PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用解析

宗春彪

中紡院（天津）科技發(fā)展有限公司 天津 301700

中國紡織科學(xué)研究院生物源纖維制造技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100025

PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用解析

宗春彪

中紡院（天津）科技發(fā)展有限公司 天津 301700

中國紡織科學(xué)研究院生物源纖維制造技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100025

PLC技術(shù)是一種控制系統(tǒng)，是跟隨計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)而發(fā)展起來的。PLC技術(shù)可以做到閉環(huán)控制，實(shí)行順序控制以及開關(guān)質(zhì)量控制，以使電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有更高的工作效率，同時(shí)提升系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，更有利于保證工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量。本文首先對(duì)PLC技術(shù)進(jìn)行簡要論述，進(jìn)而探討了PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，最后展望了PLC技術(shù)的未來發(fā)展。

PLC技術(shù) 電氣 自動(dòng)化控制

1 前言

可編程邏輯控制設(shè)備，即PLC技術(shù)，不僅包含傳統(tǒng)技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)現(xiàn)代科技特點(diǎn)也更加明顯，可以推動(dòng)電氣工程自動(dòng)化程度加深。通過PLC技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，降低操作的復(fù)雜程度，保證生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)得到自動(dòng)化控制，為人們的生產(chǎn)生活提供更多的便利。因此在電氣工程自動(dòng)化控制方面，PLC技術(shù)具有非常重要的意義。

2 PLC技術(shù)

一方面，PLC技術(shù)屬于一類能夠編程的存儲(chǔ)器，常見于內(nèi)部存儲(chǔ)程序，具有非常強(qiáng)大的作用，例如進(jìn)行順序控制、定時(shí)和算術(shù)、進(jìn)行計(jì)數(shù)同時(shí)執(zhí)行邏輯運(yùn)算。用戶通過PLC技術(shù)，利用數(shù)字、模擬式的輸入或輸出來控制相應(yīng)的生產(chǎn)活動(dòng)或者機(jī)械設(shè)備。另一方面，PLC技術(shù)屬于程序編制技術(shù)類，但又和一般的編程語言有一定的差異，這是由于PLC技術(shù)是通過繼電器梯形圖指令開展程序編制工作的。

現(xiàn)有的PLC技術(shù)可以分為兩種類型，模塊式和箱體式，兩者存在結(jié)構(gòu)方面的差異。箱體式主要是由CPU主板、內(nèi)存、顯示板以及電源構(gòu)成，其中CPU主板有多種形式可以選擇；模塊式主要由CPU模塊、內(nèi)存、電源以及I/O模塊構(gòu)成，其中 I/O模塊應(yīng)當(dāng)以電氣項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行擴(kuò)展。但不管選擇哪種形式，從PLC技術(shù)的組成方面來看，都應(yīng)歸屬到總線式開放結(jié)構(gòu)方面。

PLC技術(shù)有很大的優(yōu)勢，例如體積更小、適用范圍非常廣、抗干擾能力更強(qiáng)、實(shí)用價(jià)值較高等。這些優(yōu)勢可以體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理、邏輯控制以及模擬控制能力方面，正是由于PLC技術(shù)的功能非常強(qiáng)大，使得其在電氣項(xiàng)目中的應(yīng)用不斷拓寬，從而取代單一的繼電器控制，見圖1。

具體來說，PLC 控制系統(tǒng)是由電源、輸入輸出接口、中央處理器以及存儲(chǔ)介質(zhì)這幾部分構(gòu)成，用戶也可以根據(jù)自己的實(shí)際情況增添其他外部輔助設(shè)備。在這些部件中，中央處理器可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并在用戶輸入數(shù)據(jù)或指令后對(duì)其進(jìn)行接收處理；存儲(chǔ)介質(zhì)可以對(duì)用戶程序中的各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；輸入以及輸出接口可以對(duì)指令信號(hào)進(jìn)行接收或傳遞。大體來看，PLC 計(jì)算的控制原理與計(jì)算機(jī)的等同，接通電源后，中央處理器可以實(shí)施自動(dòng)診斷，在完成診斷工作后，網(wǎng)絡(luò)信息會(huì)得到處理，上述都應(yīng)歸屬到準(zhǔn)備環(huán)節(jié)；在完成上述工序后，需要選擇用戶程序并實(shí)施掃描，此時(shí)需要利用輸入輸出接口來實(shí)施控制。只要 PLC 控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生不合理問題，就可以通過中央處理器的自動(dòng)診斷環(huán)節(jié)，重新開始。

