電氣自動控制PLC應(yīng)用問題分析

郭淳芳

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

PLC的全稱是可編程邏輯控制器，可編程的存儲器內(nèi)部有儲存程序，能夠執(zhí)行一系列的邏輯運(yùn)算，并且順序控制面向用戶的所有指令，使機(jī)械生產(chǎn)的整個過程均可以得到有效控制。作為當(dāng)前一種基于繼電接觸控制技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的新型技術(shù)，PLC技術(shù)的應(yīng)用更為靈活，工作流程也更加高效快捷，在電氣自動控制中有非常廣泛的應(yīng)用[1]。本文結(jié)合電氣自動控制PLC應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)一步探究PLC技術(shù)在電氣自動控制中的應(yīng)用。

1 PLC的結(jié)構(gòu)

當(dāng)前使用的PLC類型較為多樣，但結(jié)構(gòu)與工作原理沒有太大的差異。PLC的結(jié)構(gòu)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要由存儲器、CPU（中央處理單元）、編程器、通信網(wǎng)絡(luò)、電源組成。若是將PLC視為一個系統(tǒng)，輸入變量包括外部的模擬信號和開關(guān)信號，存儲至PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器之后，可以通過輸出變量的形式傳送到輸出接口，此時可以有力控制輸出設(shè)備。在PLC的硬件系統(tǒng)中，當(dāng)前有模塊式PLC和整體式PLC。以模塊式PLC為例，其主要由I/O模塊、CPU模塊、接口模塊、底板、電源模塊、內(nèi)存組成，用戶可以結(jié)合需求自行拓展和組合I/O模塊能力。對于PLC來說，CPU模塊是核心部分，由存儲器和微處理器組成，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在操作過程中，CPU模塊有四個方面的重要作用：一是檢查和校驗(yàn)用戶程序；二是接收和調(diào)用現(xiàn)場信息；三是接收與存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；四是故障診斷，可以進(jìn)行故障排查和錯誤糾正[2]。

在PLC的軟件系統(tǒng)中，主要由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序多由PLC的制造廠所編制，安裝在PLC上。當(dāng)前PLC上的系統(tǒng)管理程序已經(jīng)有多方面的功能，可以實(shí)現(xiàn)時間分配的運(yùn)行管理、存儲空間的分配管理，系統(tǒng)的自檢程序能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行一系列的檢驗(yàn)，及時處理所存在的風(fēng)險。用戶程序主要有四大程序：一是操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序；二是開關(guān)量邏輯控制程序；三是閉環(huán)控制程序；四是模擬量運(yùn)算程序。

2 PLC技術(shù)的主要特點(diǎn)及功能

2.1 PLC技術(shù)的主要特點(diǎn)

PLC技術(shù)的主要特點(diǎn)有四個：一是可靠性高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力；二是使用方便，通用性強(qiáng)；三是編程方法簡單，較容易掌握；四是PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試與維護(hù)簡單有效。以編程方法簡單為例，有多種科學(xué)可行的程序設(shè)計語言可以使用，可使用的編程方法也較多，主要有功能表圖、高級描述語句編程、功能模塊圖，且都易于掌握。對于PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用來說，設(shè)計、安裝、調(diào)試與維護(hù)均至關(guān)重要，在這些方面已經(jīng)積累了較多的成功經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)計方面，因?yàn)樵O(shè)計難度較低，PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)品較多，且性能價格比較高。在安裝方面，基于軟件優(yōu)勢，PLC安裝時可以簡化或取消計數(shù)器、中間繼電器、時間繼電器的安裝，安裝作業(yè)量和難度均可以減少。再從PLC的維修這一方面來說，PLC控制系統(tǒng)的故障率是很低的，可以及時診斷和修復(fù)，若是PLC本身的故障，則可以盡快更換模塊，維修是較為簡單有效的方法。

2.2 PLC技術(shù)的主要功能

PLC技術(shù)的功能顯著，廣泛應(yīng)用在電氣自動化控制中，并取得了良好的應(yīng)用效果。在電氣自動化控制中，PLC技術(shù)可應(yīng)用在開關(guān)邏輯與順序控制中，還可以應(yīng)用在閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)中[3]。以開關(guān)邏輯與順序控制方面的應(yīng)用來說，其功能集中體現(xiàn)在三個方面：一是可以實(shí)現(xiàn)時間程序控制，電氣自動化控制設(shè)備可以按照預(yù)定的時間執(zhí)行各項(xiàng)操作指令；二是可以實(shí)現(xiàn)邏輯順序控制，即按照邏輯的先后順序精準(zhǔn)執(zhí)行各種操作指令；三是可以實(shí)現(xiàn)條件順序控制，當(dāng)條件滿足便可以執(zhí)行操作，反之則不能操作。以閉環(huán)過程控制為例，當(dāng)前PLC技術(shù)廣泛應(yīng)用在加熱爐、鍋爐、熱處理爐設(shè)備中，可以閉環(huán)控制溫度、壓力、流量、液位等模擬量，模擬量與數(shù)字量之間的A/D與D/A可以較容易實(shí)現(xiàn)。總的來說，PLC技術(shù)的功能是顯著有效的，可以廣泛應(yīng)用在電氣自動化控制中。

