PLC和单片机在工业控制中有效应用的区别和联系分析

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　　摘要：在电子产业快速发展的影响下，单片机实现了广泛应用，随处可见。而PLC的使用范围则相对缩减，主要应用于电力电子与机械制造等能源类型领域，在一定程度上弥补了传统继电器的缺陷，能实现传统继电器的多元化功能，即顺序控制、电动机控制等等，还可以基于A/D转换实现模拟控制，即水温监测控制、温度与压力控制。其中，应用最广泛的就是基于PLC的控制系统，尤其是在数控车床与机器人的加工制造中。本文主要针对PLC与单片机在工业控制中有效应用的区别和联系进行了详细分析。
　　关键词：PLC；单片机；工业控制；区别联系
　　中图分类号：TP3 文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2019）12-0258-02
　　1 单片机系统特点
　　单片机系统的单片机内部是嵌入式控制系统，主要包括硬件与软件系统两部分，单片机控制功能更强大，覆盖面也非常广。因为单片机是依赖于芯片进行操作控制的，这与现代化信息技术发展要求明確相符，其对于复杂操作也能够基于单片机进行，而单片机在硬件设计与指令方面的操作已经有了更多进步，其能够促使单片机广泛应用到智能设备中去。其中最大的优势是体积小、操作简单、生产成本较低，因为是嵌入式机芯，内部主要包含集成电路板与芯片。
　　当前，单片机主要应用到便携式设备中去，在以后单片机也将会实现在大型设备自动化控制中的有效应用，从而也就为工业自动化控制发展带来了全新的发展机遇。单片机内部一般会选用汇编语言和C语言等编程方式，其具备执行速度快与效率高等优势，在工业操作中的应用更具优势。单片机主要包括芯片、元件、PLB板，这些器件的生产成本比较低，通用性也很差，在选择设备的时候，具备一定针对性，而且设计难度比较大，开发试验周期较长，这都是单片机所具备的特性。另外，还有一些缺陷，其中最大的缺点是故障查找难度较大，如果出现故障，维护不及时，硬件故障与软件故障查找难度都很大。
　　2 PLC特点
　　PLC模式的实用性非常高，其具备较高的可靠性与抗干扰性，能够对电气设备进行实现有效控制，并合理利用现代化规模集成电路，保证日常生管理环节实现进一步优化完善。内部电路设备中采用了多元化抗干扰技术，可靠性较好，通过对PLC所构成的控制系统改进，可以更好地满足工作需求。不同于相同规模的继电接触器系统，通过对比分析，电气接线与开关接点可以缩减到成百上千分之一，所以故障也会随之显著减少。PLC还具有一定的硬件故障自行检测功能，在出现故障时，可以快速发出警告。但是，在应用软件中，用户还可以编入外围器件故障自行诊断保护，以此使得系统可靠性与安全性得以提升。
　　而PLC模式的有效应用直接满足了市场经济发展的多元化需求，其系统功能相对健全，适应性良好，能够优化整个工业控制的各个阶段。在此过程中，PLC模式通过数据运算能力的充分发挥，改进优化各个领域数字控制，实现了对各类型功能单元的有效应用。通过深化完善PLC模式，促使温度控制、位置控制、工业控制模式实现全面合理利用，从而满足实际工作的多元化需求。PLC还具有十分突出的通信能力与先进的人机界面技术，这就使得PLC构成控制系统更加方便。而简单易学易用，且备受青睐的PLC是基于工矿企业的工控设备，其接口比较便利，编程语言也容易接受，梯形图语言的图形符号、表达方式类似于继电器，以此为不熟知电子电路、计算机原理、汇编语言的工作人员从事工业控制提供了巨大便利。
　　3 PLC与单片机在工业控制中应用的区别
　　PLC是基于单片机构建的产品，其自身就是复杂的嵌入式系统，单片机属于集成化电路，只是一个芯片。首先，单片机能够构成多元化应用系统，而PLC是单片机应用系统的特例。其次，生产厂家不同，PLC工作原理却相同，类似功能与指标之间是可以互换的，而且质量也有保证，编程软件朝着标准化的方向不断发展，这也是PLC全方位应用的重要基础条件。然而，单片机应用系统功能多元化，彼此之间存在较大差异，质量也是参差不齐，使用与维护工作难度都比较大。再次，PLC与单片的最大区别是PLC比较可靠，抗干扰能力非常强，比较适合应用到工业现场。在电力系统中，因为干扰过强，所以一般来说会选择PLC，单片机的价格比较便宜，功能多元化，简单便捷，家用情况很多，家用电器中都会用到单片机。但是，PLC只是一台机器，是由大量单片机和外围接口所构成的，属于电用单片机。最后，就单项工程或者重复数较少的项目而言，利用PLC方案更加明智和边界，成功的几率也非常高，可靠性良好，但是成本也很高。而量比较大的配套项目，可以有效发挥单片机系统成本较低与效益较高的突出性优势，但是这需要具备一定的研发力量与行业经验，才能够保证系统运行的稳定性与可靠性。最关键的方式就是单片机系统嵌入PLC的功能，这样便能够实现单片机系统研发时间的缩减，保证性能较好，保证良好综合效益。
　　4 PLC与单片机在工业控制中应用的联系
