淺談PLC在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用

【摘要】PLC在不斷進化中的計算機及微電子技術(shù)行業(yè)之中的應(yīng)用愈加廣泛，本文對PLC的構(gòu)成及功能進行了闡述，分析在工業(yè)自動化控制之中PLC的應(yīng)用，這些分析能協(xié)助工程師的抗干擾設(shè)計工作。

【關(guān)鍵詞】自動化；PLC；工業(yè)；應(yīng)用；控制

所謂的PLC，即以數(shù)字運算操作自動控制裝置為主的可編程控制器，它將自動控制、計算機及通信技術(shù)整合為一體自動化電子系統(tǒng)，最初以繼電器為原型，它的編程體積小且可靠性高，抗干擾能力強，PLC功能及系統(tǒng)開放性也隨著軟硬件及開發(fā)技術(shù)發(fā)展廣泛應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。

一、PLC構(gòu)成與功能

1.1PLC構(gòu)成

PLC的主要組成部分為CPU、電源、存儲器、I/O電路及接口電路，CPU即具有邏輯與數(shù)學(xué)運算功能的中央處理器，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作由其進行；系統(tǒng)中的監(jiān)控、邏輯變量、信息存儲及用戶程序由存儲器儲存；電源由掉電保護系統(tǒng)，備用系統(tǒng)組成；以鍵盤與顯示接口、I/O接口及通信接口相互連接組成的現(xiàn)場設(shè)備、外圍設(shè)備稱為接口電路；輸入電路起到把輸入信號隔離及電平轉(zhuǎn)化的功能，輸出電路將PLC輸出結(jié)果進行放大與電平轉(zhuǎn)化，對現(xiàn)場設(shè)備進行驅(qū)動。

1.2PLC功能

PLC的構(gòu)成與一般計算機結(jié)構(gòu)相似，但是它被設(shè)計為工業(yè)領(lǐng)域服務(wù)，所以它的接線、功能擴充及操作維護方便性上與一般計算機還是有區(qū)別的。由于PLC中微電子技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)場信號的輸入可以按照預(yù)先輸入程序來進行控制。[1]PLC有兩個主要功能，一是對開關(guān)量進行控制，對機械運動部件的控制以操作按鈕、限位開關(guān)與現(xiàn)場所給檢測信號為基礎(chǔ)；二是PLC系統(tǒng)里自帶的計時指令可以進行精度較高的限時及計數(shù)控制，并且設(shè)定定時時間長度也十分簡便。PLC有高速、普通及可逆計數(shù)器三種計數(shù)器，用以完成不同的計數(shù)控制；三是PLC的移位寄存器可以簡便的進行步進控制，PLC數(shù)據(jù)處理還能完成開方、乘方、加減乘除、或、與、求反及異或數(shù)據(jù)比較、移位、傳遞的操作，這些功能對工業(yè)的發(fā)展有很大意義。

二、PLC在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用分析

（1）模擬量

功能模塊的組合根據(jù)模擬量的特點來進行，可以較有針對性地實現(xiàn)對系統(tǒng)進行控制，有效進行取舍與組合，完善系統(tǒng)的功能。PLC由模擬量控制、I/O擴展、高速計數(shù)、主機、通訊位置、控制等模塊構(gòu)成，系統(tǒng)的靈活性大大提升，運行速度也得到了提高。值得注意的是，PLC在控制模塊中的語句豐富多樣，可以實現(xiàn)過程控制和對儀表的監(jiān)控同時進行。PLC與模擬量模塊之間互相配合，系統(tǒng)控制的精度大大提升，還能控制熱處理，對儀表控制系統(tǒng)的優(yōu)越性顯而易見。[2]PLC逐步取代儀表控制系統(tǒng)，熱處理的過程控制設(shè)計可以得到很大的簡化，后期維護系統(tǒng)的工作也易于進行。

（2）電動機變頻調(diào)速

PLC可以與變頻器指令的共同作用來有效控制PWM，進而控制電機的運轉(zhuǎn)。在PLC與PWM二者之間架設(shè)電壓平滑電路，電機的正常運行在其制作完成之后進行。指令中的t數(shù)值決定了電動機的轉(zhuǎn)數(shù)。電動機轉(zhuǎn)數(shù)在它和t的比值大于一的情況下會增加。并影響脈沖輸出周期的大小以及輸出電壓波紋。

