試論可編程序控制器（PLC）在電氣控制中應(yīng)用

金軍

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及數(shù)字化通信技術(shù)的飛快發(fā)展，可編程序控制器（PLC）產(chǎn)品結(jié)合類計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)中最先進(jìn)的技術(shù)手段以及電氣自動化控制的重要理論，在其性能指標(biāo)及功能上進(jìn)一步完善并豐富，打破了傳統(tǒng)的PLC概念，在電氣控制領(lǐng)域的發(fā)展范圍越來越大。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC） 電氣控制 應(yīng)用

可編程序控制器（PLC）主要以計(jì)算機(jī)的微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)的應(yīng)用技術(shù)、通訊技術(shù)以及自動控制技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用控制器。雖然PLC由較為復(fù)雜的微處理器組成，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，完全不必了解微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最初，PLC還僅是作為繼電器接觸器控制系統(tǒng)的替代品，而自從進(jìn)入電氣控制系統(tǒng)領(lǐng)域后，凸顯了其獨(dú)有的優(yōu)越性，以其自身強(qiáng)大的抗干擾能力、自診斷功能等，提高了電氣控制系統(tǒng)的可靠性，基本解決了普通繼電器及接觸器中常見的故障問題，經(jīng)過調(diào)試后可長期安全可靠地運(yùn)行。本文將對PLC的特點(diǎn)、基本工作過程、在電氣控制中的應(yīng)用等問題進(jìn)行分析與闡述。

1.可編程序控制器（PLC）的特點(diǎn)

1.1 體積小、重量輕

超小型的PLC底部尺寸<100mm，重量<150g，其功耗僅為數(shù)瓦。由于其體積小，很容易裝入機(jī)械中，便于機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。

1.2 實(shí)用性普遍

PLC可適用于各種規(guī)模的電氣控制場合，除了基本的邏輯處理功能之外，當(dāng)前大多PLC具有數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，并可應(yīng)用于數(shù)字控制領(lǐng)域中。近年來，PLC的功能日益完善，PLC的應(yīng)用已經(jīng)普遍到溫度控制、位置控制及CNC等多個控制領(lǐng)域。

1.3 抗干擾能力強(qiáng)

由于PLC采用了現(xiàn)代化的大規(guī)模集成電路技術(shù)，在內(nèi)部電路、生產(chǎn)工藝等方面均采取先進(jìn)的抗干擾處理技術(shù)，具有較高的可靠性。另外，PLC還自備硬件故障自動檢測功能，一旦出現(xiàn)故障即可發(fā)出警報(bào)。在軟件應(yīng)用中，應(yīng)用者還可編入外圍器件的自診斷故障程序，讓系統(tǒng)中出了PLC之外的電路與設(shè)備也能獲得自我保護(hù)功能。

1.4 應(yīng)用簡單、普遍

PLC作為直接面向企業(yè)的工控設(shè)備，具有接口容易、編程語言易于被工程技術(shù)人員接受并理解等特點(diǎn)，尤其圖形符號及梯形圖語言、表達(dá)方式等與繼電器電路圖基本類似，只需通過PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就能熟練實(shí)現(xiàn)在電氣控制中的應(yīng)用。

1.5 維護(hù)與改造方便

PLC通過存儲邏輯替代了接線邏輯，減少了控制設(shè)備外在的接線，極大減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造的時間，為后期維護(hù)提供了方便，同時程序較易改變，可極快應(yīng)用于生產(chǎn)過程的改變。

2.可編程序控制（PLC）的基本工作過程

PLC及相關(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)原則應(yīng)滿足“與工業(yè)控制系統(tǒng)為一個整體、方便功能擴(kuò)展”，所有的電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都是根據(jù)工藝要求，最終提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)滿足被控對象的基本要求，并對實(shí)際工作現(xiàn)場進(jìn)行研究、收集資料，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與操作人員的密切配合，共同擬定可操作方案，對可能潛在的問題進(jìn)行共同分析、共同解決。并在滿足各方控制要求的前提下，考慮控制系統(tǒng)的簡單性與經(jīng)濟(jì)性，方便后期的使用及維修，并確保電氣控制的安全性、穩(wěn)定性。PLC在電氣控制中的基本工作過程為：

（1）現(xiàn)場信息的輸入：在系統(tǒng)軟件的控制下，按照順序?qū)斎朦c(diǎn)進(jìn)行掃描，并讀取輸入點(diǎn)的狀態(tài)。

