PLC在電氣自動化系統(tǒng)中的應用與發(fā)展

周進

摘 要：作為結合計算機管理、自動化控制和通信技術的PLC控制技術，在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應用。進入新世紀以來，PLC控制技術通過結構模塊化更新，安全性能得到進一步提升，不僅能為各種電氣自動化設備開展控制服務，還能為具體控制提出一攬子優(yōu)化解決方案，受到應用行業(yè)使用者的歡迎。本文通過對PLC技術在電氣自動化系統(tǒng)應用中遇到的問題和應用情況進行分析，結合技術發(fā)展的需要，提出了具有方向性的發(fā)展建議。

關鍵詞：PLC；電氣自動化；應用

中圖分類號：TM571.61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0040-01

上世紀70年代以來，PLC技術作為結合計算機管理、自動化控制和通信技術等學科的研究成果，成為新興的應用技術。PLC技術在自動化管理中具有的提供控制服務和多角度解決具體控制問題的功能，在工業(yè)行業(yè)得到了較為廣泛的應用。進入新世紀以來，在計算機信息技術快速發(fā)展和社會工業(yè)生產(chǎn)需求加大的背景下，PLC控制技術被寄予了更為嚴格和更高標準的要求。為實現(xiàn)PLC技術的良性發(fā)展，需要研究人員結合應用實際，圍繞控制管理的目標，提出具有針對性的優(yōu)化改進方案，以適應電氣自動化系統(tǒng)智能化、科學化發(fā)展的趨勢[1]。

1 PLC技術的構建原理及體系優(yōu)勢

作為一種可以根據(jù)需要進行編程的存儲器，PLC技術是用來解決內部存儲問題的程序，在預設好的數(shù)學和電氣模型來進行相關的邏輯計算、控制順序和定時算法結果的輸出后，用戶可以利用對這些功能的控制來操作各種機械或者是對生產(chǎn)過程進行預設控制。PLC技術是一種程序編程技術，主要是通過控制繼電器以梯形圖來產(chǎn)生指令實現(xiàn)對程序的編制。當今PLC技術有箱體式和模塊式兩種結構，不同的結構應用的場景有所不同。模塊式PLC是由內存、電源、CPU和輸入輸出模塊組成，I/O模塊是一種根據(jù)電氣工程項目的使用需要進行拓展的組成部分。箱體式PLC一般組成的部件有CPU、顯示器、內存和電源等，根據(jù)應用的需要，這些部件的技術參數(shù)會變化。PLC技術的突出特點是，組成部分都是基于總線式的開放狀態(tài)[2]。

PLC技術的應用主要經(jīng)過采樣輸入數(shù)據(jù)信號，執(zhí)行設定程序、輸出計算結果三個階段，只有這三個階段相互配合并全部完成，才能實現(xiàn)有效的應用。在采集輸入數(shù)據(jù)信號階段，是利用一些掃描設備來對需要的數(shù)據(jù)進行讀取后存儲在PLC控制器的映射控制單元內。在此階段的重點是通過對采集到數(shù)據(jù)的不斷刷新來保證輸入數(shù)據(jù)和輸入狀態(tài)符合現(xiàn)實情況。同時，在執(zhí)行設定程序和輸出計算結果的接口，映射控制單元的數(shù)據(jù)都必須不發(fā)生變化，產(chǎn)生的時間差要在整個控制結束后才會進行校正。在執(zhí)行設定程序階段，PCL控制器會自動對用戶設定的程序掃描以保證程序的可使用性。在掃描用戶預設的程序時采用的是依據(jù)一定規(guī)則的順序和方法，從而保證程序計算結果的準確性和有效性。評估控制器是否按照預先設定的程序進行執(zhí)行的標準是，把此階段的結果和采樣輸入的數(shù)據(jù)進行對比，在兩個數(shù)據(jù)相同時就能判定執(zhí)行了用戶設定的程序。輸出計算結果階段的作用是控制對應的外部機械設施。三個階段循環(huán)執(zhí)行后才會結束整個PLC的應用。

2 PLC技術在電氣自動化系統(tǒng)中的應用

PLC技術在電氣自動化系統(tǒng)應用的優(yōu)勢比較突出，主要是因為PLC控制器具有較強的抗干擾能力和使用性能，小巧的體積便于安裝，維修成本不高。在功能上，PLC技術對邏輯能力、模擬控制能力和數(shù)據(jù)的處理上都具有簡便、快捷的特點，所以在工業(yè)生產(chǎn)的電氣自動化系統(tǒng)中應用前景良好。要保證PLC技術的有效發(fā)揮，要在應用中重點考慮4個方面的情況。一是要讓控制器處于合理的工作溫度下，一般在0到55度之間，要通過保溫和散熱等裝置來保證設備的正常工作。二是要嚴格控制85%的工作濕度，避免因為濕度過大帶來的設備失靈等問題。三是注意控制PLC控制器的振動，避免振動帶來的零件損壞、設備功能缺失。四是要保證電源穩(wěn)定，要使用50Hz和220V的交流電，讓電線具有抗干擾能力。在輸入輸出端存在電壓差的情況下，增加直流穩(wěn)壓器等設備。