在使用PLC 技術(shù)時(shí)，還需要遵守如下原則：第一、應(yīng)當(dāng)在確保PLC 控制系統(tǒng)可靠性以及安全程度的同時(shí)，達(dá)到控制對(duì)象的基本要求；第二、保證讓PLC 控制系統(tǒng)得到正常運(yùn)行，才可以考慮成本的減縮，以提升相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率，另外還應(yīng)當(dāng)積極拓展和開發(fā)系統(tǒng)；第三、利用PLC 技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品需同時(shí)保證其安全性以及質(zhì)量。

圖1 繼電器控制與PLC控制區(qū)別

圖2 PLC閉環(huán)控制

3 PLC 技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 在控制順序方面的應(yīng)用

電氣項(xiàng)目在進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，需要遵守一定的順序、規(guī)則，若是盲目生產(chǎn)則會(huì)造成錯(cuò)雜無序，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)工作質(zhì)量受到不良影響。在使用PLC技術(shù)時(shí)，為了保證其應(yīng)用質(zhì)量，需要使電氣項(xiàng)目的生產(chǎn)工序更程序化，從某種角度來看， PLC 技術(shù)等同于電氣項(xiàng)目自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順序控制器。在生產(chǎn)進(jìn)入到某個(gè)環(huán)節(jié)后，PLC 技術(shù)既能夠根據(jù)指令來指導(dǎo)作業(yè)流程，也可以落實(shí)下一項(xiàng)作業(yè)，大大提升了作業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的有效性，以及產(chǎn)品的最終質(zhì)量。盡管PLC 技術(shù)具有很多優(yōu)勢，投入到自動(dòng)化控制中可以更好地開展順序控制，但從當(dāng)前實(shí)際情況來看，要想使電氣項(xiàng)目自動(dòng)化技術(shù)更好地發(fā)展，依然需要實(shí)施科學(xué)的設(shè)計(jì)、合理的組合。

3.2 在開關(guān)量控制方面的應(yīng)用

電氣項(xiàng)目在作業(yè)環(huán)節(jié)，需要注重繼電器設(shè)備的生產(chǎn)使用，而在繼電器設(shè)備工作環(huán)節(jié)，PLC技術(shù)能夠視為可編程存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)繼電器設(shè)備的工作情況進(jìn)行協(xié)調(diào)。但在使用時(shí)，繼電器設(shè)備的開關(guān)控制裝置由于需要過長的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)繼電器設(shè)備在發(fā)生短路情況后，通過PLC 技術(shù)不能對(duì)繼電器實(shí)施有效控制，因此在開關(guān)量控制方面，PLC 技術(shù)仍有很大的問題，故需要對(duì)其展開深入的研究。目前較為有效的解決途徑是將PLC 技術(shù)以及自動(dòng)切換系統(tǒng)有效結(jié)合起來，從而使繼電器設(shè)備開關(guān)控制裝置的反應(yīng)時(shí)間得以縮短，保證繼電器設(shè)備的運(yùn)行效率。

3.3 數(shù)據(jù)處理的控制

將PLC技術(shù)投入到電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以讀取以及傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施邏輯處理，利用輸出數(shù)據(jù)來達(dá)到控制作用。目前現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展程度正不斷加深，工業(yè)生產(chǎn)也不斷向信息化方向發(fā)展，在處理數(shù)據(jù)方面，單使用繼電器控制回路則處理質(zhì)量得不到保障，故需要引入PLC技術(shù)，利用其數(shù)據(jù)處理的高效性，來保證數(shù)據(jù)得以快速準(zhǔn)確的處理。

3.4 閉環(huán)控制

電氣自動(dòng)化控制裝置多采用現(xiàn)場控制手動(dòng)、上位機(jī)手動(dòng)或自動(dòng)啟動(dòng)方式。而通過有效使用PLC技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，進(jìn)而有效控制調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速測量。為了保證啟動(dòng)控制質(zhì)量，多會(huì)將PLC 控制技術(shù)以及常規(guī)控制系統(tǒng)結(jié)合起來，若是在必要的情況下，就需要使用PLC 閉環(huán)控制方式，利用閉環(huán)控制來對(duì)泵類電機(jī)設(shè)備的控制回路加以優(yōu)化，見圖2。這樣 PLC控制器在發(fā)生狀況后，仍能夠通過常規(guī)控制系統(tǒng)來保證電氣自動(dòng)化控制設(shè)備正常運(yùn)行。

