PLC在電氣自動化中的應用研究

杜琳琳

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

自人類文明進入電氣化時代之后，人們對于電氣自動化控制的探索就從未停止，從最早的單片機控制開始，自動化控制經(jīng)歷了從單機自動化到集成自動化的發(fā)展。時至今日，以PLC為核心的自動化控制技術已逐漸在涉及人們生產(chǎn)生活的各種電氣設備中得到廣泛的應用，極大地提高了生產(chǎn)效率，解放了人力資源，改善了人們的生產(chǎn)環(huán)境。

可以說PLC技術的應用使電氣自動化控制發(fā)展邁入了新的層次。本文分析了PLC自動控制的基本原理，對PLC在電氣自動化中的應用進行了探討。

1 PLC及其控制原理的介紹

（1）PLC及各功能單元介紹。PLC又稱為可編程邏輯控制器，是一種具有自動化控制功能的數(shù)字運算控制器，通過內部的微型處理器，可在內存中存儲各種控制指令，并按控制執(zhí)行機構按要求執(zhí)行相應的控制指令。可編程控制器主要由微處理器CPU、電源、輸入/輸出接口、數(shù)據(jù)內存器（ROM/RAM）、數(shù)模轉換器等功能單元組成。其中電源多采用開關式穩(wěn)壓電源供電，具有交變轉換功能，可將外部交流電轉換成PLC內部所需的直流電，從而維持PLC內部各功能部件的運行；中央處理單元（CPU）是PLC最為核心的部件，決定了CPU各項運行性能，其作用是通過數(shù)學和邏輯運算進行各項用戶程序的處理和運行，控制整個系統(tǒng)并使之協(xié)調運行；存儲器用于各種系統(tǒng)程序和邏輯變量的存儲，CPU的各種控制指令皆由存儲器中調出，其存儲內容一般由廠家編寫和修改，用戶無訪問和修改權限；輸入/輸出單元主要由通訊接口實現(xiàn)與被控設備的連接，搭建中央處理器與被控設備之間的通訊橋梁。

其作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號，在經(jīng)過中央處理器對輸入信號的處理之后將其轉換為弱電信號，驅動執(zhí)行元件使被控設備執(zhí)行控制指令。此外，CPU根據(jù)機型的不同還可外接設備，實現(xiàn)編程、實時監(jiān)控和網(wǎng)絡通信功能。

（2）PLC的基本控制原理。PLC主要是通過對信息的采集、處理之后，按照內部設定程序輸出相應的控制指令，從而控制執(zhí)行機構完成控制指令。其控制過程可分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段。

采樣輸入階段以掃描的方式對外接傳感器設備采集的模擬信號進行讀取，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內；之后進入用戶程序執(zhí)行階段，中央處理器會對采集的模擬信號進行掃描和邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)，確定輸出過程映像；最后進入輸出刷新階段，這也是執(zhí)行信號真正的輸出環(huán)節(jié)。CPU會根據(jù)存儲器中的內置程序發(fā)出相應的控制電信號，控制執(zhí)行機構按指令運行。

2 PLC在電氣自動化中的應用

基于PLC的自動控制系統(tǒng)具有安裝方便、可靠性好、組態(tài)靈活、編程簡單、輸入/輸出功能模塊齊全、運行高速、通用性強等諸多優(yōu)點，因而在電氣設備自動化控制中得以廣泛應用。PLC在電氣自動化中的應用主要是電氣設備運行的時間控制和過程控制，使電氣設備可以在無人或少人操作的情況下，自動按照設定程序執(zhí)行控制內容。

（1）PLC在順序控制中的應用。順序控制是PLC邏輯控制的重要內容，主要是使電氣設備根據(jù)生產(chǎn)按照一定的順序和流程運行。比如在焦爐的交換機系統(tǒng)中，每一個交換過程都需要空廢氣缸和煤氣缸按照一定的順序進行開閉。

在PLC設定好的控制邏輯下，交換機系統(tǒng)會每隔一定時間就按照煤氣缸關＞空廢氣交換＞煤氣缸開的流程控制焦爐空廢氣系統(tǒng)進行自動交換，從而保證了焦爐在無人操作的情況下即可定時完成換向加熱。這也是PLC在順序控制方面比較典型的應用案例。

（2）PLC在開關量控制中的應用。開關量的邏輯控制是PLC應用的基本領域。過去對于的電氣開關主要采用繼電器進行控制，但由于電磁繼電器中連接點較多，易引發(fā)觸電事故；而且隨著繼電器的老化，開關控制的敏感性也會降低，難以保證系統(tǒng)運行的可靠性。

在PLC系統(tǒng)和內存中寫入開關量邏輯，可極大地簡化開關量控制中的人為因素，根據(jù)設備運行情況自動進行相應的分合閘操作；當電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，PLC會發(fā)出控制指令執(zhí)行跳閘保護動作。比如在高壓水除鱗環(huán)節(jié)，PLC即可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過對電機和閥門的啟?？刂苼碚{節(jié)水箱水位和壓力，從而實現(xiàn)了高壓水射流對帶鋼的自動除鱗。

PLC控制技術的應用基本杜絕了開關控制中人為因素造成的誤操作，降低了接線錯誤率，保證了開關量控制的準確性。同時也為后期的設備檢修提供了方便。

（3）PLC在時間控制中的應用。PLC在時間控制中的應用主要是使電氣設備按照一定的時間間隔周期性地執(zhí)行某些控制指令?？筛鶕?jù)生產(chǎn)工藝要求，在系統(tǒng)中對控制的時間邏輯進行編程，即可實現(xiàn)對相應操作的時間控制。比如在鍍鋅生產(chǎn)中，對氣刀噴吹時間的控制就是通過PLC實現(xiàn)的，使氣刀噴吹時間控制非常精確，有效保證了鋅層厚度等質量要求。

（4）PLC在位置控制中的應用。PLC在工業(yè)生產(chǎn)中對各種物理量的控制主要是對壓力、流量等參數(shù)的控制，其控制過程通過對各物理量的反饋控制來實現(xiàn)。

比如在冷軋生產(chǎn)線自動控制中，卷曲張力的控制就是由PLC程序根據(jù)反饋的帶鋼寬度和厚度等物理量換算得出。PLC根據(jù)反饋值與設定值之間的差值，自動對軋輥間隙等物理量進行控制，從而達到最為理想的板坯尺寸。