PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用淺析

李佳佳 于洋

摘要：PLC 技術(shù)無(wú)論是在可靠性還是在穩(wěn)定性方面，都具有很大的優(yōu)勢(shì)，因此在電氣工程上，PLC 有很廣泛的應(yīng)用，此外，在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)也的發(fā)展和進(jìn)步也有推動(dòng)作用，在很多應(yīng)用中引入了先進(jìn)的理念，使 PLC 技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上取得了很大的進(jìn)步。本文對(duì)PLC概念及工作原理、發(fā)展及在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：PLC;工業(yè);電氣;自動(dòng)化;應(yīng)用

PLC 技術(shù)從誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)有了幾十年的歷程。PLC 在許多場(chǎng)合的應(yīng)用取得了成功，自身也有著很大的發(fā)展，起初，PLC適用于傳統(tǒng)制造業(yè)，現(xiàn)在 PLC 自身的發(fā)展能夠使其適用于在很多其他地方的應(yīng)用。PLC 最有利的價(jià)值在于和電氣工業(yè)的結(jié)合，其諸多優(yōu)點(diǎn)使其在電氣工程中有著很廣泛的應(yīng)用，利用了 PLC控制系統(tǒng)的電氣工程，發(fā)生了革命性的變化。PLC 在電氣工程中主要承擔(dān)了許多控制環(huán)節(jié)，如：順序，開(kāi)關(guān)和閉環(huán)控制等多種控制方式。這些控制在自動(dòng)控制系統(tǒng)中屬于核心的地位。順序控制在各種控制系統(tǒng)和控制環(huán)節(jié)中使用的最多，是各種控制環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，目前的 PLC 技術(shù)能夠輕松的勝任順序控制。開(kāi)關(guān)控制是指在控制的流程中根據(jù)一定的邏輯開(kāi)關(guān)的通斷或者模式的切換，從一條控制落線到另一條控制路線的轉(zhuǎn)換等。閉環(huán)控制通常用于設(shè)備裝置自身的負(fù)反饋，如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，水泵功率控制和水位控制等等，應(yīng)用廣泛。當(dāng)然，基于 PLC 控制系統(tǒng)的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止以上三種，其在各種控制方式和模式之下都有著非常廣泛的應(yīng)用。

1.PLC控制器概述

PLC控制器，也被稱為可編程控制器，是專門(mén)為了滿足如今工業(yè)企業(yè)的效率化，而特意設(shè)計(jì)的。它的誕生，為工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的機(jī)械化生產(chǎn)，提供了可能。只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的程序語(yǔ)言，電子機(jī)械就可以完全按照程序員設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行全自動(dòng)化的操作，為企業(yè)極大地提高了生產(chǎn)效率。由于其功能非常強(qiáng)大而且使用較為方便、可靠，PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，也將會(huì)隨之越來(lái)越廣泛，直至普及到整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。

2 電氣自動(dòng)化概念及現(xiàn)狀

2.1 概念

電氣自動(dòng)化，顧名思義就是對(duì)電氣工程相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行電子技術(shù)信息的處理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、操作自動(dòng)控制等等功能進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)的電子與計(jì)算機(jī)之間相互關(guān)聯(lián)的一種科學(xué)。在我國(guó)，隨著對(duì)電氣自動(dòng)化的不斷深入研究，已經(jīng)形成了一門(mén)系統(tǒng)的學(xué)問(wèn)。2.2 電氣自動(dòng)化現(xiàn)狀