（3）開關(guān)量控制

由于技術(shù)的進步，對觸電器及接觸器控制系統(tǒng)要求也變得越來越高，接觸器所存在的問題在一些大型系統(tǒng)中逐步顯現(xiàn)出來，這些問題包括不易修改、線路復(fù)雜和“觸點競爭”等，對系統(tǒng)的正常工作造成影響。[3]通過應(yīng)用PLC技術(shù)，將有效的發(fā)揮接觸器接線簡單、速度快、方便維修、軟觸點多及可靠性強等優(yōu)勢，很好的解決前面提到的問題，不僅產(chǎn)品質(zhì)量得到了提升，也節(jié)約了時間和人力。PLC在很大程度上推動了控制開關(guān)量方面的進展，使人們廣泛認(rèn)可和應(yīng)用單步步進的順序控制方式，通過中間繼電器對系統(tǒng)的動作進行有效控制。通過順序控制器公式對系統(tǒng)進行設(shè)計，能夠在元件節(jié)拍表正常工作的同時，用圖形將控制器的每個控制部分體現(xiàn)出來，這種設(shè)計方式簡單且方便后期維修。在設(shè)計完成后可以采用模擬仿真進行檢查。

（4）位置控制

在工廠自動化控制中位置控制具有非常重要的地位，在控制主軸精確分度及工業(yè)機器人搬運定位等方面應(yīng)用良好。主要是使用PLC向步進電機的繞組發(fā)出脈沖的方式實現(xiàn)位置控制，這樣做的目的是為了讓步進電機位置更加精確，以便完成以上動作。通過PLC對步進電機的控制是實現(xiàn)整個控制過程的關(guān)鍵。在位置控制中應(yīng)用PLC能幫助工廠完善制動控制。

三、PLC工業(yè)應(yīng)用注意事項及抗干擾設(shè)計

（1）PLC應(yīng)用注意事項

在工業(yè)應(yīng)用PLC控制時，要對溫度、濕度、振動、空氣及電源等問題隨時關(guān)注，PLC的工作環(huán)境溫度一般要求為0℃～55℃，在安裝時不能將PCL放到發(fā)熱量大的設(shè)備下面，附近還應(yīng)有良好的散熱通風(fēng)空間，基本單元與擴展單元要保證留有3cm以上的間隔，同時還要避免太陽光的照射，當(dāng)環(huán)境溫度超過55℃時，要采取安設(shè)風(fēng)扇的措施來強迫通風(fēng)。不能讓振動源和PLC靠得太近，尤其是10HZ～55HZ振動頻率的頻繁振動，如果在生產(chǎn)過程中不能防止振動的產(chǎn)生，則要制定相應(yīng)的減振措施（如使用減震膠）?？諝鉂穸纫３衷?5%的范圍以內(nèi)，保證PLC的絕緣性。[4]PLC通常使用50HZ或者220V的交流電電源，PLC自身的抵制能力就能防止一般的電源線干擾，如果存在非常嚴(yán)重的電源干擾或要求的環(huán)境可靠性較高，可以通過安裝隔離變壓器的方式使地面與設(shè)備間的干擾降低。要防止空氣中存在腐蝕易燃?xì)怏w（如硫化氫和氯化氫等），如果工作環(huán)境的空氣中存在較多粉塵或腐蝕氣體，盡量將PLC安裝在封閉的控制室里，并使用空氣凈化設(shè)施對空氣進行凈化。

（2）PLC抗干擾設(shè)計

PLC在自動化控制中受到內(nèi)部干擾、系統(tǒng)外引線和輻射這三種干擾，元器件間或者電路間相互電磁輻射產(chǎn)生了內(nèi)部干擾。系統(tǒng)外引線也被稱為傳導(dǎo)干擾，主要是由于信號線及電源引入，在工業(yè)生產(chǎn)中這種干擾比較嚴(yán)重。電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備、電視及雷達(dá)等電磁場引發(fā)了輻射干擾，輻射干擾的分布較為復(fù)雜。在選擇PLC設(shè)備時，盡可能考慮設(shè)備的抗干擾能力，保證PLC系統(tǒng)正常工作。在設(shè)計PLC抗干擾能力時，要依據(jù)不同功能進行設(shè)計，電磁干擾也可能在電纜敷設(shè)中產(chǎn)生，可使用不同電纜對不同信號進行傳輸，并根據(jù)信號種類來進行分層敷設(shè)，避免使用單獨一種電纜傳送信號，使電磁干擾降低。

四、結(jié)語

PLC技術(shù)隨著科技的進步不斷提高，功能也在持續(xù)完善，廣泛應(yīng)用到工業(yè)自動化控制中，不過在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中PLC控制裝置仍存在一些需要注意的問題，因此我們必須解決這些問題并提高PLC的技術(shù)水平，使其能夠在各種生產(chǎn)環(huán)境進行工作，提高PLC的應(yīng)用水平。

參考文獻

[1]袁格飛，俞萍.PLC在壓力容器底部氣密檢驗機中的應(yīng)用[J].科技信息，2011年19期

[2]宋洪英，張紅艷，張明山.水力發(fā)電機組操作自動化分解與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭技術(shù)，2010年10期

[3]楊中國.基于PLC的加氯系統(tǒng)自動化及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)[J].河南化工，2010年02期

[4]吳克文.PLC及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用研究[J].科技致富向?qū)В?011年21期