電氣控制與PLC技術(shù)的應(yīng)用

劉明皓 湖北省來鳳縣高級(jí)中學(xué)

引言：PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，從20世紀(jì)70年代誕生以來，一直受到人們的關(guān)注，經(jīng)過幾十年的飛速發(fā)展，如今已被廣泛應(yīng)用于電氣控制領(lǐng)域，其強(qiáng)大的自動(dòng)控制能力，極大地提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。它由輸入單元、輸出單元、微處理器、存儲(chǔ)器和相關(guān)接口等部分組成，通過人為編程對(duì)輸入和采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來自動(dòng)控制電氣設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。

1. PLC的特點(diǎn)

1.1 體積小、功耗低、安裝方便

由于PLC本身由多個(gè)芯片組成，核心為微處理器，可以集成在很小一塊電路板上，功耗也相對(duì)較低，超小型的PLC底部的長寬尺寸不超過100mm，重量不超過0.15kg，所以也可以很方便的安裝到各種電氣設(shè)備中，無需專用機(jī)房，有利于機(jī)電一體化的集成。

1.2 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高

PLC電路內(nèi)部有一定的抗干擾措施，外部有相應(yīng)的電磁屏蔽措施，使其在抗電磁干擾和EMC方面有比較突出的優(yōu)勢，再加上其較高的集成度，在可靠性方面也有較好的保證，比較適合應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。

1.3 編程方便快捷

PLC具有易于編程和組合機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)。PLC使用的是圖形化的編程語言，其表達(dá)形式和電路圖非常相似，能讓操作人員快速學(xué)習(xí)并掌握其變成方法，且在實(shí)際操作過程中易于修改。其采用積木式結(jié)構(gòu)，操作人員可通過將實(shí)現(xiàn)特定功能的程序組合在一起構(gòu)成具有一定規(guī)模和特定功能的控制系統(tǒng)。

1.4 便于維護(hù)

PLC替代了很多傳統(tǒng)邏輯器件，通過內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)軟連接，因此減少了很多系統(tǒng)內(nèi)部的連接線，只需將其豐富的接口與外部輸入輸出設(shè)備正確連接即可，這種方式非常便于系統(tǒng)的檢查與維護(hù)，其互聯(lián)方式后期根據(jù)相應(yīng)的需求修改起來也方便很多。

2. PLC應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)的功能

2.1 開關(guān)的控制輸出

通過圖形化語言實(shí)現(xiàn)組合邏輯控制、條件控制、循環(huán)控制、時(shí)序控制等，從而輸出電信號(hào)來控制外部開關(guān)斷開、閉合，既可用于控制最基本的單臺(tái)設(shè)備，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的多臺(tái)設(shè)備系統(tǒng)的有效控制，比如生產(chǎn)流水線、組合機(jī)床等。

2.2 模擬量的輸入輸出

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)運(yùn)作過程中，不僅僅只存在信號(hào)的開啟與關(guān)斷，還存在很多模擬的數(shù)據(jù)，比如溫度、濕度、流速、壓力、轉(zhuǎn)速和電壓等連續(xù)變化量，這些變化量一般都通過轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)來傳輸，為了實(shí)現(xiàn)這方面的檢測和控制，PLC還具有模擬量的輸入輸出功能，具體是由內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，另外，PLC還可以通過各種運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理。

2.3 集中和分散控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)就是采用一臺(tái)運(yùn)算和功能較為強(qiáng)大的PLC集中監(jiān)視和控制多個(gè)電氣設(shè)備，其整體掌控能力較強(qiáng)，且更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但是如果其中某些設(shè)備出現(xiàn)問題需要停止PLC，則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。相對(duì)于集中式，分散式控制系統(tǒng)采用更多的PLC來分散控制多個(gè)設(shè)備，其抗故障能力更強(qiáng)，但是成本更高，且需要多個(gè)PLC之間通過通信協(xié)調(diào)工作，某種程度上會(huì)降低工作效率，因此可將集中式和分散式控制系統(tǒng)相結(jié)合，針對(duì)不同的應(yīng)用場景進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成相應(yīng)控制過程。