目前，在我國(guó)主要發(fā)展的主流是IT與電氣自動(dòng)化相結(jié)合的產(chǎn)品。以PC、服務(wù)器、Inter等技術(shù)引發(fā)的電氣自動(dòng)化，進(jìn)行了一次又一次的工業(yè)改革。隨著市場(chǎng)的需求，IT和電氣自動(dòng)化將會(huì)達(dá)到更完美的融合。電氣自動(dòng)化，將會(huì)逐漸地從服務(wù)領(lǐng)域滲入到工業(yè)的領(lǐng)域。目前主要有兩個(gè)方向：一個(gè)是對(duì)管理層的滲入，讓電氣自動(dòng)化應(yīng)用到管理系統(tǒng)，對(duì)的各種客戶數(shù)據(jù)或者是生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類總結(jié)，并且存取，以便隨時(shí)查詢;另外一個(gè)方向，就是信息技術(shù)對(duì)機(jī)器設(shè)備的滲入。

3 PLC概念及工作原理

3.1 概念

PLC控制器主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)的程序，達(dá)到對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的目的。它是工業(yè)領(lǐng)域需求的結(jié)晶，是專門(mén)為了適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的。最早的可編程邏輯 控 制器，被簡(jiǎn)稱為PLC，主要是為了更好地實(shí)現(xiàn)邏輯控制，而用來(lái)取代繼電器的。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，今天，這種邏輯控制器的功能，已經(jīng)大大地超過(guò)了原本人們給予它的定義。現(xiàn)在它被定義為PC，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)名稱區(qū)別開(kāi)來(lái)，才使用原來(lái)的PLC簡(jiǎn)稱。

3.2 工作原理

它主要分為三個(gè)階段：第一，輸入采樣階段，在這個(gè)階段，PLC通過(guò)掃描的方式，對(duì)外來(lái)數(shù)據(jù)和所有輸入狀態(tài)進(jìn)行讀取并存入I/O映象區(qū)相對(duì)應(yīng)的單元內(nèi)。

第二階段，程序執(zhí)行階段，在這個(gè)階段，PLC在執(zhí)行對(duì)用戶程序進(jìn)行掃描時(shí)，總是按照從上到下的順序，進(jìn)行操作，比如方塊堆積的金字塔，它總是從最頂端的方塊開(kāi)始進(jìn)行掃描。在掃描最頂尖的方塊時(shí)，又總是要按照人們固定的邏輯順序，從左到右，對(duì)方塊的各觸點(diǎn)線路進(jìn)行掃描。并且在對(duì)觸點(diǎn)組成的控制線路，作邏輯運(yùn)算的時(shí)候，也是按照從左到右，從上到下的既定順序進(jìn)行。再根據(jù)運(yùn)算出來(lái)的結(jié)果，對(duì)邏輯線罪狀在RAM對(duì)應(yīng)位狀態(tài)進(jìn)行刷新;或者再確定對(duì)該圖形是否需要對(duì)其執(zhí)行特殊功能指令。

第三階段：輸出刷新，是在用戶程序掃描結(jié)束后，PLC才進(jìn)入的另一階段。在這個(gè)階段里，CPU要根據(jù)I/O里面相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，對(duì)全部的輸出鎖存電器，進(jìn)行再次刷新處理。然后再經(jīng)過(guò)輸出電路，來(lái)驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的外設(shè)。這才是真正意義上的PLC輸出。

4 PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用

4.1 在傳統(tǒng)機(jī)床的應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)床主要是采用電氣控制的模式，使用的是繼電器的邏輯控制系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，很容易發(fā)生觸頭電弧、或者是接觸不良，接線老化等一系列的問(wèn)題。而且通過(guò)這樣系統(tǒng)控制的設(shè)備具有生產(chǎn)效率低下，能源消耗大，經(jīng)常出故障而且維修困難等缺點(diǎn)。因此，為了提高工業(yè)電氣自動(dòng)化的水平，應(yīng)該采取PLC對(duì)機(jī)床的硬件和軟件進(jìn)行各方面的改選，并且進(jìn)行實(shí)施的控制。通過(guò)PLC系統(tǒng)對(duì)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等功能，不僅可以提高硬件系統(tǒng)運(yùn)行的效率。保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。而且，還可以降低機(jī)器設(shè)備的維護(hù)成本，節(jié)約能源的消耗。從而，進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)備逐漸地從電氣控制向數(shù)字控制進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

