PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

利 方

（廣東恒運(yùn)電機(jī)有限公司，湛江 524037）

PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

利 方

（廣東恒運(yùn)電機(jī)有限公司，湛江 524037）

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用也日漸廣泛，這也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一個(gè)主流趨勢(shì)。PLC技術(shù)操作簡便，可有效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制中的耗損大、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，促進(jìn)自動(dòng)化控制能力的顯著提升。當(dāng)前，PLC技術(shù)已大量應(yīng)用于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中，針對(duì)該技術(shù)的發(fā)展?jié)摿θ杂写M(jìn)一步開發(fā)。

PLC 電氣自動(dòng)化 發(fā)展趨勢(shì)

引言

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）應(yīng)用一類可編程的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制等相關(guān)操作，直接面向?qū)τ脩糁噶畹奶幚恚脤?duì)數(shù)字或模擬的輸入/輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)各類機(jī)械的自動(dòng)化控制。最早的PLC屬于計(jì)算機(jī)中的一項(xiàng)產(chǎn)品，是為了便于工業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的。而隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前的PLC功能已發(fā)生了天翻地覆的變化，應(yīng)用范圍也已不再局限于邏輯控制層面上，已被廣泛應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制中，本文將就PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用展開深入具體的探究工作。

1 PLC概述

PLC技術(shù)最初起源于美國，20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用到商業(yè)生產(chǎn)中，順序控制是其中最為關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。此后，PLC技術(shù)開始逐漸被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，在80年代實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。隨著PLC技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其控制功能中逐漸加入了高數(shù)技術(shù)與函數(shù)運(yùn)算等內(nèi)容。此時(shí)這一技術(shù)的核心控制功能已被大量地應(yīng)用于各種電氣工程領(lǐng)域。

PLC技術(shù)的核心構(gòu)成部分為I/0模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)介質(zhì)和電源系統(tǒng)，主要利用傳感器完成指令接收工作，而后將所獲取到的指令發(fā)送至控制器對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，最終將運(yùn)算處理結(jié)果輸入執(zhí)行器，通過執(zhí)行器來實(shí)施控制工作，在實(shí)際的運(yùn)行過中，中央處理器（Central Processing Unit，CPU）能夠推動(dòng)程序的循環(huán)往復(fù)。圖1所示為PLC結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖

2 PLC技術(shù)的工作原理與特點(diǎn)

2.1 PLC技術(shù)原理

PLC技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行工作中，工作流程大致可分成三個(gè)階段，即輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，完成以上三個(gè)階段即可達(dá)成一個(gè)掃描周期。在整個(gè)工作流程中，PLC的CPU將會(huì)基于一定的掃描速度不斷循環(huán)以上三個(gè)階段。

（1）輸入采樣階段。在這一階段當(dāng)中，PLC通過掃描的形式對(duì)相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)信息狀況進(jìn)行全面掃描，同時(shí)將其存儲(chǔ)至I/O映像區(qū)所對(duì)應(yīng)的單元。此階段結(jié)束后，便會(huì)準(zhǔn)入到后兩階段，在之后的兩個(gè)階段，其輸入狀態(tài)與數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生面向的改變，相應(yīng)的I/O映像區(qū)中的單元狀態(tài)和數(shù)據(jù)也同樣會(huì)產(chǎn)生變化。因而，若輸入的數(shù)據(jù)信息為脈沖信息，相應(yīng)的脈沖信息其寬度應(yīng)超過單個(gè)掃描周期，只有這樣方可確保無論基于何種情況下，所輸入的信息數(shù)據(jù)均可被有效讀取。

（2）用戶程序執(zhí)行階段。在此階段，PLC會(huì)默認(rèn)依據(jù)自上而下的次序掃描用戶程序。在對(duì)每一條梯形圖掃描后，常常會(huì)相對(duì)圖形左邊各觸電回路進(jìn)行掃描，同時(shí)依據(jù)自上而下，從左到右的次序針對(duì)不同觸點(diǎn)所構(gòu)成的控制線路實(shí)施邏輯運(yùn)算處理，依據(jù)計(jì)算后所得到的結(jié)果，及時(shí)刷新邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)域中相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，或刷新輸出線圈于I/O映像區(qū)中的所對(duì)應(yīng)位置狀態(tài)，又或是明確是否要執(zhí)行相應(yīng)梯形圖所規(guī)定的特殊指令。