3 PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用

3.1 開關(guān)量控制

PLC技術(shù)的開關(guān)量控制能力非常強(qiáng)，廣泛應(yīng)用在化工、紡織、冶金、機(jī)械、輕工等行業(yè)中。PLC技術(shù)可以聯(lián)網(wǎng)，控制的進(jìn)出點(diǎn)數(shù)量不會受到限制，少則幾點(diǎn)，多則數(shù)萬點(diǎn)，均可以有效控制。在開關(guān)量控制方面，PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢集中體現(xiàn)在兩個方面：一是在電氣自動化工程運(yùn)行中，開關(guān)控制會消耗較多的電能，運(yùn)行時間過長則會導(dǎo)致系統(tǒng)短路，而PLC技術(shù)可以很好地解決這一類問題，其所編輯的邏輯信息可以有效控制開關(guān)，電氣系統(tǒng)的安全性與可靠性均可以得到保證；二是借助PLC技術(shù)可以縮短控制程序中繼電器的響應(yīng)時間，軟件程序可以結(jié)合實(shí)際情況編制，整個控制可以變得較為靈活，能夠解決開關(guān)量控制中多狀態(tài)變化的問題[4]。若是有必要，還可以編制多套程序，提高開關(guān)量控制的效率，提高電氣設(shè)備的生產(chǎn)率。總的來說，PLC技術(shù)因具有在開關(guān)量控制中方便可靠的特性，適合應(yīng)用在電氣自動控制中。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品系統(tǒng)的應(yīng)用效果，在控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)、線性控制系統(tǒng)中均廣泛應(yīng)用著機(jī)電一體化系統(tǒng)，但也存在著阻力問題。基于PLC技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前越來越多的機(jī)械企業(yè)將PLC技術(shù)應(yīng)用至機(jī)電一體化系統(tǒng)中，較好地解決了阻力問題。從機(jī)床加工的功能調(diào)節(jié)這一方面來說，PLC技術(shù)有較強(qiáng)的抗干擾能力，運(yùn)行的可靠性也非常強(qiáng)，機(jī)床加工過程中不易受到外在因素的影響，可以始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。再從機(jī)電工程智能自動化綜合控制方面來說，借助PLC技術(shù)可以確保機(jī)電產(chǎn)品的優(yōu)勢得以發(fā)揮，電氣改造工程的成本能夠得到有效控制。具體來說，在電氣工程改造中，PLC技術(shù)的改造流程簡單快捷，同時具有故障判斷、自動控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的優(yōu)勢，有利于實(shí)現(xiàn)電氣工程的自動化。若是電氣技術(shù)應(yīng)用過程中需要優(yōu)化，則用戶一方面可以借助PLC技術(shù)對電氣設(shè)備進(jìn)行編程，另一方面可以在網(wǎng)絡(luò)上自動編程[5]。此外，在數(shù)控系統(tǒng)中，應(yīng)用PLC技術(shù)可以簡化復(fù)雜控制過程，其所使用的屏蔽技術(shù)和調(diào)頻技術(shù)能夠避免電磁干擾，數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中不易出現(xiàn)操作偏差、數(shù)據(jù)計算錯誤等問題，數(shù)控系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性能夠得到保證。

3.3 模擬量控制

電氣自動控制過程中，電流、電壓、壓力、溫度的控制至關(guān)重要，若是進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，則必須有力控制這些物理量。為發(fā)揮好PLC技術(shù)在模擬量控制中的效能，PLC制造商做了較多的研究，配置了模擬量與數(shù)字量可以相互轉(zhuǎn)換的A/D與D/A單元，無論是大型機(jī)還是小型機(jī)，均已經(jīng)較好地實(shí)現(xiàn)了模擬量控制。

在A/D單元中，外電路的模擬量可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并送入到PLC系統(tǒng)，而D/A單元可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，送入到外部電路中。A/D單元中的A可能是電流、電壓，也可能是溫度，D/A單元中的A多是指電流或電壓。如果將A/D單元與D/A單元組合至一起，則模擬量控制的能力可以大大提高，甚至在控制模擬量的過程中可以同步控制開關(guān)量，其他的控制器沒有這一功能，進(jìn)一步凸顯了PLC技術(shù)的模擬量控制優(yōu)勢。目前來看，電氣自動化工程中所使用的大中型PLC模擬量控制能力很強(qiáng)，可以開方、插值和浮點(diǎn)操作，所產(chǎn)生的輸出可以由所有的計算機(jī)完成計算[6]。

