PLC在電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用研究

陳喆

摘 要：分析了PLC的結(jié)構(gòu)和控制原理，并對其在電氣自動(dòng)化中的運(yùn)行進(jìn)行了分析，說明PLC的技術(shù)優(yōu)勢將支持其在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞：PLC；模塊結(jié)構(gòu)；控制過程；運(yùn)用研究

1 PLC技術(shù)分析

PLC是編程邏輯控制的英文縮寫，從其結(jié)構(gòu)和工作模式上看，其更像是工控小型計(jì)算機(jī)，PLC的結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分構(gòu)成：（1）電源是PLC工作的能源提供結(jié)構(gòu)，如果電源故障將直接導(dǎo)致其失去功能，所以PLC的電源是最為重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，通常情況下電源允許電壓波動(dòng)在±10%之間時(shí)，PLC可以直接接入系統(tǒng)，利用交流電源為其供電，如果超出波動(dòng)范圍則需要增加保護(hù)措施。（2）中央處理器（CPU），與計(jì)算機(jī)相同CPU是PLC的運(yùn)算核心，可以通過編輯器輸入相關(guān)信息，同時(shí)也可對PLC的模塊進(jìn)行檢測，也可對程序的準(zhǔn)確性進(jìn)行校驗(yàn)，所以CPU是PLC的控制中心，為了可以提高PLC的可靠性，目前的PLC多為雙CPU設(shè)置。（3）存儲(chǔ)器以及其他模塊，存儲(chǔ)器有兩個(gè)部分組成，一個(gè)是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；一個(gè)是應(yīng)用程序存儲(chǔ)器，幫助PLC實(shí)現(xiàn)控制功能。其他模塊則包括輸入輸出接口、功能模塊、通信模塊等，這些都是保證PLC可以實(shí)現(xiàn)指定的功能，并完成數(shù)據(jù)和指令傳輸。

PLC 在工作中會(huì)按照以下三個(gè)步驟進(jìn)行，以此實(shí)現(xiàn)其控制功能：（1）信息采集，在這個(gè)階段PLC將利用功能模塊完成有序的數(shù)據(jù)輸入和狀態(tài)讀取，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入I/O映像區(qū)域，完成對數(shù)據(jù)的采集；（2）應(yīng)用程序執(zhí)行，按照程序的次序，執(zhí)行用戶程序，此時(shí)存儲(chǔ)在映像區(qū)域的數(shù)據(jù)和狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，而暫存的數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)和狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變；（3）輸出階段，輸出過程就是在對應(yīng)用程序進(jìn)行掃描后，CPU會(huì)判斷映像區(qū)域的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行更新，對輸出電路刷新，然后通過輸出電路對外部設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)PLC的控制功能。

2 PLC在電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用

2.1 電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度越來越高，其就是依賴于PLC和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高，多種輔助的自動(dòng)化系統(tǒng)如燃料運(yùn)輸、水處理系統(tǒng)等都需要進(jìn)行程序化的控制，因此大量的開關(guān)量、自動(dòng)切換等操作在系統(tǒng)中不斷增加。尤其是人們對節(jié)能的需求，更多的企業(yè)開始對電氣系統(tǒng)進(jìn)行升級，改變原有的傳統(tǒng)控制模式而引入智能化的控制技術(shù)，因此電力系統(tǒng)中這些輔助系統(tǒng)的技術(shù)水平也不斷的提高。多數(shù)的大型電力企業(yè)已經(jīng)將PLC引入到輔助控制中，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的智能化與自動(dòng)化的結(jié)合。同時(shí)也將PLC引入到通信和信息處理模塊中，從而實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。如：電力系統(tǒng)中生產(chǎn)效率和環(huán)境保護(hù)都是由燃料運(yùn)輸系統(tǒng)決定的，系統(tǒng)中設(shè)置有主站層、現(xiàn)場采集器、遠(yuǎn)程I/O等構(gòu)成，主站控制層設(shè)置在控制中心，由PLC系統(tǒng)和人機(jī)接口構(gòu)成，主要是通過光纖通信總線對遠(yuǎn)程的I/O系統(tǒng)進(jìn)行控制；集中控制室可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，運(yùn)行中輸入程序后系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行，操作人員則通過大屏幕完成對系統(tǒng)的監(jiān)控，如果出現(xiàn)異常則進(jìn)行手動(dòng)控制來切換故障系統(tǒng)保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