在實(shí)際的用戶執(zhí)行程序過程中，只有輸入點(diǎn)位于I/O映像區(qū)中的數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息不會(huì)產(chǎn)生改變，相應(yīng)的其余輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映像區(qū)或是RAM存儲(chǔ)區(qū)域中的相關(guān)數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息會(huì)產(chǎn)生改變，同時(shí)排列于上端的梯形圖，最終程序執(zhí)行完成后所得到的結(jié)果將會(huì)對(duì)排列于下端只要是應(yīng)用到有關(guān)的數(shù)據(jù)或線圈的梯形圖均會(huì)產(chǎn)生影響；反之排列于下端的梯形圖所被改變的邏輯線圈狀態(tài)或是數(shù)據(jù)僅可在下一掃描周期方可對(duì)排列在上端的程序發(fā)揮作用。

（3）輸出刷新階段。在完成用戶程序的掃描工作后，PLC系統(tǒng)便會(huì)進(jìn)入刷新階段。在這一階段，CPU會(huì)依據(jù)I/O映像區(qū)中相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)對(duì)于輸出鎖存電路進(jìn)行重置，而后再經(jīng)由電路系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)外接設(shè)備系統(tǒng)的帶動(dòng)。此時(shí)，即完成對(duì)于PLC系統(tǒng)的真正輸出。

2.2 功能特點(diǎn)

PLC技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）應(yīng)用便捷，編程簡易。采取直觀、明了的梯形圖、邏輯圖和語句表等相關(guān)編程語言，相關(guān)的操作人員即便不具備相關(guān)的專業(yè)計(jì)算機(jī)知識(shí)也可靈活操作，同時(shí)系統(tǒng)開發(fā)快、現(xiàn)場調(diào)試也十分方便。此外，在對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行修改處理時(shí)，可改變控制方案而不用拆卸硬件。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，PLC系統(tǒng)主要利用開關(guān)控制，可與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到綜合化的自動(dòng)控制。（3）系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，可良好地適用于各類工作環(huán)境中，在應(yīng)對(duì)作業(yè)環(huán)境惡劣時(shí)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

2.3 加工中心PLC編程

在加工中心的PLC程序?yàn)槟K化結(jié)構(gòu)，構(gòu)成部分主要包括主模塊、周期性執(zhí)行模塊、第一循環(huán)模塊等。在程序開始執(zhí)行時(shí)，若存在第一循環(huán)模塊，CNC將予以執(zhí)行，之后執(zhí)行主模塊，周期性模塊在各個(gè)引導(dǎo)指令PET指定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行一次，每次執(zhí)行此模塊時(shí)，主模塊執(zhí)行將被切斷，周期性模塊執(zhí)行完成后恢復(fù)運(yùn)行，在定義PLC程序時(shí)，同時(shí)還應(yīng)考量到主模塊與周期性模塊的處理問題。PLC模塊可依據(jù)其功能、指令等劃分為引導(dǎo)指令與執(zhí)行指令，前一種指令給予PLC提供核心模塊類型與執(zhí)行方式信息，執(zhí)行指令獲準(zhǔn)查詢及調(diào)整PLC資源。模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 PLC模塊結(jié)構(gòu)圖

3 PLC技術(shù)在電氣工程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 閉環(huán)過程控制

在電氣工程控制系統(tǒng)中，時(shí)常需控制壓力、溫度、流量等各類模擬量，而閉環(huán)過程控制則是對(duì)于相應(yīng)的模擬量進(jìn)行持續(xù)性的控制，最終實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化。通過對(duì)PLC關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，可利用中央控制器中的I/O模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的轉(zhuǎn)變。

3.2 信息加工處理

隨著當(dāng)代人類社會(huì)的飛速發(fā)展，整體社會(huì)用電量不斷升高，因而有關(guān)的電氣工程系統(tǒng)在采取控制措施的過程中，所牽涉的相關(guān)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容也就會(huì)持續(xù)增多，在此時(shí)若依舊采用傳統(tǒng)的控制技術(shù)方式分析處理數(shù)據(jù)信息，則相應(yīng)所需花費(fèi)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、人力支出也將持續(xù)增加，這不僅會(huì)導(dǎo)致控制效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，甚至還會(huì)使對(duì)一些數(shù)據(jù)內(nèi)容也無法采取有效的控制措施，電氣工程設(shè)計(jì)工作自然也就無從談起。而通過應(yīng)用PLC關(guān)鍵技術(shù)，并運(yùn)用中央處理器模塊，能自動(dòng)化處理控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，并增強(qiáng)對(duì)信息數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理、分析、輸出、轉(zhuǎn)化等能力，從而給予過程控制系統(tǒng)以重要的參考價(jià)值。

3.3 系統(tǒng)順序控制

相較于傳統(tǒng)繼電器設(shè)備控制，PLC關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用在順序控制中，體現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)更加突出，不但可極大地提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，同時(shí)還可大大降低對(duì)系統(tǒng)能量損耗?；趯?duì)PLC關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，可通過利用信息存儲(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)單個(gè)工藝流程的有效控制，并將模塊連接至通信總線中，有效達(dá)成對(duì)生產(chǎn)車間的合理協(xié)調(diào)。

