電氣自動化中嵌入式PLC的應用發展

西安外事學院 郭 強

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電氣自動化中嵌入式PLC的應用發展

西安外事學院 郭 強

【摘要】針對電氣自動化中嵌入式PLC的應用發展，闡述嵌入式PLC 的定義與工作原理特點，介紹嵌入式 PLC 在當前電氣自動化中的應用現狀，據此提出應用中需注意的問題。本文將基于嵌入式PLC在實際電氣自動化中的應用來舉例分析，并展望未來電氣自動化中應用嵌入式PLC的發展前景。

【關鍵詞】電氣自動化；應用；嵌入式PLC

0 引言

在當前社會電氣自動化發展過程中，應用嵌入式PLC作為控制單元，不僅發揮的功能越來越強，然而嵌入式PLC依然具備簡單、易于使用的優點，能夠在電氣自動化應用中發揮高可靠性優勢，發揮積極應用價值。以下本篇對此做具體分析。

1 嵌入式可編程序控制器概述（PLC）

1.1 嵌入式PLC的定義

基于嵌入式PLC技術，就是能夠在嵌入式控制器內構建PLC系統軟件，之后能夠根據實際應用中，依據用戶的實際控制需要，定制嵌入式PLC硬件，能夠確保應用嵌入式PLC解決對象的控制問題[1]。嵌入式PLC主要由嵌入式PLC系統軟件與芯片組成，可以滿足工控市場中對于PLC產品更加細分化的需求[2]。

1.2 嵌入式 PLC工作原理

在嵌入式PLC中，往往具有微機許多的特點，但是實際的工作方式則是與微機有著很大的不同[3]。在電氣控制中，微機方式往往采用等待命令、執行命令的方式運行工作[4]；而在嵌入式PLC中，則是能夠采用循環掃描的方式，可以根據用戶在PLC內用戶按先后順序存放的程序，進行處理，實現嵌入式PLC在電氣控制中的作用[5]。基于嵌入式PLC，其實際工作原理，就是相當于將電氣控制程度寫入PLC控制軟件內，然后可以將PLC控制程序嵌入到嵌入式設備中，以PLC程序作為靈魂、嵌入式設備作為基本實體的模式，實現嵌入式PLC在實際應用中的作用。然而，要想更好的在實際電氣自動化中確保嵌入式PLC的應用作用，就必須確保在時間控制上的精準度，避免因時間延誤而影響嵌入式PLC的響應速度。故此，在實際應用嵌入式PLC中，就需要根據實際的應用需求，精心的編排嵌入式PLC程序，并能夠合理的安排PLC控制指令順序，以便可以盡可能的減少因為時間周期而造成的延時，保證嵌入式PLC正常運行。

2 嵌入式PLC在電氣自動化中的應用

2.1 嵌入式PLC電氣自動化應用現狀

在實際電氣自動化實現過程中，嵌入式 PLC可以將梯形圖語言 (PLC語言)以及CAN總線，均嵌入到單片機之中，然后可以使用單片機產品，將電氣自動化控制中的匯編語言轉變為PLC梯形圖語言,從而發揮CAN總線互連特性[6]。運用嵌入式 PLC，可以實現順序控制、運動控制、閉環過程控制以及數據處理功能，能夠應用到訂書機械、裝配生產線、切紙機械、溫度壓力測控以及數據編程處理中，應用面廣泛。嵌入式PLC組作為電氣自動化工業環境下，可以使用可編程邏輯控制器系統進行控制，在存儲器中采用可編程程序實現內部指令控制，從而實現對電氣自動化進行控制。將嵌入式PLC技術應用到電氣自動化中，實現嵌入式技術與電氣控制進行相互結合,有效提升電氣自動化控制系統性能，提升應用可靠性，成本低廉、靈活性差，發揮積極應用價值。

2.2 應用中需注意的問題

（1）增強穩定性。嵌入式 PLC在實際應用中要求環境溫度能夠控制在0~55℃，故此在實際電氣自動化系統硬件安裝時，不能將嵌入式 PLC放在發熱量較大的元件下，并且確保四周可以通風散熱；同時為了保證嵌入式PLC的絕緣性能[7]，在實際應用中，需要保障空氣的相對濕度應小于85%。為保障電氣自動化控制中嵌入式PLC的穩定性，確保將嵌入式 PLC放在遠離強烈震動源位置，并且防止產生10~55Hz頻率振動，確保嵌入式 PLC在實際中正常運行。故此，可以在實際電氣自動化應用中，在嵌入式PLC中內置的溫度轉換成函數,然后將熱電偶毫伏信號的AD值轉成溫度值,能夠確保嵌入式PLC應用到不同的控溫場合,配合PID調節,使受控溫度精度可達±1℃，確保在實際應用中保證嵌入式 PLC的穩定性。

（2）增強抗干擾性。PLC是二次開發，是在人家開發好的嵌入式系統上的二次編程，如生產環境也是過于惡劣的,或者也會由于電磁干擾強烈，就將會導致在實際應用中嵌入式PLC控制運算錯誤,從而影響生產[8-11]。故此，在實際應用中，應該提升系統抗干擾的能力，保證嵌入式PLC在電氣自動化控制中發揮實際作用。