3.5 在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

中央空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今設(shè)備，尤其是工業(yè)系統(tǒng)、各類建筑中必不可少的一部分，大量應(yīng)用在人們的生產(chǎn)和生活中。由于每個(gè)生產(chǎn)車間所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，其對(duì)溫度和環(huán)境的潔凈性要求也有很大差異，而通過中央空調(diào)來對(duì)車間內(nèi)的溫度實(shí)施控制，可以保證溫度的穩(wěn)定。中央空調(diào)系統(tǒng)一般包括可編程序的控制設(shè)備、數(shù)字式控制設(shè)備以及繼電器實(shí)施控制，整個(gè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，相關(guān)技術(shù)要求比較高。由于PLC控制系統(tǒng)的智能化程度較高，操作難度小，同時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使操作功能具有更強(qiáng)的自動(dòng)化，將其投入到中央空調(diào)中，可以使中央空調(diào)的應(yīng)用更靈活。

圖3 PLC交通控制系統(tǒng)程序段

3.6 在交通方面的應(yīng)用

交通運(yùn)輸直接關(guān)系到人們的生活，影響到人們的出行。目前城市人口正在不斷的增多，造成交通運(yùn)輸壓力不斷增加。PLC控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，將其投入到交通領(lǐng)域中，可以通過PLC控制系統(tǒng)的定時(shí)器功能來對(duì)紅綠燈加以控制，進(jìn)而更科學(xué)地指揮交通，減緩了交通堵塞情況，見圖3。利用PLC控制系統(tǒng)也可以進(jìn)行交通的無人管理，通過信號(hào)燈來對(duì)各個(gè)路口實(shí)施管理，減少了人員工作量，保證了工作效率，從而使道路交通實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理和調(diào)度。也可以在同一條道路中通過信號(hào)燈設(shè)備形成局域網(wǎng)絡(luò)，使各個(gè)路口車輛通行所需時(shí)間更合理，也使道路交通得到更科學(xué)的管理。

4 PLC 技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 具有更強(qiáng)的抗干擾性以及可靠程度

在受到強(qiáng)烈的電磁干擾，或者在惡劣環(huán)境的影響下，PLC 控制系統(tǒng)在實(shí)施控制或者運(yùn)算作業(yè)時(shí)會(huì)發(fā)生不同程度的偏差，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重要環(huán)節(jié)受到影響，進(jìn)而造成生產(chǎn)秩序紊亂。故需要使PLC控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾性和可靠性，即保證PLC 控制系統(tǒng)在受到強(qiáng)干擾后，仍可以正常運(yùn)行，同時(shí)盡可能的縮小由于不良使用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及安全鎖造成的系統(tǒng)問題。

4.2 PLC 系統(tǒng)會(huì)向數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化方向前進(jìn)

自從DCS 技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)問世后，在電氣自動(dòng)化控制方面，DCS技術(shù)的應(yīng)用正越發(fā)成熟，然而由于技術(shù)自身的原因，造成拓展空間非常有限，也就發(fā)生了后勁不足問題。而通過融合運(yùn)用DCS技術(shù)以PLC技術(shù)，可以使這兩者的優(yōu)缺點(diǎn)得到互補(bǔ)，引發(fā)出一種新型的控制技術(shù)，即FCS控制系統(tǒng)，能夠更好地完成智能化、數(shù)字化以及自動(dòng)化控制。

5 結(jié)語

在電氣工程的自動(dòng)化系統(tǒng)控制方面，通過科學(xué)應(yīng)用PLC技術(shù)，可以保證系統(tǒng)的操作便利性，使一些傳統(tǒng)問題得到改善。同時(shí)通過PLC技術(shù)的使用能夠使電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，繼電器邏輯更加簡化，保證了系統(tǒng)運(yùn)行可靠程度，并使運(yùn)行成本得以降低，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增強(qiáng)。另外PLC技術(shù)的維修以及維護(hù)難度較小，可以更迅速的投入使用，所以PLC技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面的應(yīng)用正在逐步深入。

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