PLC技術在電氣自動化系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面。第一是應用于順序控制方面。應用中采用的是分層結構，在對自動化控制系統(tǒng)的結構和功能需要進行分析后，對遠程控制部分進行控制器的安裝，之后是對現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)采集傳輸部分的應用，最后是在計算機主機部分進行KLC控制器結果的整體控制和操作。比如在發(fā)電廠的發(fā)電中使用PLC控制技術，是為了實現(xiàn)對爐渣和飛灰的及時清理，以減少冗余時間的消耗，提高發(fā)電生產(chǎn)的工作效率。此時PLC控制技術的設計和使用結果，會對整個發(fā)電廠的生產(chǎn)效率帶來影響，所以要通過對PLC控制技術的深入研究，結合實際的設計和使用來保證其在電氣自動化系統(tǒng)中的有效應用。第二是應用于開關量的控制方面。PLC技術在此方面主要是智能可編程的存儲器來替代傳統(tǒng)的虛擬繼電器的功能。此時PLC控制器要具有比虛擬繼電器更迅速的反應速度，更為優(yōu)化的反應時間，讓短路保護功能在第一時間發(fā)揮出來。PLC控制器的集成功能在開關量控制上具有很大的優(yōu)勢，主要就是體現(xiàn)對具體指令和功能的反應時間短、執(zhí)行效率高上，也因此能為提高整體生產(chǎn)效率做出積極貢獻。

3 PLC技術未來的發(fā)展方向和應用前景

傳統(tǒng)的PLC控制器存在著品牌之間無法兼容，硬件體系無法開放管理，很多功能無法拓展，編程語言的學習較為復雜和困難，核心技術被壟斷，成本過高，推廣使用有壓力等問題[3]。為解決這些突出的矛盾，未來PLC技術的發(fā)展方向是建立軟PLC技術。軟PLC技術就是把電腦作為PLC控制器的操作控制平臺，利用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC控制權的所有功能。軟PLC技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：硬件是一個開放的體系，輸出輸出的端口和總線接口更為豐富，能和多種類型的硬件進行對接，讓操作者可以自行選擇合適的硬件進行軟PLC控制器的組裝。軟PLC技術打破了傳統(tǒng)PLC技術的指令只能固定無法修改的不足，能根據(jù)不同的應用需要對多種控制指令和算法進行自行嵌入。軟PLC技術在數(shù)據(jù)處理中，因為以計算機作為支撐，高速的CPU和巨大的內存等計算機硬件，能夠讓數(shù)據(jù)處理的數(shù)量和速度得到提高。軟PLC技術還具有良好的網(wǎng)絡信息通訊功能，讓PLC控制器采集和計算的數(shù)據(jù)能夠及時傳輸給企業(yè)的信息管理系統(tǒng)，為決策提供科學的參考依據(jù)?？偟膩碚f，軟PLC技術就是把傳統(tǒng)PLC控制器作為一個集成系統(tǒng)植入到計算機操作系統(tǒng)中，讓用戶在更加直觀、便捷的環(huán)境下使用，這樣的軟PLC技術具有計算機和PLC控制器所有的優(yōu)點。

目前國內外的眾多公司都把軟PLC技術作為重點研發(fā)的方向，努力建立具有自主知識產(chǎn)權的應用體系[4]。要讓PLC技術得到更為良好的發(fā)展，還要關注幾個方面的問題。一是要解決系統(tǒng)的開放性問題。目前軟PLC技術都使用基于微軟的WINDOWS操作系統(tǒng)，這種系統(tǒng)本身的封閉性，讓很多配套的軟件無法得到有效的技術支持，成為PLC技術發(fā)展的技術阻礙。二是要解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性。電腦雖然功能強大，但是在工業(yè)生產(chǎn)中安全穩(wěn)定性也非常重要，不能因為電腦硬件或者軟件的不穩(wěn)定影響到生產(chǎn)的運行節(jié)奏和周期。三是要提高信息傳輸能力，要借助信息互聯(lián)網(wǎng)技術，讓控制軟件之間的協(xié)調工作能力更好。

4 結語

在電氣自動化系統(tǒng)中要加強對PLC技術的研究和探索，通過提高系統(tǒng)的開放性、可靠性和實時性，不斷提高自動化系統(tǒng)的控制性能，讓PLC技術在石油化工、機械制造等眾多領域獲得更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻

[1]胡俊.PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的運用[J].智能城市，2017，（05）：113.

[2]邱于峻.PLC在電氣自動化中的應用及發(fā)展前景[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（22）：50-51.

[3]馬明月.PLC控制在電氣自動化系統(tǒng)中的應用及發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2016，（15）：66.

[4]姚振龍.淺析PLC在電氣自動化中的應用與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導報，2011，（26）：114.