PLC特點分析及其在電氣自動化系統中的應用研究

孟可

【摘 要】隨著科學技術的快速發展，可編程控制器（簡稱PLC）技術有了很大的提升。由于其具有功能強、可靠性高、適應性強及編程簡單等很多優點，得到了人們在多方面的應用，尤其是在電氣自動化方面，展現出廣闊的應用前景。本文就工業領域電氣自動化中的PLC技術應用進行了分析。

【關鍵詞】電氣自動化；PLC；控制

0 前言

電氣自動化是工業自動化的重要組成部分，也是工業經濟發展的一項重要技術，是一個國家現代化發展的重要標志。隨著電氣自動化的快速發展，眾多先進的科學技術開始全面用于電氣自動化當中，其中，PLC技術是基于計算機技術而產生的一種可編程控制器，是智能控制技術的一種，這種技術應用到電氣自動化當中可以顯著提高電氣自動化的水平。

1 PLC原理及特征分析

1.1 PLC的工作原理

我們可以從采樣的輸入、程序的執行和輸出系統三個方面，來闡述PLC技術的工作原理和方法。

1）采樣的輸入階段。在這一過程中，PLC采用的采集數據的讀取方法是掃面，并且將掃描獲得的數據存放在讀入/讀出的成像區域內相應的儲存單元中。輸入采樣數據后，接下來進行的是將數據傳輸到用戶程序使其進行后續的輸出步驟。在這一步即使我們輸入了變化狀態的數據，也不會使成像區域內存放的數據發生相應的變化。

2）程序的執行階段。在程序的執行階段，PLC總是采用從上到下的順序對用戶程序進行執行，在執行掃描的過程中可編程控制技術總是采用固定的路徑和步驟進行運算。掃描的路徑包括用戶程序的各個觸電這些觸電有序的組織在一起，使得掃描執行的過程總是從左到右、從上到下。在依次執行完用戶程序的運算后得到了運算結果，依據所得出結果的指導對邏輯線圈在存放區域的狀態、讀入/讀出成像區域的狀態來執行完成刷新步驟，進一步決定要不要執行程序的處理指令。

3）輸出階段。在這一步驟的執行過程中，系統CPU會依據讀入/讀出成像的對應形式、以及第一階段錄入數據進行相應的操作，完成對其他外部設備的驅動。這一步驟是PLC技術最重要和最需要完成的任務。

1.2 PLC的特征分析

應用于工業企業的PLC技術可以說是對傳統控制技術的一個極大的改進和飛躍式的發展，具有獨特的優勢和特點，其特點概括如下：

1）功能強大、應用廣泛。可編程控制技術具有強大的功能，不僅能夠進行運算、計算、進行控制而且還能夠進行智能化的自我檢測自我診斷、人機交互功能。它不僅能夠用于單個的機器控制、單條生產線的控制還可以進行整個生產過程甚至整個工廠的控制，可謂是應用領域和范圍廣泛。

2）極高的可靠性能、極強的抗干擾能力?？删幊炭刂萍夹g具有自我檢測診斷能力，能夠根據外部的變化采取適當的措施進行信息的保護和修復、錯誤的警報、故障的檢修等確保了整個程序的可靠性提高了系統的抗干擾能力。

3）編程簡單、理解掌握容易?，F在可編寫控制器主要采用的編程方法是梯形圖，這種圖形線路清晰明了。技術人員和工人經過簡單的上崗培訓就能夠理解并且數量的應用這一技術，進行程序的改編或控制技術的操作。

4）強大的通用性、可變的控制程序，方便使用?？删幊炭刂破髟O有功能齊全的軟硬件設備和功能，能夠實現各種控制功能，用戶無需根據自己的個性化需求進行系統的改裝設計就能滿足其需要。并且程序的設計能夠進行變換、使用戶使用起來十分的簡潔方便。

2 PLC的應用分析

2.1 用于順序控制

順序控制通常是由現場傳感器、I/O站與主站層等三層網絡結構所構成的，其中，主站層是由人機接口與PLC控制器共同組成，并設置于整個系統集控室中。在集控室當中，其主要是由PLC技術的控制系統所構成的，具有自動控制功能，不過也需要手動操作，對帶聯鎖與解除聯鎖進行控制。主站層與I/O站間是通過光纖總線進行連接的，I/O站和現場傳感器間是通過二次控制的電纜進行連接的。整個系統的程序是由多個功能模塊與一個主程序的功能模塊所組成的。企業工作人員能夠在控制室中，通過PLC遠程站完善系統功能，對其整個設備系統的運行工況進行控制與監視，可有效地實現整個鋼廠系統的自動控制，甚至可實現無人值班，有效地提高了整個鋼廠系統生產的可靠性與生產效率。