3.4 順序控制

在當(dāng)前的PLC技術(shù)中，順序控制所涉及的內(nèi)容與知識較多，覆蓋面已經(jīng)非常廣泛，比如可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場感應(yīng)控制和遠(yuǎn)程控制，相關(guān)的零件可以得到及時有效的優(yōu)化。借助科學(xué)的組合形式和設(shè)計安排，PLC的標(biāo)準(zhǔn)化程度可以大大提高，既有利于發(fā)揮出PLC技術(shù)的優(yōu)勢，也有利于順序的控制管理，無需人力干預(yù)。在電氣自動化控制中，人工智能技術(shù)和云計算技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，可以應(yīng)用在電氣工程中，協(xié)助PLC技術(shù)共同完成順序控制，PLC技術(shù)能夠具備人腦的思考能力，靈活地控制電氣工程系統(tǒng)[7]。比如在電氣工程系統(tǒng)運(yùn)行中存在通信協(xié)議錯誤的問題時，因?yàn)橹悄芗夹g(shù)的加持，擁有專家數(shù)據(jù)庫、模糊計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，所以系統(tǒng)可以自主選擇適用的通信協(xié)議，順利消除潛在的故障風(fēng)險。

實(shí)現(xiàn)順序控制時，多是在電氣自動控制系統(tǒng)中增加傳感器和主站層，甚至可以增加遠(yuǎn)程控制，電氣自動控制因此可以更有序和更有效，整體效率可以大大提高。此外，控制過程中可以實(shí)現(xiàn)工人順序的控制，故障發(fā)生風(fēng)險大大降低，對于一些大型的電氣設(shè)備來說，借助PLC技術(shù)控制順序，能夠控制和降低整體的電耗，生產(chǎn)成本可得到有效控制，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益[8]。在后續(xù)應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)順序控制時，應(yīng)該更重視智能化技術(shù)的引入，可以將PLC技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)結(jié)合起來，核心模塊的功能也應(yīng)該逐步完善，共同應(yīng)用在電氣自動化控制中，達(dá)到更為理想的順序控制目標(biāo)。

3.5 其他方面的應(yīng)用

PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的其他應(yīng)用體現(xiàn)在以下三個方面：運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)采集、信號監(jiān)控。

1）除進(jìn)行電氣自動化工程的模擬量控制和開關(guān)量控制外，還需要做好運(yùn)動控制，運(yùn)動控制的有效方法以數(shù)字控制技術(shù)為主，當(dāng)前有廣泛的應(yīng)用。在金屬切削機(jī)床數(shù)控中，PLC技術(shù)有兩方面的優(yōu)勢：一是可以通過多種方式接收脈沖，也可以接收多路脈沖；二是具有脈沖輸出功能。以脈沖輸出功能為例，脈沖頻率往往可以達(dá)到幾十個K，在此基礎(chǔ)上配備一些傳感器或脈沖伺服裝置，則可以大大提高運(yùn)動控制能力，同時具備數(shù)據(jù)處理能力、操作能力[9]。隨著近年來PLC技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)動控制不僅可以做到點(diǎn)控制，也可以實(shí)現(xiàn)控制曲線運(yùn)動，不過對PLC單元配置能力有較高的要求。

2）為應(yīng)對電氣自動化控制的更高要求，當(dāng)前PLC的數(shù)據(jù)存儲區(qū)不斷加大，目前所使用的德維森PLC已經(jīng)可以達(dá)到999個字，所以能夠存儲大量的數(shù)據(jù)。電氣自動化工程的數(shù)據(jù)可以由計數(shù)器記錄，定期轉(zhuǎn)移至數(shù)據(jù)存儲區(qū)，進(jìn)行計算機(jī)處理，此時PLC能夠成為計算機(jī)數(shù)據(jù)終端[10]。若是有需求，可以將PLC配備在小型打印機(jī)上，借助計算機(jī)讀取相關(guān)的區(qū)域數(shù)據(jù)。

3）在電氣自動化控制中，PLC的自檢信號較多，同時內(nèi)部設(shè)備也較多，必須實(shí)現(xiàn)自動化的信號監(jiān)控與預(yù)警。目前使用PLC技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)電氣自動化的信號監(jiān)控，或者可以監(jiān)控相應(yīng)的控制對象，能完成自動控制系統(tǒng)的自動監(jiān)控和自動診斷，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障后可以發(fā)出預(yù)警信號，電氣自動化控制的可靠性得以大大提高。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC技術(shù)在電氣自動化控制中發(fā)揮著十分重要的作用，可廣泛用在多個方面，有助于促進(jìn)電氣自動化工程的健康發(fā)展。當(dāng)前PLC技術(shù)在開關(guān)量控制、模擬量控制、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)采集等方面的應(yīng)用優(yōu)勢是顯著的，后續(xù)要進(jìn)一步完善和優(yōu)化，發(fā)揮更大的效能。此外，應(yīng)促進(jìn)PLC技術(shù)與智能技術(shù)的有機(jī)融合，促進(jìn)電氣自動化的智能化控制和信息化控制，取得更好的控制效果。