PLC 在電氣自動化控制中的應(yīng)用

楊少揚

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學院，河南 新鄭451150）

PLC 屬于一種可編程形式的邏輯控制器，此類控制器在工業(yè)環(huán)境中十分適用。借助于可編程形式的儲存器，可以讓各個操作指令都集中到PLC 控制器內(nèi)，以此來實現(xiàn)邏輯運算以及順序運算等各個操作指令的控制[1]。同時，借助于I/O 形式的輸入和輸出系統(tǒng)，PLC 也可以對外部設(shè)備進行功能的整合與拓展，以此來形成一個完整性的工業(yè)操作系統(tǒng)，讓整個工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化控制。

1 PLC 工作原理概述

1.1 PLC 的基本框架

在PLC 的基本框架中，主要的組成部分有三個，第一是宏單元，第二是可編程形式的連線，第三是I/O 輸入輸出模塊。在PLC 技術(shù)中，宏單元屬于最基本的一個模塊，它所起到的是CPU作用，可實現(xiàn)最基本的邏輯控制。可編程形式的連線主要的作用是將信息在宏單元之間傳遞。I/O 模塊的主要功能是對電氣的輸入和輸出特征進行控制。

1.2 PLC 的工作方式

在PLC 的具體應(yīng)用過程中，其工作可以按照四個階段進行劃分。第一階段是內(nèi)部處理，在這一階段中，主要是對可編程形式的控制器進行檢查，主要有內(nèi)部硬件功能檢查、運行情況檢查、監(jiān)控定時器是否能夠正常復位檢查等。第二階段是通信服務(wù)，在這一階段，控制器需要和其他形式的智能裝置之間相互通信，以此來響應(yīng)編程器的鍵入命令，同時也需要進行顯示內(nèi)容的更新。第三是輸入和輸出處理，在這一階段，控制器會將一切外部輸入電路接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)輸入到映射寄存器內(nèi)[2]。第四階段是程序執(zhí)行，在這一階段中，輸入到映射寄存器里的狀態(tài)通常不會因外部輸入信號發(fā)生變化而變化，所以在輸入信號發(fā)生變化的情況下，新狀態(tài)僅僅會在下個響應(yīng)周期內(nèi)的輸入處理這一階段才可以被讀入。

2 PLC 在電氣自動控制系統(tǒng)中的具體設(shè)計分析

2.1 合理評估控制任務(wù)

在對電氣自動控制系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，首先應(yīng)該對系統(tǒng)中的控制任務(wù)作出合理的評估，以此來確定能否借助于PLC控制系統(tǒng)來進行被控制對象中相應(yīng)電氣設(shè)備的自動化控制[3]。同時也需要對實際的運行需求做到全面明確，這樣才可以對實際的PLC 系統(tǒng)需求以及各種性能參數(shù)的具體設(shè)置加以明確，進而為后續(xù)工作的順利開展提供足夠科學的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 PLC 系統(tǒng)選型分析

對于整個的電氣自動控制系統(tǒng)而言，PLC 系統(tǒng)是最為關(guān)鍵也是最為核心的一個部分，因此，只有保障PLC 系統(tǒng)選型的科學合理，才可以讓電氣自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。具體選型過程中，主要應(yīng)該對以下的幾點內(nèi)容加以綜合考慮：第一，根據(jù)開關(guān)量實際的輸入點數(shù)以及輸入電壓進行選型；第二，根據(jù)開關(guān)量實際的輸出點數(shù)以及輸出功率進行選型；第三，根據(jù)模擬量實際的輸出點數(shù)和輸入點數(shù)進行選型；第四，根據(jù)現(xiàn)場對于PLC 實際的速度響應(yīng)需求進行選型；第五，根據(jù)實際的內(nèi)存大小進行選型；第六，根據(jù)其他方面的特殊控制需求進行選型。

2.3 PLC 操縱程序編程分析

在硬件方面的工作完成之后，就需要根據(jù)PLC 系統(tǒng)實際需要達到的控制功能來對其軟件部分進行相應(yīng)的程序設(shè)計。在本次所研究的電氣自動控制系統(tǒng)PLC 系統(tǒng)中，主要應(yīng)用的是西門子公司所生產(chǎn)的一種PLC 設(shè)備，在該PLC 設(shè)備中，共提供了三種形式的編程語言。

2.3.1 梯形圖

在對PLC 系統(tǒng)進行程序設(shè)計的過程中，梯形圖這種編程語言形式最為常用，這種編程形式主要是對繼電器進行控制。因為電氣設(shè)計工作人員比較熟悉繼電器的具體控制方法，所以這種PLC 編程形式也就在電氣自動化控制系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。這種編程語言最大的一個特征就是可以對應(yīng)電氣操作原理，且這種對應(yīng)性十分直觀，和原來的繼電器控制方法基本一致，更加易于電氣設(shè)計工作人員掌握[4]。但是相比較原來的繼電器控制而言，該方法的一個不同點就是其中的能流并不是實際的電流，而其內(nèi)部的繼電器也并不是真實存在的繼電器，所以在具體控制中，需要將其和原來的繼電器控制加以區(qū)別對待。下圖是原來繼電器控制電路圖和通過PLC 控制的梯形圖對比：

