基于PLC自動化電氣控制應用探討

朱勇

摘 要 隨著計算機技術的快速發(fā)展，可編程控制器技術應用也越來越廣泛，可編程控制器又稱為PLC，它在自動化電氣控制中具有多方面的優(yōu)勢，使得它成為工業(yè)控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分。文章從PLC自動化電氣控制的特點出發(fā)，介紹了它的優(yōu)點，如操作簡單、實用性強、易改造和維護以及強抗干擾能力等。介紹了PLC自動化電氣控制系統(tǒng)的工作過程，以及它們在工業(yè)方面的應用，包括開關量控制、模擬量控制、集中式控制、分散式控制以及運動控制等。最后對PLC自動化電氣控制應用中所存在的問題進行分析，并針對這些問題提出了一些建議。

關鍵詞 PLC；電氣控制；應用

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0134-02

隨著現(xiàn)代科學技術快速發(fā)展以及自動化控制技術的日益成熟，基于可編程控制器（PLC）系統(tǒng)在工業(yè)自動化控制中的地位越來越重要，甚至在我們日常生活中也不斷被應用。傳統(tǒng)的電氣控制已經不能滿足實際中工業(yè)自動化的要求，它暴露的諸多缺陷促使PLC自動化電氣控制在工業(yè)領域大展身手。

1 PLC自動化電氣控制的特點

PLC從本質上講是一種專門用在工業(yè)上的計算機，硬件部分的構成與普通微型計算機類似，由電源、CPU、存儲器、輸入輸出接口電路、各功能模塊以及通信模塊等部分組成。而基于PLC構成的自動化電氣控制系統(tǒng)擁有許多特點，如應用簡單、容易維護和改造、具有大型和小型化的結構以及抗干擾能力強等。

1）PLC自動化電氣控制應用簡單、實用型強。由于PLC編程所使用的梯形圖形狀、語言符號和表達方式等與繼電器控制的電路圖有很多相同之處，所以PLC自動化電氣控制的接口非常簡單而且容易辨別。操作人員在實際中使用PLC進行自動化電氣控制時能夠很容易理解并接受，并且能夠很快上手，他們只需要稍微了解下PLC的操作指令及其邏輯控制方法等內容，就能夠編寫出一定功能的梯形圖，并經過一定的實踐，能夠掌握PLC的使用。由于PLC這種簡單實用性，它已經廣泛用于各種需要自動化電氣控制的場所中，并且不斷地向其他行業(yè)滲透。

2）PLC自動化電氣控制維護和改造十分簡單方便。PLC自動化電氣控制使用的是先進的存儲邏輯控制技術，而不是傳統(tǒng)的接線邏輯技術，這樣，不僅節(jié)省或減少了設備的外在接線，壓縮了物理空間，還極大地減少了設計和建造控制系統(tǒng)的時間，還能為后期維護提供了很大方便。PLC自動化電氣控制編寫的程序能根據實際需要的不同而進行更改，十分方便快捷。PLC自動化電氣控制系統(tǒng)還能適應于各種不同的工作環(huán)境，即使在惡劣的環(huán)境中也能正常工作，并且保持良好的性能。機器一旦出現(xiàn)故障，指示燈會給出提示，操作人員可以根據模塊上運行的監(jiān)控設備或指示燈的位置做出相應的維護，這樣可以減少查找故障的時間，保障設備能處于正常的工作狀態(tài)。

3）PLC自動化電氣控制具有很強的抗干擾能力。PLC自動化電氣控制使用的是具有抗干擾能力的大規(guī)模集成電路，而且其電路設計和加工工藝上均使用了抗干擾技術，再加上自動檢測報警裝置的配置使得PLC的硬件部分能抵抗外界的絕大部分干擾。這種遠優(yōu)于傳統(tǒng)繼電器的抗干擾能力的PLC自動化電氣控制系統(tǒng)能夠在復雜多變的電氣控制或工業(yè)制造的工況中大展手腳。此外，設計者可以再編寫過程中根據實際情況的需要，寫入一些自動診斷程序，使得PLC本系統(tǒng)之外的其他設備和電路也能夠抵抗外界的干擾，達到自我保護的目的。