　　就本质而言，PLC实际上就是已经做好的单片机系统，单片机可以用于PLC制作，但是八位CPU在高级应用中的应用却明显力不从心，但是添加DSP便可以满足一般性要求，并且同样利用梯形图进行编程，将梯形图转换成嵌入式系统进行编译。对此，也可以利用单片机直接进行控制系统开发，但是对研发者要求比较高，开发周期也很长，成本非常高。只要解决这些问题，便可以编制成PLC。这样来说，PLC并非复杂，其内部CPU除了速度快，其他功能与普通单片机相同。一般PLC利用16位或者32位CPU，带1-2个串行通道实现和外界之间的通讯，内部安装定时器即可，如果想要提高可靠性，再添加看门狗便可以有效解决。PLC的关键技术是内部固化了可以解释梯形图语言的程序和辅助通讯程序，梯形图语言的解释程序效率在很大程度上决定了PLC性能，而通讯程序决定了PLC和外界进行信息交换的难易程度。实际而言，PLC设计的主要工作是开发解释梯形图语言的程序，当前单片机能够完全替代PLC。传统单片机因为稳定性与抗干扰能力较差，与PLC难以比拟，但是现代化单片机已经具备了较高的稳定性、可靠性、抗干扰能力，从而实现了在很多领域的广泛应用，甚至在一定程度上替代了PLC。 　　5 PLC在工业控制中的应用
　　5.1 模拟量控制
　　以控制对象特性为依据，PLC能够基于不同组合模块工程进行科学有效控制，主机模块、计数模块、位置控制模块、通信模块等等。PLC的模拟量控制能够有效提高工业控制系统的可靠性与准确性，从而对自动化设备升温、降温、运行等整个过程进行科学控制，并且便于热处理过程的全方位维护。
　　5.2 开关量控制
　　就某种程度而言，PLC应用是传统机电控制器的替代品，所以，在开关控制量上的准确性更高，基于中间继电器控制动作，能够依据控制器公式进行程序设计，并依据控制程序进行梯形图绘制，此方式可以获得更加规范的、标准的设计效果，促使PLC在开关量控制上的效果也非常显著。
　　5.3 位置控制
　　位置控制是工業控制的重要组成部分，在工业生产过程中，机床刀具串刀补偿控制、主轴精确分度控制、搬运定位控制都需基于位置控制加以实现，而PLC的充分合理利用，能够有效控制步进电机，并依据控制结果明确电机位移的合理性，从而实现对位置的控制。
　　5.4 系统集中控制
　　在工业控制中合理利用PLC，能够实现自动化控制，以及对工业生产系统的集中化控制，特别是系统故障检测与显示等等，PLC系统的集中化控制功能是依据故障检测与逻辑检测结果，全过程实时监控系统。在工业生产过程中，机床设备运转与停止都需要固定时间，在此循环过程中，需要耗费一定时间才能够顺利完成，基于PLC可以实时控制启动定时器，并将其信号输出作为设备启停信号，从而集中化控制系统。
　　6 单片机在工业控制中的应用
　　6.1 电动机控制
　　在电子技术发展的推动下，电动机控制方式也转变成了以单片机为载体的混合控制与全数字控制方式。利用单片机给用户发出操作指令，以此实现复杂数字逻辑电路的简捷化。传统的交流电动机根本无法实现速率转换，对此也通过变频技术与脉宽调制技术得以解决，并演变成了电动机控制技术的主要发展趋势。在电动机控制中有效利用单片机，还能够保证电压电流的稳定性与抗干扰性良好，还能够在一定程度上有效降低能耗，节约电能资源，保证电动机一直处于正常运转状态，确保设备良好性能与寿命。与此同时，单片机既可以切实应用到电动机控制工作中，又可以对供电进行动态化全方位监控，保证供电系统的可靠性与稳定性。
　　6.2 温度控制
　　在工业生产过程中，加热炉与孵化器等各种相关设施设备都应进行温度控制，一般会选择单片机温度控制系统，以提高设备控制的精确性。单片机和高精度温度传感器有机结合构成的单片机温度控制系统，其具有独特性优势，即控制精密度比较高和灵敏度也比较高。将温度值与控制目标温度值进行对比分析，根据积分分离的PID控制后输出控制信号，在触发器电平转换后，触发大功率可控硅，然后通过其输出大电流明确加热电炉的时间、功率，从而促使调节温度环境的目标得以实现，促使单片机温度控制系统的精确度显著提升，并大大缩小误差。这一系统可以配置各式各样的温度传感器，从而进一步实现实时智能化控制。
　　6.3 串口通信系统
　　电脑在工业自动化控制中的应用越来越广泛，不论单片应用到哪一领域，都能够基于设计单片机与电脑通讯程序，约定通讯协议，实现单片机与电脑端之间的通讯，以此台式机控制，但是其中也存在许多不足。但是，电脑内部串行通信接口电路创新优化接口技术，直接弥补了这些缺陷，其主要是由串行通信协议芯片构成的，电脑端提供了编程接口、单片机内部硬件支持串行通信模式。因此，可以通过电脑对许多单片机状况进行实时监测。在现代化设备管理过程中，则可以利用现场总线技术针对设备进行优先级别设定，从而实现设备控制，促使单片机运转的稳定性。
　　7 结语
　　总而言之，PLC系统的主要任务是就实际需求为依据，进行梯形图设计和解释，单片机系统应根据具体需要进行电路设计，合理选择模块、编程语言、编制程序等加以调试。另外，单片机在工业控制中的应用在某种程度上完全可以代替PLC，但是单片机对工作环境和运行状态的要求更高。
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　　【通联编辑：张薇】
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