數(shù)控技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)，而PLC作為控制核心已經(jīng)成為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的先決條件。工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)控技術(shù)主要是面對機(jī)械加工的電氣系統(tǒng)，常見的數(shù)控系統(tǒng)包括了定位、線性控制、連續(xù)性控制等。以往的機(jī)床控制都是利用繼電器完成，但是其故障率和精度都不高，同時(shí)需要經(jīng)常性的維護(hù)，應(yīng)用局限性明顯。而PLC的應(yīng)用則提高了電氣自動(dòng)化的程度。目前，在PLC技術(shù)的支持下，高精度的自動(dòng)化機(jī)械加工已經(jīng)十分普遍。如在孔加工的過程中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高精度移動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控系統(tǒng)中的控制模式較多，基于PLC的全功能數(shù)控和單片機(jī)數(shù)控模式都得到了較好的實(shí)踐效果、但是因?yàn)槿δ艿臄?shù)控模式造價(jià)偏高，所以當(dāng)前單片機(jī)的應(yīng)用模式得到了推廣。利用PLC技術(shù)解決了傳統(tǒng)單片機(jī)的硬件電路、驅(qū)動(dòng)電路、干擾等問題，提高了機(jī)床的可控性。隨著PLC技術(shù)和電氣自動(dòng)化技術(shù)的提高，PLC已經(jīng)可以幫助機(jī)床實(shí)現(xiàn)功能升級，并在系統(tǒng)靈活性上得到了很大的改善。

2.3 公路交通中的運(yùn)用

PLC技術(shù)的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在較為惡劣的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作，因此在公路交通管理中其也可得到較好的應(yīng)用效果。PLC可以集成較為準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)器模塊，所以在交通中對信號控制可以達(dá)到較高的精度和可靠性。尤其是岔路較為復(fù)雜的路口，可以實(shí)現(xiàn)智能化的控制。PLC具備的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能以及在線編輯功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)控，因此可以實(shí)現(xiàn)無人管理與遠(yuǎn)程控制，大幅度的提高了公路交通管理的靈活性、并可以將同一個(gè)道路或者區(qū)域的信號、監(jiān)控器等整合成為一個(gè)局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度與管理。縮短了車輛的等候時(shí)間并可以實(shí)現(xiàn)智能化的調(diào)流。

另外，傳統(tǒng)的公路收費(fèi)系統(tǒng)所使用的電氣設(shè)備的型號存在差異，在控制中這些設(shè)備與主機(jī)的兼容性較差，通用性和可維護(hù)性都不能保證系統(tǒng)的長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，使得系統(tǒng)管理存在較大的隱患。而利用PLC所提供的時(shí)鐘功能和上位機(jī)的接口可以將多種設(shè)備連接起來，如連接收費(fèi)計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)下載來完成對現(xiàn)場設(shè)備的智能化控制，如照明燈光、霧燈系統(tǒng)、提示系統(tǒng)等進(jìn)行智能控制，再加上各種編譯的指令，可以接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的多段落示碼，輸出到顯示屏上可以完成對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確現(xiàn)實(shí)。這樣的通道控制系統(tǒng)，其通用性、維護(hù)性都得到了較大的提高，且穩(wěn)定性和壽命得到了改善。

2.4 空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)用

中央空調(diào)系統(tǒng)也是現(xiàn)代建筑中不可或缺的溫控系統(tǒng)，其是否能夠智能化運(yùn)行將直接影響建筑的能耗。傳統(tǒng)的繼電器控制不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，如要保證空調(diào)系統(tǒng)的邏輯控制則必須利用復(fù)雜的電路進(jìn)行控制，不易實(shí)現(xiàn)同時(shí)升級、維護(hù)等較為困難，所以傳統(tǒng)的繼電器控制已經(jīng)不再出現(xiàn)在中央空調(diào)的電氣系統(tǒng)中。PLC的出現(xiàn)解決了中央空調(diào)的控制難題，其互聯(lián)通信和自我診斷等功能可以很好地適應(yīng)復(fù)雜的工況控制，PLC可靠度高，同時(shí)控制與維護(hù)、抗干擾能力都十分突出，所以在中央空調(diào)的控制系統(tǒng)中被普遍應(yīng)用。尤其是在智能化的中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為不可或缺的重要元件。應(yīng)用中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將對工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和采集，并產(chǎn)生運(yùn)行指令，而作為下位機(jī)的PLC則對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、控制現(xiàn)場設(shè)備、完成連鎖閉鎖等功能，同時(shí)顯示機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)（冷水進(jìn)口溫度、出口溫度、蒸汽流量、泵送系統(tǒng)工況、冷劑泵工況等等。同時(shí)PLC還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最大時(shí)長高達(dá)10年，所以PLC在中央空調(diào)中的電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)獲得了較為理想的效果。

3 結(jié)束語

總體看，PLC的技術(shù)特征使之可以在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中擔(dān)任較為重要的角色，其應(yīng)用的前景也隨之拓展。為了充分的發(fā)揮PLC技術(shù)優(yōu)勢和功能，就愛需要在模塊完善和抗干擾性能、可靠性等方面進(jìn)行升級，使之可以在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其控制和通訊等優(yōu)勢，以此獲得更好的應(yīng)用效果。

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