A 单元，这同时也是一种特殊的 I/O 单元。A/D 单元完成外电路模拟量向数字量的转换，再将其送入 PLC；D/A 单元，则是将 PLC 输出的数字量向模拟量转换，然后向外电路输送。虽是特殊 I/O 单元，但其也具有 I/O 电路的显著特点，包括抗干扰、内外电路隔离、与 PLC 内存中可读写的内部继电器交换信息等。PLC 控制模拟量的过程中，还存在全面组合 A/D、D/A 的单元，并通过 PID 控制或模糊控制算法控制，全面提升控制质量。PLC 控制模拟量的优势在于，它能够同时控制开关量，这是与其他控制器明显的区别。其他控制器无法便捷地实现这种综合控制。然而，在纯模拟量系统中，相对于使用 PLC，使用普通调节器在成本和性能方面更具优势4。（三）用于运动控制物理量控制除开关量、模拟量之外还有运动控制。例如机床部件发生位移，通常通过数字量体现。有效的运动控制方法是 NC（数字控制技术）。这是20 世纪 50 年代在美国诞生的以计算机为基础的控制技术。目前已发展成熟并得到了广泛的应用。如今，发达国家在金属切削机床的数控化方面占比已达到 40 80，或者更高。PLC 也是在计算机基础上发展产生的技术，且目前也趋于成熟。PLC 对于计数脉冲的接收频率可高达几 k 至几十 k赫兹，并可通过多种方式及不同路径进行脉冲的接收。部分 PLC 还具备脉冲输出功能，脉冲频率能高达几十 k，具备以上两种功能，加之 PLC 本身具备数据处理和运算功能，如果配备适用的传感器（比如旋转编码器）或脉冲伺服设备，则可全面通过 NC原理达成不同的控制目的。高中档 PLC，通过研发的 NC 单元或运动单元可实现点位控制。运动单元还能完成曲线插补，来合理进行曲线运动的控制。因此，若 PLC 具备这种单元，则可通过 NC 方式，有效控制数字量。新型的运动单元还为 NC 技术发行了编程语言，可更便捷地开展 PLC 的数字控制。（四）用于数据采集PLC 技术在不断的发展中也逐渐扩大了数据存储区。比如德维森公司生产的 PLC，数据存储区（DM 区）高达 9999 个字符。如此大型的数据存储区可完成大量数据的存储。可通过计数器或 A/D 单元开展数据采集，将采集的脉冲数进行叠加记录或将模拟量完成向数字量的转换后，再定时向 DM 区转存。可在 PLC 配置小型的打印机，定期打印 DM 区存储的数据。PLC 也可通过与计算机的通讯来读取 DM 区的存储数据，再由计算机开展数据的具体处理。这也使PLC 成为计算机读取数据的终端。电力用户可通过 PLC 来实现记录用户的实时用电情况，用以对不同时段的用电开展不同的计价收费，鼓励用户更多地在用电低谷时段用电，实现合理的环保型用电目标5。工程设计中国宽带 2023 年 5 月-91-（五）用于信号监控PLC 具备很多的自检信号及内部器件，大多使用者未全面运用其功能。可在实际应用中通过这些功能开展对 PLC 的自我监控及监控其他控制对象。在烦琐的控制系统中，尤其是自动控制系统，开展监控或是开展自检是极为重要的，可及时发现并解决系统故障，降低系统故障率，提升平均无故障累计运行时间，缩短故障修复周期，使系统安全可靠运行。（六）用于联网、通讯PLC 具备极强的联网及通讯能力，并不断创新以构建高效的联网结构。PLC 可连接个人计算机并开展通讯，可通过计算机进行编程以及管理 PLC 的控制过程，促进更为便捷地应用 PLC。为全面体现计算机的功能，可通过一台计算机完成多台 PLC 的管控，最多能达到同时控制 32 台 PLC。也可利用一台 PLC 连接多台计算机进行信息的通讯及交换，达成 PLC 控制系统一对多的监控。PLC 系统之间也可进行一对一、一对多的通讯，可同时多达几十、几百台。