自動(dòng)化電氣控制中PLC的應(yīng)用與技術(shù)分析

戚洪峰

摘 要：PLC是一種新興的電氣電子技術(shù)，如今在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，PLC技術(shù)也在不斷成熟、完善，并在電氣控制領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制做出了重要的貢獻(xiàn)。文章主要對(duì)PLC的組成、原理、優(yōu)勢(shì)、發(fā)展及其在自動(dòng)化電氣控制中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)闃I(yè)內(nèi)相關(guān)研究及實(shí)踐提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化電氣控制;PLC;應(yīng)用;技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.126

PLC指的是可編程控制器，是依托計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)以及電子通訊技術(shù)等而產(chǎn)生的一種由數(shù)字運(yùn)算控制的電子系統(tǒng)，是有機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)與繼電接觸控制的技術(shù)產(chǎn)物。PLC內(nèi)部，可開展多項(xiàng)操作，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)高效控制以及數(shù)據(jù)運(yùn)算等。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，PLC也在日益完善，并在自動(dòng)化電氣控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也在實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。加強(qiáng)對(duì)PLC的技術(shù)分析，充分發(fā)揮PLC在自動(dòng)化電氣控制中的效果，是提高自動(dòng)化電氣控制水平的有效途徑。

1 PLC技術(shù)分析

1.1 PLC的組成

經(jīng)過多年來的發(fā)展，PLC不斷優(yōu)化、完善，并逐步形成了相對(duì)完整的系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)主要由電源、CPU主板、顯示板、內(nèi)存等多個(gè)部分組成。電源是PLC的核心運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)，必須使電源保持穩(wěn)定，才能保障PLC系統(tǒng)的安全運(yùn)行運(yùn)行。內(nèi)存也在很大程度上影響著PLC系統(tǒng)的使用效果，其是由I/O模塊組成，根據(jù)具體需求，I/O模塊能夠有針對(duì)性地對(duì)I/O能力進(jìn)行拓展。

1.2 PLC的原理

PLC是一種先進(jìn)的、科學(xué)的控制系統(tǒng)，目前在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域、電氣設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，其原理為：

第一，輸入采樣。PLC系統(tǒng)運(yùn)行中，輸入采樣是起始階段，指的是采取掃描的方法，將數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中去，并讀入狀態(tài)信息，存入內(nèi)存中，也就是儲(chǔ)存在I/O映像區(qū)中的單元內(nèi)。PLC系統(tǒng)后續(xù)工作中，I/O映像區(qū)域中的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)改變，因此，輸入脈沖信號(hào)的時(shí)候，應(yīng)確保其寬度大于或等于一個(gè)掃描周期，以保證輸入能夠被有效讀入。

第二，程序執(zhí)行。PLC系統(tǒng)運(yùn)行中，程序執(zhí)行占據(jù)著重要的地位。掃描用戶程序的過程中，一般遵循右下而上的原則，PLC也能自動(dòng)化完成控制線路的邏輯運(yùn)算，同時(shí)以邏輯運(yùn)算結(jié)果為根據(jù)，刷新I/O映像區(qū)中儲(chǔ)存的狀態(tài)信息。換一句話說，用戶程度執(zhí)行過程中，I/O映像區(qū)域中輸入點(diǎn)的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，而其他輸出點(diǎn)的狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)一定的改變，因此在程序執(zhí)行過程中，應(yīng)用立即I/O指令之后，可以對(duì)I/O點(diǎn)進(jìn)行直接存取。

第三，輸出刷新。PLC系統(tǒng)運(yùn)行中，輸出刷新是最后一個(gè)環(huán)節(jié)。用戶程序掃描結(jié)束后，PLC自動(dòng)進(jìn)入輸出刷新階段。CPU主板以I/O映像區(qū)域中的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)為根據(jù)，對(duì)輸出鎖存電路的整體進(jìn)行刷新，并通過輸出電路驅(qū)動(dòng)外接設(shè)備。

1.3 PLC的優(yōu)勢(shì)

目前，PLC在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用范圍越來越廣，這與PLC自身的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)息息相關(guān)。PLC的優(yōu)勢(shì)主要包括：

第一，易于編程。易于編程是PLC的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，其在進(jìn)行編程的時(shí)候，主要采取命令語句，與微機(jī)指令相比，命令語句明顯數(shù)量較少，且梯形圖比較簡(jiǎn)單，對(duì)操作經(jīng)驗(yàn)的要求不高，初學(xué)者也能在很短的時(shí)間內(nèi)掌握。

第二，可靠性較強(qiáng)。大部分PLC的核心為單片機(jī)，因此PLC的集成度較高，再加上PLC本身具備自診斷功能及保護(hù)電路，使得PLC具有良好的可靠性。

第三，便于安裝。PLC安裝時(shí)，只需要保障各部件連接正確，便可以正常運(yùn)行，不需要設(shè)置專門機(jī)房、采取嚴(yán)格的屏蔽保護(hù)措施。

第四，組態(tài)方式靈活。PLC多為積木式結(jié)構(gòu)形式，使用者可以根據(jù)自身需求簡(jiǎn)單組合，便可以靈活設(shè)置電氣控制系統(tǒng)的功能，因此，PLC的應(yīng)用范圍較廣。

1.4 PLC的發(fā)展

PLC具有工作效率高、靈敏度高、可靠性及安全性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用范圍較廣，可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。基于此，相信在未來PLC會(huì)得到更多的應(yīng)用，并會(huì)隨著計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)以及電子通訊技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步優(yōu)化、完善，基于PLC的自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)也會(huì)出逐漸發(fā)展為一種開放式、分布式、高效的電氣控制系統(tǒng)。除此之外，將PLC與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、智能傳感技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)結(jié)合起來，還可以使PLC逐漸發(fā)展為更為完善、成熟的自動(dòng)化電氣電子技術(shù)。