PLC技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械控制系統(tǒng)的變動(dòng)，讓PLC技術(shù)更加有效地融入到傳統(tǒng)機(jī)床的工作原理中，使得機(jī)器操作變得更加地簡(jiǎn)便，而且完美地克服了電氣控制時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)械故障多，效率低，磨損大的缺點(diǎn)，用全新的高效率、高精度、高重穩(wěn)定性以及靈活的操作控制等優(yōu)點(diǎn)重新賦予了這些傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)床。讓這些機(jī)床，重新煥發(fā)了新的生命。

4.2 PLC在火電廠控制系統(tǒng)應(yīng)用：

在火電廠中，有包括水處理、輸煤、除灰除渣等等輔助系統(tǒng)的存在，這些系統(tǒng)在操作流程上，有許多的開(kāi)關(guān)和順序控制，因?yàn)檫@樣而變得繁瑣。如果加入PLC系統(tǒng)的應(yīng)用，就會(huì)對(duì)這些系統(tǒng)的工藝流程，做到完美的控制，做到有序化操作。這種屬于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，可以更好地取代繼電器，幫助火電廠的輔助系統(tǒng)，更好地實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它的應(yīng)用即可以是火電廠單臺(tái)的設(shè)備控制，也可以采用火電廠分層式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如把輸煤系統(tǒng)分主站層、現(xiàn)場(chǎng)傳感器和遠(yuǎn)程IO站三部分。主站層由PLC和人機(jī)接口相關(guān)設(shè)備組成。遠(yuǎn)程IO站的相關(guān)設(shè)備，通過(guò)光纖的方式，與主站層進(jìn)行連接。而輸煤的現(xiàn)場(chǎng)傳感器與遠(yuǎn)程IO站的相關(guān)設(shè)備，再進(jìn)行二次光纖電纜的連接。這樣，操作人員就可以坐在控制室，就可以完成整個(gè)輸煤層的傳送和監(jiān)督工作，通過(guò)控制室的顯示屏，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行全面監(jiān)督。

5.PLC 的發(fā)展趨勢(shì)及前景分析

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量可控制不是人為操作所能實(shí)現(xiàn)的，更多的是借助在線檢測(cè)設(shè)備及儀器來(lái)完成產(chǎn)品參數(shù)的動(dòng)態(tài)控制，需要整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程的長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)整，PLC技術(shù)為自動(dòng)化控制的各項(xiàng)要求提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)會(huì)，因此，其必將成為工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)控制的發(fā)展趨勢(shì)。在工業(yè)生產(chǎn)提倡提質(zhì)降耗、精細(xì)個(gè)性、網(wǎng)絡(luò)智能等大環(huán)境下，PLC技術(shù)必將向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的在線質(zhì)量檢測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、故障自診斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理等先進(jìn)技術(shù)發(fā)展。從發(fā)展前景看，隨著工業(yè)生產(chǎn)分工細(xì)致化，PLC將會(huì)成為過(guò)程控制領(lǐng)域內(nèi)的日用品，同時(shí)其還可能利用通訊系統(tǒng)將控制功能形成閉環(huán)過(guò)程控制，其還將會(huì)逐漸替代嵌入式控制器。

6結(jié)語(yǔ)

PLC技術(shù)的誕生，既可以解決傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)床控制系統(tǒng)的各種缺點(diǎn)，又能夠提升產(chǎn)品的品質(zhì)，提高生產(chǎn)的效率，讓傳統(tǒng)的機(jī)床重新煥發(fā)了生命力，同時(shí)也帶動(dòng)了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的更快速發(fā)展。企業(yè)之間也因此，將拉開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)的差距。未來(lái)，PLC在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用，將會(huì)更加地被重視，從而廣泛地應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)角落。

參考文獻(xiàn)：

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