2.2 用于閉環控制

在鋼鐵系統自動化的控制中，經常要用到閉環控制方式來實現溫度、壓力、流量、速度等的連續變化的模擬量控制。當前新型的PLC也具有閉環控制功能，并且已十分成熟。各PLC生產廠家推出的 PLC模塊均提供了PID指令，可以實現PID控制，這種模塊的PID控制程序是PLC生產廠家設計的，并存放在模塊中，用戶使用時只需設置一些參數，用起來非常方便，一個模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環回路。由PID指令來實現PLC對PID的控制，是一種易于實現且經濟實用的方法。

2.3 用于供水泵的控制

以鋼鐵廠恒壓供水泵為例，其啟動方式有三種自動啟動、上位機手動啟動和在現場控制箱手動啟動。自動運行的情況下，每臺水泵根據累計運行時間的長短，在開機過程中由 PLC控制單元的順控模塊選擇運行時間累計短的為主泵、運行時間累計長的為備用泵。自動啟動條件為水泵出口干管的壓力下降到設定值時啟動主泵，如果干管壓力繼續下降到整定值時，備用泵跟著啟動，向干管打水。在上位機手動啟動水泵，只需將欲啟動水泵的控制開關打至“ON”位即可。而在現場就地控制箱上的手動啟動只需首先將在現場就地控制箱上的控制方式選擇開關打至“水泵手動”位后，操作欲啟動水泵的啟動和停止按鈕，就能啟動水泵。

2.4 用于開關量控制

隨著PLC技術的不斷發展，基于PLC技術的電氣自動化系統被廣泛應用在工業領域，例如鋼鐵企業系統中的開關量控制與順序控制。鋼鐵企業的原控制系統多采用電磁型的繼電器作為主要元件，不過此類控制系統因繼電器中含大量的電磁設備，其觸點比較多，眾多機械觸點降低了設備運行的可靠性，并且存在接線復雜及使用壽命低等問題，體積大占用了較大的空間。目前，PLC技術的應用，對開關量控制中的諸多問題進行了解決，尤其是PLC可靠性很高， 控制斷路器可靠性也很高，有效保證了鋼廠開關設備的安全運行，控制高壓斷路器可以很好地執行正常手動分、合閘的操作，給出相應的指示信號；在其不能正常操作的時候，也可給出相應的指示信號；在正常分、合閘結束后，可自動地切斷分、合閘間的回路；在事故發生時，其可以自動分閘，發出事故音響或者閃光信號，并具有閉鎖功能。鋼鐵企業采取PLC技術控制后，對二次接線進行了簡化，原繁瑣邏輯電路與二次接線被PLC技術元件代替，原硬件參數調整由程序參數來設定，編制好符合相關要求的控制程序即可。

2.5 用于主泵的控制選擇

主泵可以由 PLC 按各自的運行小時數來自動選擇主泵或手動設定，在機組上位機上可以完成主用泵的選擇方式的設定；當 PLC重新啟動后，將會默認主用泵。PLC將幾臺水泵的啟動優先權輸出到優先權選擇繼電器。PLC程序輸出水泵的啟動命令后與優先權繼電器配合來選擇啟動相應的水泵。水泵的控制分PLC控制和常規控制。這兩部分是相輔相成的，而且常規回路為 PLC 控制的補充，作為油泵控制的安全回路，即使在 PLC 故障燈特殊情況下，也能保證工業水的供給，提高了高爐、轉爐等主流程設備運行的可靠性。

3 小結

PLC的智能化和通用性奠定了該技術在未來的發展前景，并且能有效保障高危作業的人員安全。這樣的技術不僅能夠降低行業的風險而且能夠極大地提高工作效率和經濟效益。相信該技術會有一個光明的未來。

【參考文獻】

[1]李輝，鄭寧.PLC與單片機之間的串行通信及應用[J].電工技術雜志，2003（8）：67-68.

[2]石振東，呂科，喻清溯，等.基于紅外路徑識別的智能車控制系統設計[J].湖北汽車工業學院學報，2007（3）：11-14.

[3]李有智，王進.基于PLC與單片機無協議通訊的數據傳輸[J].廣西輕工業，2009（1）：42-43.

[責任編輯：謝慶云]