圖1 原來繼電器控制電路圖

圖2 通過PLC 控制的梯形圖

2.3.2 指令表編程語言

在進行PLC 系統(tǒng)的編程過程中，指令表編程語言屬于一種和匯編語言相近的助記符號形式的編程語言，與匯編語言相類似，這種編程語言的主要組成部分也是操作數(shù)和操作碼。在沒有計算機存在的情況下的編程過程中，可借助于手持形式的PLC 編程器來進行PLC 控制系統(tǒng)的程序編制。同時，這種編程語言可以和梯形圖編程語言之間實現(xiàn)一一對應(yīng)，并能夠在PLC編程軟件的控制下實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。以下就是和上文所述的PLC梯形圖所對應(yīng)的指令表：

表1 和上文所述的PLC 梯形圖所對應(yīng)的指令表

2.3.3 順序功能流程圖語言

這種編程語言主要是用來滿足PLC 順序邏輯控制所設(shè)計的一種編程語言形式。在應(yīng)用這種編程語言進行電氣自動控制系統(tǒng)的PLC 編程過程中，需要對整個順序編程過程中的所有動作進行成步以及轉(zhuǎn)換條件的劃分，然后按照相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件來分配控制系統(tǒng)中的功能和流程順序，讓系統(tǒng)根據(jù)這個順序來一步步實現(xiàn)動作。具體編程中，每一步都代表著一個控制功能任務(wù)，這個任務(wù)可以用方框來表示。在方框中包括用來對相應(yīng)功能的實現(xiàn)加以控制的梯形圖邏輯。通過此類編程語言的應(yīng)用，可以讓程序結(jié)構(gòu)變得更加清晰，為后期的閱讀和維護提供更大便利，同時也可以實現(xiàn)系統(tǒng)編程過程中工作量的顯著降低，以此來縮短編程時間以及調(diào)試時間[5]。此類編程語言在有著較大規(guī)模的PLC 系統(tǒng)和較為復雜程序的編程場合中都十分適用。

3 PLC 在電氣自動控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 順序控制

在電氣工程的實際運行中，相關(guān)工序?qū)LC 順序控制有著決定性作用，而通過PLC 所進行的順序控制，則可以讓電氣工程的整體運行變得更加安全可靠。具體控制中，PLC 系統(tǒng)可以將電氣設(shè)備實際的運轉(zhuǎn)流程作為依據(jù)，對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并根據(jù)不同需求來及時進行相應(yīng)控制指令的下達，這樣就可以將整個電氣工程劃分為若干個運轉(zhuǎn)階段，每一個階段都會對不同的運轉(zhuǎn)任務(wù)予以執(zhí)行，以此來實現(xiàn)各個工序運轉(zhuǎn)職能的進一步強化。在此過程中，也可以將整體調(diào)控作為基礎(chǔ)來進行相應(yīng)技術(shù)優(yōu)化的建立，讓每一步的PLC 控制效率都得到進一步強化。

3.2 開關(guān)量控制

在傳統(tǒng)形式的電氣工程系統(tǒng)中，開關(guān)量僅僅通過繼電器來進行自動控制。但是因為繼電器需要在通電較長一段時間之后才可以正常運轉(zhuǎn)，如果存在短路保護，繼電器將不能夠在系統(tǒng)運行過程中保持正常工作，這樣的情況就會降低電氣系統(tǒng)的整體運行效率。但是借助于PLC 控制技術(shù)，就可以有效實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的短路保護，借助于可編程形式的控制器和相應(yīng)的編程系統(tǒng)來檢測整個電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決短路問題，保障繼電器的良好運行，在實現(xiàn)電氣自動控制系統(tǒng)整體運行效率的 基礎(chǔ)上實現(xiàn)其開關(guān)量控制流程的進一步優(yōu)化[6]。

在進行開關(guān)量的實際控制中，因為電氣工程系統(tǒng)中有很多個開關(guān)點，所以PLC 體系通常需要與其中的十幾個甚至上百個直接進行對接，這些個控制點會借助于云平臺以及網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)集中處理，以此來分化控制不同機電設(shè)備以及不同系統(tǒng)，避免復雜程序和控制指令對其產(chǎn)生不利影響。

同時，在通過PLC 技術(shù)進行電氣自動控制系統(tǒng)的邏輯控制過程中，也可以通過時序或者是組合法來進行調(diào)節(jié)控制。在此過程中，管理人員只需要借助于人機交互界面就可以對多個開關(guān)點進行靈活控制，讓系統(tǒng)的集中控制以及各個設(shè)備各自的控制需求得到同時滿足。通過這樣的方式，不僅可以實現(xiàn)電氣自動控制系統(tǒng)控制效率的顯著提升，同時也可以讓系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定，以此來保障系統(tǒng)的運行質(zhì)量與運行安全。

結(jié)束語

綜上所述，在進行電氣自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用過程中，PLC 技術(shù)的合理應(yīng)用將會讓整個系統(tǒng)的運行與控制上升到一個全新的高度。基于此，技術(shù)人員一定要對PLC 的工作原理做到全面了解，然后根據(jù)實際的系統(tǒng)需求，將該技術(shù)合理應(yīng)用到電氣自動化控制中，通過編程語言的合理應(yīng)用來達到良好的控制效果。這樣才可以讓PLC 可編程自動化控制系統(tǒng)在電氣自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮出充分的技術(shù)優(yōu)勢，滿足系統(tǒng)實際運行需求，促進企業(yè)的良好經(jīng)營與發(fā)展。