基于PLC在電氣自動化設備中的應用分析

【摘要】PLC與傳統(tǒng)的電氣自動化控制技術相比具有更高的可靠性，飛速發(fā)展的科學技促進了PLC技術的不斷發(fā)展，PLC技術的優(yōu)勢越來越多的體現(xiàn)在電氣自動化設備應用過程中，筆者通過對PLC技術原理的分析列出了PLC技術在應用中的主要優(yōu)勢，并通過應用過程中的問題分析提出了相應對策。

【關鍵詞】PLC技術；電氣自動化設備；可靠性

可編程控制器是采用數(shù)字和模擬輸入模式進行指令控制的技術，PLC技術隨著改革開放后工業(yè)化的飛速發(fā)展應用越來越廣，尤其是在電氣自動化設備生產(chǎn)過程中，發(fā)揮了極大的優(yōu)勢。技術人員通過對PLC技術編程的學習就可較快的掌握控制方法，實現(xiàn)對電氣設備的操作。筆者從輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個方面分析PLC的工作原理，并說明了PLC在工業(yè)化、自動化技術中的應用優(yōu)勢，并對PLC在電氣自動化設備應用中存在問題進行了分析并提出了解決方案。

一、PLC概述

1、PLC工作原理。PLC即可編程控制器（Programmable Logic Controller），可編程控制器是采用數(shù)字和模擬輸入模式進行指令控制，主要由電源、中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊和通信模塊六大部分組成，其中最重要的部分為可編可寫的程序存儲器。PLC工作過程分為三步，三個步驟完成所需的時間為一個掃描周期，首先，在第一階即段輸入采樣階段，CPU通過控制接口實現(xiàn)與外界設備的信息交換，接口直接掛在I/O總線上方，其核心功能是實現(xiàn)主機與外設之間的數(shù)據(jù)傳遞，如圖1所示，SB1和SB2開關處于斷開狀態(tài)，輸入公共端形成回路。第二階段為用戶程序執(zhí)行階段，PLC此時一個輸入端子對應一個輸出線圈，對用戶程序進行順序掃描，掃描過程遵循自左向右的觸點控制線路運算，由此刷新RAM存儲區(qū)在I/O映象過程中相應的狀態(tài)。最后一個階段為輸出刷新階段，即PLC在按照I/O映像順序刷新結束后對輸出電器常開觸點進行回路驗算，DAM方式下的I/O程序極大提高了輸出電路效率。

2.PLC應用優(yōu)勢。可編程邏輯控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程中涉及到多個行業(yè)，如航天航空、石油礦業(yè)、汽車行業(yè)等，PLC的主要優(yōu)勢為可靠性較高，每個控制系統(tǒng)對應不同的I/O接口，每個接口對應一個輸入輸出信號，由于通信聯(lián)網(wǎng)接口可靠性高，因此具有較高的可操作性，抗干擾能力較強。PLC采用專業(yè)模塊式結構，各個部件、結構、電源組件大小可以調(diào)控，適合多個行業(yè)應用進行自由組件。在PLC控制過程中，控制替換系統(tǒng)為繼電器，降低了工作強度，信息輸入輸出效率提高。PLC的使用需要使用者有簡單的編程技術，而其編程技術較為簡單，可以讓工程人員短時間掌握使用方法。PLC的運行環(huán)境沒有特殊要求，較為大眾化，維修管理不需要專人進行，故障發(fā)生率低，從各個方面綜合提高了生產(chǎn)效率。

二、PLC應用于電氣自動化設備中的四大作用

PLC技術在各行各業(yè)應用越來越多，尤其在電氣自動化領域，可編程控制器在電器自動化控制中的主要應用在于對生產(chǎn)過程的順序控制、開關控制、閉環(huán)控制和調(diào)速控制四個方面。首先，在對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的順序控制在于按照預訂功能對受控機器進行相對應的轉(zhuǎn)變步驟轉(zhuǎn)變指令來源于有無觸點的控制形成開關，PLC順序控制的可靠性取決于輸入信號是否完整接受并傳遞，其中繼電器起到對輸入信號起到輔助控制的作用，繼電器與模塊總線實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程任務順序的控制。其次，PLC在生產(chǎn)過程中的開關控制作用主要采用了相關的電子控制器件，如新型的集成門極換流晶閘管（IGCT），IGCT能承受較大的電壓和電流，是電器自動化設備中常用的安全控件，其觸發(fā)電流與通態(tài)電流所需的門幾電流較低，大大提高了開關控制效率，也提高了整體可靠性。PLC技術在電器自動化設備中的第三個作用為閉環(huán)控制，電器自動化設備的啟動方式包括自動和手動，閉環(huán)控制屬于常規(guī)控制過程，能在較為惡劣的環(huán)境下進行快速閉環(huán)，與數(shù)字計數(shù)器配合可以準確顯示電氣設備工作頻率。PLC的第四大作用是對電氣設備頻率、速度等進行調(diào)控，同一臺設備可以進行很多不同種類的器件生產(chǎn)，因此生產(chǎn)中要控制頻率以滿足需要，PLC調(diào)速器主要由電子調(diào)節(jié)單元和轉(zhuǎn)速測量單元構成，在PLC發(fā)生故障后仍能構成安全回路。

三、PLC技術在電氣自動化設備應用中的問題及對策

1、邏輯運算功能混亂。邏輯電路的設計依據(jù)相應的邏輯狀態(tài)表，與非門作為基本器件之一，在PLC邏輯控制過程中，輸入端的脈沖電壓是在額定負載下的電壓，在輸出電壓后會有一定的時間延遲現(xiàn)象，因此會對邏輯運算功能造成影響。普通的邏輯控制運算器的運算功能以邏輯運算為主，此外也要模擬一些復雜運算過程，為實現(xiàn)輸入輸出時間間隔降低，可采用三態(tài)輸出與非門電路，第三狀態(tài)即為高阻狀態(tài)，當模擬量輸入后通過三態(tài)輸出與非門電路將其變?yōu)閿?shù)字量輸入，如圖2所示為PLC程序設計過程中的開關邏輯控制流程圖，三態(tài)門可以實現(xiàn)一根導線輪流傳輸幾個不同的控制信號和數(shù)據(jù)，降低了輸入輸出信號在傳輸過程中的時間。

2、PLC技術功能診斷問題及對策。PLC的功能診斷技術主要影響因素分為硬件和軟件兩個方面，一般情況下的診斷是通過專業(yè)軟件實現(xiàn)對PLC控制器內(nèi)部的問題分析，PLC診斷功能的選擇。PLC中的核心 CPU通過控制接口實現(xiàn)與外界設備的信息交換，實現(xiàn)主機與外設之間的數(shù)據(jù)傳遞，工作過程中引發(fā)故障的因素很多，為了降低故障率并更好的實現(xiàn)PLC功能自我診斷，可以通過日常的維護來實現(xiàn)。很多故障產(chǎn)生來源于外部傳感器，若檢測不及時會造成PLC燒毀致使整個系統(tǒng)癱瘓。因此，要對整個電氣自動化生產(chǎn)設備進行定期檢測以及環(huán)境要求，如電壓穩(wěn)定度、環(huán)境濕度以及設備的安裝條件。

PLC的專業(yè)模塊式結構降低了電氣自動化生過程中的工作強度，信息輸入輸出效率也有很大提高。為能更好的發(fā)掘PLC在各個行業(yè)的應用潛能，要對PLC技術性提出更高要求，實現(xiàn)更高的系統(tǒng)可靠性。