PLC 也可实现与智能仪表或智能执行设备（如变频器）间的联网通讯，实现相互间的数据交换等。可完成远程连接控制系统，范围可达 10 公里以上。可组建 PLC、高档计算机、不同智能设备的局部网。还可实现网套网、网间桥接。联网可实现在同一网络中连接无数的 PLC、计算机及智能设备。且可直接或间接地通过网间结点实现通讯及信息交换。联网及通讯符合目前计算机集成制造系统（CIMS）和智能化工厂发展的实际需求。实现了由点（Point）至线（Line）再至面（Aero）的工业控制，整体连接了设备级、生产线、工厂管理层等的所有控制环节，用以提供更好的生产效益。这也是对未来有关此项技术发展的美好愿景6。四、在工业自动化控制领域中 PLC 应用事项PLC 技术应用于工业自动化系统时要特别重视以下问题：第一，PLC 电源问题。PLC 控制器的电源是保障其正常运行的必要条件，若在工业自动化系统中应用 PLC 技术时，必须设置安全稳定的电源来支持其运行。因此，在设计 PLC 控制器的过程中要全面提升其抗干扰能力及效果，按照项目的运行现状，开展个性化的 PLC 控制器设计，若工业工程或项目要求 PLC 技术要具备更高的水平时，则有必要设置 PLC 装置的屏蔽层，用以保障 PLC 控制器在实际运行时免于被外界因素干扰，有效提升工作效率；第二，PLC 在实际使用时容易受环境的温度及湿度影响。通常，PLC 装置的温度要低于 55，高于 0，且在PLC设备的使用过程中若过多地受到阳光直射，会导致其温度升高，温度大于 PLC 装置自身运行温度时，必须使用散热设备来保持 PLC 系统的温度恒定，避免 PLC 设备因温度过高发生故障；第三，PLC设备应用于工业自动化系统时还需重视振动的问题，应用PLC技术的过程中，若其长时间处于振动状态，可能会破坏 PLC 设备的系统功能，这是因为 PLC 控制器内部有着极为复杂的电路，电路的集成方式又特别烦琐，若系统的振动频率始终保持大于 10Hz，则可能引起系统功能紊乱7。结语总之，科学技术的快速进步，使自动化技术也随之加快了发展步伐，并日渐在工业生产中被普及应用。而 PLC 技术因其高效、可靠的性能以及强大的功能优势可全面满足工业生产需求。同时，PLC技术的不断进步促使其增加了更多类型的产品，应用技术也更为多样化，并实现了各项控制功能。这不仅促进了工业的快速进步，同时也带动了科技的持续发展。可见，工业在未来的发展中要更加普及PLC 技术设备的应用。参考文献：1 余建国.PLC 在工业远程控制方面的应用J.自动化博览,2007,24(z1):52-53.2 刘炳泉.PLC 在工业远程控制方面的应用发展 J.工业 C,2015,(41):113.3 李虎,许卫国,王福家.基于物联网+上位机+APP+PLC 的远程控制系统设计 J.机械工程与自动化,2021(4):174-176.4 邓小梅,卫慧锋.基于 5G+PLC 的工业生产新方法研究与应用J.广西通信技术,2022(2):36-40.5 王 嘉 炜,邓 若 飞.基 于 工 业 物 联 网技 术 的 远 程 PLC 控 制 系 统 设 计 J.科 技 与 创新,2018(6):127-128.6 陈晖,周锋,徐丽,等.远程控制模块在PLC 远程控制方面的应用 J.锻压装备与制造技术,2018,53(5):37-38.7 余建国.PLC 在工业远程控制方面的应用J.自动化博览,2006,23(z1):60-61.作者简介：潘志豪（1995.02-），男，汉，浙江绍兴人，电气工程师，初级职称，本科，自动化偏电气控制。汪林霄（1992.07-），男，汉，浙江绍兴人，机加工工艺工程师，初级职称，本科，自动化偏机械带电气。（作者单位：浙江德力装备有限公司）