3.4 開關(guān)量控制

將PLC關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于電氣工程控制系統(tǒng)的開關(guān)量，能充分顯示出在控制方面的快速反應(yīng)和短時(shí)間的通斷等價(jià)值。在以往的電氣工程控制系統(tǒng)中，必須采用機(jī)械繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)于開關(guān)量的控制，通常因通斷時(shí)間較長，無法有效地避免短路情況，并最終產(chǎn)生出相應(yīng)的安全問題，而將PLC關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用在切換模塊中，能實(shí)現(xiàn)快速切換控制，并保障開關(guān)控制質(zhì)量。

4 PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與建議

4.1 發(fā)展趨勢(shì)

PLC技術(shù)的發(fā)展將會(huì)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加緊密的結(jié)合起來，受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快的影響，對(duì)于電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究工作必將更加深入，其技術(shù)水平也將持續(xù)提升，PLC技術(shù)自然也將有著更加廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。隨著技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，PLC技術(shù)也將逐步實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)更加密切的連接，從使調(diào)控更加智能化與多元化。計(jì)算技術(shù)在PLC發(fā)展過程中的應(yīng)用，會(huì)促使PLC系統(tǒng)在運(yùn)行速度和存儲(chǔ)容量方面均得到進(jìn)一步的提升。另外，PLC系統(tǒng)的發(fā)展也將更趨向于多元化，此方面的發(fā)展需求必將促進(jìn)PLC的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，使之能更好地應(yīng)用于更多的外接設(shè)備，具有更多的發(fā)展可能性。同時(shí)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接還將促使PLC技術(shù)在基于智能化與網(wǎng)絡(luò)化的市場需求中，逐步演變?yōu)橐豁?xiàng)大型電氣設(shè)備系統(tǒng)。但同時(shí)需要注意的是PLC技術(shù)本身也會(huì)受到其他技術(shù)發(fā)展帶來的沖擊，例如DCS與PC工業(yè)，因此從市場競爭的角度考慮，PLC技術(shù)仍需不斷加強(qiáng)對(duì)自身技術(shù)的不斷改進(jìn)與完善。

4.2 發(fā)展建議

目前PLC技術(shù)在抗干擾能力方面仍有較大的改進(jìn)空間。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，PLC處在極端惡劣的環(huán)境時(shí)抗干擾能力不足，特別是在受到電磁干擾時(shí)極易發(fā)生問題故障，這些問題情況的出現(xiàn)會(huì)對(duì)生產(chǎn)工作產(chǎn)生直接性的影響。因此提升PLC的穩(wěn)定性也是今后在此方面開展技術(shù)研究工作的一個(gè)方向。對(duì)此也便需要PLC系統(tǒng)一方面要借鑒其他系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、長處，另一方面不斷加大創(chuàng)新力度以實(shí)現(xiàn)對(duì)自身技術(shù)的完善。只有如此方可實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)被更多地應(yīng)用到電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。

5 結(jié)語

在傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，大多采用的電氣連接方式存在著耗損大、維護(hù)困難等諸多弊端，對(duì)電氣自動(dòng)化控制工作產(chǎn)生極大的障礙和麻煩。而隨著PLC技術(shù)的出現(xiàn)則可有效地解決這些問題，有效改善傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制不足之處，極大地提升企業(yè)生產(chǎn)效率，同時(shí)也有著極其巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1]姚振龍.淺析PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，（26）：114.

[2]范建忠，劉愛琴，吳延偉，等.PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].科技資訊，2013，（32）：84.

[3]賴秋燕.電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2016，43（7）：28-29.

[4]張一丁.PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（4）：73.

[5]覃桂全.電氣自動(dòng)化設(shè)備中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2015，（12）：46.

[6]李峰.嵌入式PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用前景[J].中國科技財(cái)富，2015，（14）：55.

[7]閆穎東.PLC在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016，（20）.

[8]李曉鶴，徐騰飛.PLC技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的發(fā)展與應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（2）：166.

Application Research of PLC in Electrical Automation

LI Fang
(Guangdong Hengyun Motor Co. Ltd., Zhanjiang 524037)

With the rapid development of modern science and technology, PLC technology in the application of electrical automation control is also increasingly widespread, which is a mainstream trend of modern industrial development. PLC technology has the advantages of simple operation, can effectively deal with the shortcomings of the traditional electrical automation control in large depletion, difficult to maintain, promote the ability of automatic control significantly. At present, PLC technology has been widely used in the field of electrical automation, the development potential of this technology is still to be further developed.

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