4）大型化和小型化。PLC自動化電氣控制的發(fā)展具有兩種不同的趨勢，大型化和小型化，這主要是因為在實際的應用過程中，對系統(tǒng)功能的要求有所區(qū)別。在某些大型工業(yè)區(qū)需要復雜的控制，這不得不在客觀上增加了PLC的結構的復雜程度，而有些地方只需要簡單控制，可以適當使用小型PLC。一般來說，小型PLC消耗的能量較少、體積小、質量輕，而且安裝方便，因此被廣泛應用于各行業(yè)中。大型PLC運行速度快、容量大而且具有很多的功能，所以被用于大型企業(yè)的規(guī)模化生產。

2 PLC自動化電氣控制的運行

PLC自動化電氣控制的運行是以計算機的微處理器為基礎，融合了通信技術和自動控制技術等內容，其工作過程包含下列幾個方面。

1）信息的收集和輸入：PLC的指令程序編寫好以后，控制系統(tǒng)根據指令對所涉及的輸入區(qū)域進行實時掃描，判斷其運行狀態(tài)，與指令所要求的狀態(tài)相比較。

2）執(zhí)行：當PLC的程序編寫好以后，系統(tǒng)會按照一定的規(guī)則對整個系統(tǒng)進行實時掃描，將掃描得到的各部分運行狀態(tài)與指令狀態(tài)相比較，符合指令要求的就按照指令執(zhí)行相應的程序，使得系統(tǒng)能夠實時分析并進行邏輯性運算。

3）響應：系統(tǒng)根據執(zhí)行程序的分析結果以及邏輯運算后所得到的結果使得各輸出設備做出相應的動作。一般來說，結果先要輸出到系統(tǒng)控制主機，然后由主機向輸出設備發(fā)出指令，從而使其動作。

當系統(tǒng)完成了上述過程以后，系統(tǒng)會不斷重復刷新，并且在實時掃描的情況下不斷發(fā)現(xiàn)新的運行狀態(tài)，使得系統(tǒng)重新開始運行上述過程并不斷反復，使得系統(tǒng)處于周期運行的工作狀態(tài)。這種運行模式剛好滿足大部分工業(yè)設備不斷重復操作的需求，所以PLC能夠與這種設備進行良好的協(xié)作運行。而且由于PLC程序編寫簡單、容易上手、表達直觀易懂、方便修改，所以是大部分工業(yè)設備控制的首要選擇。

3 基于PLC自動化電氣控制的應用

1）基于PLC的開關量控制。基于PLC的開關量控制是PLC自動化電氣控制中使用最廣泛的一種，而且這種控制方式也是PLC最基本的控制方式。由于PLC擁有的開關量控制不僅能實現(xiàn)邏輯的控制還能實現(xiàn)系統(tǒng)的順序控制，使得它逐漸淘汰了傳統(tǒng)的電磁繼電器控制電路。而且，開關量控制既可以用于某一臺機器設備上，也可以用于多臺設備組成的流水線中。

2）基于PLC的模擬控制量。在實際工程中會有多種物理或化學量，例如濕度、濃度、溫度、速度、壓力等，有時這些量并不是固定不變的，而是隨著時間的變化而變化。使用PLC自動化電氣控制就需要將這些量進行模擬后，用A/D和D/A轉換將其與數字量相互轉化，從而將它們實時記錄和跟蹤，已達到實時監(jiān)測和分析的目的。endprint