2 自動(dòng)化電氣控制中PLC的應(yīng)用

2.1 閉環(huán)控制中PLC的應(yīng)用

自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)中，可以采取多種方式啟動(dòng)電機(jī)，如自動(dòng)方式、手動(dòng)方式等。采取自動(dòng)啟動(dòng)方式的時(shí)候，應(yīng)用PLC，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。以溫控系統(tǒng)為例，借助熱電偶檢測(cè)加熱爐的溫度，將熱電偶的輸出電信號(hào)通過溫度變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程電流，然后傳輸給模擬量輸入模塊，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換之后，便能獲得與溫度成比例的數(shù)字量。然后，CPU主板會(huì)對(duì)預(yù)先設(shè)定的溫度值與獲取的數(shù)字量進(jìn)行對(duì)比分析，然后按照PID控制算法進(jìn)行誤差運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果之后，傳送給輸出模塊，并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，獲得電流信號(hào)，從而發(fā)揮自動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度的效果，達(dá)到了閉環(huán)控制。采取這樣的控制方式，可以有效控制閉環(huán)中各種干擾因素，使被控量能夠與給定值無限接近。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)控制過程的簡(jiǎn)化，可以直接應(yīng)用PID控制器，PID控制器為閉環(huán)控制器，本身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且無需被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，使用方便，靈活性較強(qiáng)。

2.2 順序控制中PLC的應(yīng)用

近年來，順序控制系統(tǒng)在自動(dòng)化電氣控制中得到了越來越多的應(yīng)用，，可以將順序控制系統(tǒng)，主要是將整個(gè)工藝流程分解為多個(gè)順序相連且不同順序之間又相互獨(dú)立的階段，按照先后順序執(zhí)行各個(gè)階段，保障整個(gè)工藝流程的有序開展、順利完成。順序控制中PLC的應(yīng)用，所采取的主要方法便是邏輯設(shè)計(jì)方法，具體步驟為：應(yīng)用不同邏輯變量表示輸入信號(hào)、輸出信號(hào)，分局實(shí)際控制要求，將狀態(tài)表列出，并以狀態(tài)表為根據(jù)，寫出邏輯函數(shù)，簡(jiǎn)化邏輯函數(shù)，并以此為根據(jù)對(duì)梯形圖進(jìn)行繪制，上機(jī)調(diào)試。若是PIC輸出信號(hào)存在時(shí)間順序的狀態(tài)變化，則可借助時(shí)序圖來設(shè)計(jì)控制程序，具體步驟為：正式設(shè)計(jì)前，加強(qiáng)對(duì)控制要求的分析，最好是仔細(xì)、系統(tǒng)、全面地分析實(shí)際控制要求，明確信號(hào)的輸入量、輸出量，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，確定機(jī)型;明確信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，對(duì)工作時(shí)序圖進(jìn)行繪制，并將其分為多個(gè)時(shí)間區(qū)段，確定每個(gè)區(qū)段的時(shí)長(zhǎng)，找出區(qū)段之間的信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件及分界點(diǎn)，然后對(duì)定時(shí)器進(jìn)行分配，開展PIC的I/O分配，對(duì)梯形圖進(jìn)行繪制，開展模擬運(yùn)行試驗(yàn)，評(píng)估程序是否符合控制要求，給予適當(dāng)修改。

2.3 開關(guān)量控制中PLC的應(yīng)用

開關(guān)量指的是，非連續(xù)性信號(hào)的采集與輸出，比較常見的是遙信采集、遙控輸出。開關(guān)量主要包括1和0兩種典型狀態(tài)，這是取決于數(shù)字電路開關(guān)的基本性質(zhì)。對(duì)于電子設(shè)備來說，最基本的兩種功能便是開和關(guān)，一般來說，開關(guān)量控制主要是借助設(shè)備內(nèi)部的繼電器來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。以往開關(guān)量控制中借助點(diǎn)磁性繼電器的時(shí)候，操作觸點(diǎn)較多，系統(tǒng)接線操作比較復(fù)雜，使得開關(guān)量控制極易受到各種干擾因素的影響，而威脅其可靠性及穩(wěn)定性，導(dǎo)致開關(guān)量控制的運(yùn)行效率差。開關(guān)量控制中應(yīng)用PIC，主要是應(yīng)用中間繼電器，來達(dá)到智能化控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的目的，并以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，提高系統(tǒng)控制效果，且可以確保開關(guān)量的穩(wěn)定。除此之外，電氣工程中比較常用的機(jī)械繼電器，其具備開關(guān)控制功能，但經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，開關(guān)控制的反饋時(shí)間較長(zhǎng)，若是系統(tǒng)出現(xiàn)短路，則不能發(fā)揮繼電保護(hù)的效果。通過應(yīng)用PIC進(jìn)行開關(guān)量控制，便能有效解決這一問題。

3 結(jié)語

綜上所述，PLC具有易于編程、可靠性較強(qiáng)、便于安裝、組態(tài)方式靈活、適用范圍較廣的優(yōu)勢(shì)。在自動(dòng)化電氣控制中，包括閉環(huán)控制、順序控制、開關(guān)量控制中有效應(yīng)用PLC，可以提高自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的功能。為了更好地發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)不斷加大、加深對(duì)PLC的研究，并對(duì)PLC進(jìn)行不斷優(yōu)化與完善，從而使其為促進(jìn)自動(dòng)化電氣控制的進(jìn)一步發(fā)展做出更好的貢獻(xiàn)。

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