2.4 開環(huán)和閉環(huán)控制

開環(huán)控制就是PLC只根據(jù)相關(guān)輸入量來得到輸出量，不會(huì)檢測輸出結(jié)果產(chǎn)生的影響，運(yùn)行速度較快，適用于無需精確控制的場合；針對(duì)需要高精度控制的場合，還需引入閉環(huán)控制，PLC會(huì)采集相關(guān)的輸出結(jié)果的反饋信息，比如溫度、角度、速度、位置等，比較與所需目標(biāo)的接近程度，從而調(diào)節(jié)控制過程中的各種參數(shù)，讓控制結(jié)果非常接近所需的目標(biāo)，但是由于反饋的存在，達(dá)到穩(wěn)定控制需要一定的時(shí)間。通常將開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合應(yīng)用于不同場合。

2.5 和上位機(jī)的通信

PLC更多的應(yīng)用于設(shè)備控制，其人機(jī)交互功能相對(duì)有限，因此，由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，PLC通過通信接口和通信程序與上位機(jī)進(jìn)行信息交互，即可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)視和掌控。

3. PLC的具體應(yīng)用場景

3.1 數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

PLC在數(shù)控機(jī)床中通過通信接口與CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置）連接，進(jìn)行機(jī)械加工過程中的相關(guān)控制，該過程需要PLC和CNC相互配合，來完成一定工序的機(jī)械加工。PLC的具體功能包括系統(tǒng)初始化、緊急停止、機(jī)床面板信號(hào)的處理、坐標(biāo)Y、Z軸的控制定位、液壓控制、零件的夾卸過程控制、主軸的使能控制和相關(guān)情況的報(bào)警等。精確的機(jī)械加工需要PLC強(qiáng)大的運(yùn)算控制能力，并且從算法上提高其運(yùn)作精度和運(yùn)行效率。

3.2 紡織機(jī)中的應(yīng)用

人工紡紗的時(shí)代已經(jīng)過去，現(xiàn)代紡織機(jī)只需根據(jù)程序參數(shù)設(shè)定通過PLC來控制即可完成紡紗任務(wù)。PLC在其中的功能包括控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、時(shí)序和人機(jī)界面等，操作人員基本無需手動(dòng)操作，只要值守了解機(jī)器運(yùn)行狀況和任務(wù)進(jìn)度等即可，另外，高級(jí)的PLC還可完成紗疵的檢測修復(fù)和統(tǒng)計(jì)工作，從而節(jié)省了原材料，降低了次品率，提高了生產(chǎn)效率。

3.3 立體倉庫中的應(yīng)用

立體倉庫的科學(xué)管理是實(shí)現(xiàn)物流效率的重要因素，可通過將相關(guān)管理邏輯通過編程輸入到PLC中，讓PLC自動(dòng)控制整個(gè)立體倉庫的運(yùn)行，即可極大的解放人力，只需少量監(jiān)測人員。其控制方式為閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)中還包括出入庫輸送機(jī)、穿梭機(jī)、堆垛機(jī)等，通過將高度計(jì)算器接收到的轉(zhuǎn)數(shù)編碼反饋給PLC，PLC參照此參數(shù)控制其他設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

結(jié)論：PLC由于其使用方便、可靠性強(qiáng)、便于維護(hù)等特點(diǎn)，受到人們的青睞，其強(qiáng)大的運(yùn)算速度保障了各種基礎(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)，已被廣泛應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制工程中，已成為現(xiàn)代快節(jié)奏的社會(huì)生產(chǎn)生活必不可少的元素。在未來，還會(huì)結(jié)合更新的技術(shù)和工藝，朝著網(wǎng)絡(luò)信息化、控制一體化等方向發(fā)展。