3）基于PLC的集中式控制設計。這種控制方式主要依靠一臺功能強大的監(jiān)視系統(tǒng)，它能夠將許多設備的“中央集中式”計算機放在一起同時自動監(jiān)控。在這種系統(tǒng)中，中央PLC同一配置各設備的運行狀態(tài)、它們之間的聯(lián)系以及相互之間的監(jiān)控關系等。這種控制設計的主要優(yōu)點是方便易用，成本更低，然而它也有一些缺點，比如當某一個控制對象的程序存在問題時，中央PLC必須停止控制，那么其他所有設備就不能夠正常工作。所以這種系統(tǒng)一旦某一點出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)必然癱瘓，從而會影響系統(tǒng)的工作效率。

4）基于PLC的分散控制系統(tǒng)。在基于PLC的分散控制系統(tǒng)中，每個設備都有一臺PLC控制。在實際工程中，這種分散控制系統(tǒng)一般用于生產流水線中（它們通常由許多設備連在一起進行生產）。每個設備只受自己對應的PLC控制，所以這種控制方式不會產生一臺設備出現(xiàn)問題而整個系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象。但是這種方式必然會帶來成本的上升。

5）運動控制中PLC自動化的應用。PLC不僅能夠控制直線運動，還能控制圓周運動，所以它常用于電梯、機械設備、機床等中。這種運動控制的方式是：系統(tǒng)對專門的運動控制模塊（例如伺服電機與其單軸和多軸位置控制模塊）進行配置并對其控制，然后對傳感器和執(zhí)行指令進行自動化控制。

6）基于PLC自動化控制實現(xiàn)數據處理。PLC具有多種數據處理功能，包括傳送、數學運算、轉換以及統(tǒng)計等等。它能夠對系統(tǒng)中的數據進行歸類采集并進行分析做出相應處理，然后控制系統(tǒng)中相關設備執(zhí)行相應的指令。

4 基于PLC自動化電氣控制中所存在的問題

PLC自動化電氣控制中通?？赡艽嬖趦蓚€問題：一是控制出現(xiàn)問題，造成現(xiàn)場信號無法傳送給PLC自動控制系統(tǒng)，二是動作執(zhí)行出錯，設備無法執(zhí)行相應的指令。前者出現(xiàn)的原因可能是：線路老化、拉扯以及動物的破壞或人的不經意破壞等使得線路斷開或短路，使得PLC控制系統(tǒng)不能完成對數據的提取、加載與轉換或者使設備不能接受PLC的控制指令；電動閥或電磁閥等設備沒有徹底的關閉或者打開，使得通訊過程中發(fā)生故障，PLC不能夠正常接受全部信息或者接收到的信息有錯誤；觸點或接線的接觸出現(xiàn)問題（常見的是接線不牢靠，觸點出現(xiàn)松動或損壞），導致機械開關、變送器等工作不正常，無法實現(xiàn)數據的采集、傳遞和處理等。后者產生的原因可能有：外界較強的電磁干擾或負載的接觸器出現(xiàn)故障，使得PLC發(fā)出的執(zhí)行指令不能被設備完整地接受，設備不能按照預期動作；機械開關、電動閥等出現(xiàn)問題，使得負載不能正常工作。

針對上述可能出現(xiàn)的問題，設計者或使用者應該需要不斷加強控制系統(tǒng)中輸入信號的可靠性，首先要保證各零件（特別是開關、觸點、電動閥等動作十分頻繁的零件）的可靠性以及耐用性，然后對各功能模塊不定時改進和更新。此外，還應不斷完善預警系統(tǒng)，使其安全可靠，更加智能化、人性化的預警系統(tǒng)具有設計直觀的控制面板指示燈，使得操作人員能夠迅速對故障做出反應。

5 結束語

隨著人們對工業(yè)生產效率及收益的要求越來越高，PLC自動化電氣控制在企業(yè)中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)也不斷向標準化、智能化以及高速化的方向發(fā)展，使得PLC系統(tǒng)的功能越來越完善，操作方便簡單，而且可靠性也會越來越高。

參考文獻

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