（2）程序的執(zhí)行：對用戶程序中的指令按順序掃描，并根據(jù)輸入的狀態(tài)及指令進(jìn)行邏輯性運(yùn)算。

（3）控制信號的輸出：根據(jù)以上邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各個輸出點(diǎn)同時發(fā)出相應(yīng)的信號，以實(shí)現(xiàn)所需的邏輯控制功能。

以上過程完成后，再重新開始，并反復(fù)執(zhí)行，每執(zhí)行一次即完成一個掃描周期。 在實(shí)際應(yīng)用時，很多機(jī)械設(shè)備的工作流程可分為一系列不斷重復(fù)的順序動作，而PLC的工作程序恰與其相似，因此PLC程序能很好地與機(jī)器動作相對應(yīng)，且程序的編制簡單、直觀，易于修改，減少了開發(fā)軟件的費(fèi)用，并縮短軟件開發(fā)周期。

3.可編程序控制器（PLC）在電氣控制中的應(yīng)用

3.1 開關(guān)量邏輯的控制

這是PLC控制技術(shù)中最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。替代了傳統(tǒng)的繼電器電路，并同時實(shí)現(xiàn)順序控制及邏輯控制，既適用于單臺設(shè)備的控制，也可以應(yīng)用于自動化流水線中，如生產(chǎn)線、組合機(jī)床、磨床、鏜床和龍門刨床等。

3.2 控制模擬量

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)很多連續(xù)變化的物理量，如溫度、速度、流量、液位、壓力等模擬量。這些模擬量可通過數(shù)字量之間D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)，確保編程器對模擬量實(shí)現(xiàn)處理。

3.3 集中式控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)主要采用一臺功能較強(qiáng)大的PLC監(jiān)視系統(tǒng)、對多個設(shè)備進(jìn)行控制，已形成“中央集中式”的計(jì)算機(jī)控制體系。在該項(xiàng)系統(tǒng)中，每個設(shè)備之間的連鎖、聯(lián)絡(luò)關(guān)系以及運(yùn)行順序等都由中央PLC來統(tǒng)一完成。可見，集中式控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)的成本低，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。但如果其中一個控制對象的程序需要做出改變，就要停止中央PLC的控制，同時其他控制對象也隨之停止運(yùn)行。

3.4 分散控制系統(tǒng)

在分散控制系統(tǒng)中，每一個控制對象都需要設(shè)置一臺PLC，每臺PLC之間能通過信號的傳遞而產(chǎn)生內(nèi)部響應(yīng)、發(fā)令或連鎖等，或者可由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線完成通信任務(wù)。分散控制系統(tǒng)中采取多臺機(jī)械生產(chǎn)線控制的方式，每條生產(chǎn)線之間都有數(shù)據(jù)相連接，由于每個控制對象都是由自身的PLC來控制，所以如果某臺PLC運(yùn)行停止，對其他PLC不會產(chǎn)生影響。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前可由PLC承擔(dān)底層的控制任務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接，將PLC和過程控制二者結(jié)合。

3.5 運(yùn)動控制

PLC能夠?qū)A周運(yùn)動或者直線運(yùn)動進(jìn)行控制。在控制機(jī)構(gòu)的配置中，過去進(jìn)行的為直接應(yīng)用于傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，而現(xiàn)在則可以采取專用的運(yùn)動控制模塊。例如多軸位置的控制模塊、伺服電機(jī)其單軸、可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)等，PLC可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、機(jī)械、電梯、機(jī)床等多種場合。

3.6 數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用

PLC在數(shù)據(jù)處理過程中，具備數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)運(yùn)算、查表、排序及操作等功能，并完成對數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲于存儲器中的數(shù)據(jù)同時具備參考價值，并完成控制操作。另外，這些數(shù)據(jù)也可以通過通信功能的實(shí)現(xiàn)而傳輸?shù)街悄苎b置中，或者打印成表。目前數(shù)據(jù)處理多應(yīng)用于大型控制系統(tǒng)中，如過程控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等。

由上可見，在指定范圍內(nèi)，可編程序控制器以其高性能價格取勝，并憑借其適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、使用方便等突出特點(diǎn)在自動化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。再加上PLC制造成本的不斷下降、功能的不斷加強(qiáng)，已成為工業(yè)企業(yè)的首選設(shè)備。