（3）增強應用影響范圍。

嵌入式 PLC用戶的技術基礎薄弱，多數開發工作者的技術水平不如PLC開發工程師水平；并且嵌入式PLC產品還需要由應用開發商來進行開發；嵌入式的PLC產品在實際中不像PLC產品那樣能夠隨處可得，導致嵌入式 PLC的通用性差，影響范圍存在局限，故此在今后應用中還有待提高。

注：1-控制屏，2-拽引機，3-拉拽鋼絲繩，4-限速器，5-限速器鋼繩，6-限速器的張緊裝置，7-轎廂，8-安全鉗，9-轎廂門的安全觸板，10-導軌部分，11-對重設置，12-廳門，13-電梯緩沖器。圖1 電梯的基本結構

3 嵌入式PLC實際應用舉例

3.1 案例簡介

在電梯電氣自動化控制中，應用嵌入式PLC實現控制，能夠應用嵌入式PLC實現對于電梯信號的控制，不僅可以實現雙速電機的調速，同時也可以完成對于電機以及可編程控制器（PLC）方面的雙向的選擇。之后，就是能夠電氣自動化的電梯控制系統硬件開發的部分，完成對于錢思汝 PLC 選型工作，并根據嵌入式PLC的I/O點數，實現與控制部分的有效連接。最后可以分析應用效益。本次電氣自動化中應用嵌入式PLC，實現對電梯的電氣控制。電梯基本結構如圖1所示。

本次在電氣自動化設計應用中，需充分的發揮應用嵌入式PLC控制的優勢，可以在最大限度上滿足對于電梯被控對象的實際電氣自動化控制要求；還可以有效保證嵌入式PLC控制部分的安全，確保系統中嵌入式PLC能夠安全的、長期的、可靠的、穩定的運行。就例如在實際的設計中：應該能夠保證嵌入式PLC程序不僅在電梯正常運行的條件下可以工作，而且，也要確保該PLC控制模塊在非正常的情況下（在嵌入式PLC控制方面，如電梯突然的掉電再上電、以及電梯的按鈕按錯、電梯失常后又正常等情況下），也能夠正常的發揮電氣自動化控制工作。

3.2 嵌入式PLC應用總體結構

本次電氣自動化中，應用嵌入式PLC，控制電梯信號。總體結構設計如圖2所示：

圖2 電氣自動化中嵌入式PLC結構

電氣自動化中電梯控制方面，可以應用嵌入式PLC實現如下自動化控制功能：在電梯的行車方向自動化控制方面，主要可以由內選信號來決定,并且可以順向優先的順序執行PLC程序；在電梯行車途中，若是遇到呼梯信號之時，可以順向的截車,在反向則是不截車的；確保電梯的內選信號以及呼梯信號均具有一定的記憶功能，在執行PLC程序后就可解除記憶。同樣的，在電氣自動化控制中，應用嵌入式PLC，確保內選信號、行車方向、呼梯信號以及樓層位置，均可以由信號燈來控制指示，確保電梯電氣自動化控制的便利用，滿足人們的實際使用需求，確保電氣自動化控制安全性，發揮嵌入式PLC應用作用。

3.3 硬件設計應用

基于電氣自動化中應用嵌入式PLC，本次在電梯自動化控制方面，可以根據實際的設計要求，在本次設計中，確保嵌入式PLC控制硬件穩定性，提升其抗干擾的能力，優化設計電氣自動化的主回路結構，其設計原理圖如圖3中所示。

圖3 電氣自動化主回路原理圖

在圖3中M1，M2均是曳引電機以及門電機，并且在電氣自動化實現中應用交流接觸器KM1~KM4，有效控制電動機運行方式，這樣可以自動化控制電梯的轎廂與廳門，可以對電梯關門、開門實現自動化控制。而在FR1，FR2部分的熱繼電器，又可以起到過載保護的作用，確保在電梯運行人數超載后可以及時斷開主電路，實現對于電梯的自動化安全控制。

3.4 嵌入式PLC編程

在本次關于電梯自動化控制中，基于電氣自動化方面應用嵌入式PLC，編程應用梯形PLC程序圖語言，編程的軟件應用STEP 7。電氣自動化中應用嵌入式PLC，可以應用STEP 7軟件完成對于電梯自動化控制的程序制作、嵌入式編程控制器CPU寫入讀出以及系統運行監控等部分的編程設計工作，并且可以確保自動化控制編程質量，確保符合實際編程控制需求，確保電梯自動化控制安全，提升嵌入式PLC應用質量。

3.5 應用效益分析

基于本次電氣自動化設計中，應用嵌入式PLC實現對電梯的控制，將以上設計程序應用S7-200仿真軟件仿真，首先可以把程序先導出并保存為*.awl格式的文件；然后可以打開S7-200仿真軟件，并選擇其中的CPU類型，然后就可以裝載電梯電氣自動化控制的awl文件，監控梯形圖，運行PLC，就可以查看梯形圖輸出情況。實際應用證實，在實際電梯電氣自動化實現中，嵌入式PLC具有運算處理能力強、與PC通訊方便、成本低的優勢。并且，應用嵌入式PLC在電梯電氣控制中，打破傳統電氣控制思維，提升電氣控制靈敏性，使用戶使用更加方便，發揮積極應用效益。

4 展望電氣自動化中應用嵌入式PLC的發展前景

我國電氣自動化中嵌入式PLC的發展空間很大，我國電氣自動化行業有相當雄厚的市場基礎，嵌入式PLC，將其應用到電氣自動化控制中，可以降低成本，也可以發揮更大的電氣控制作用，技術上有人才支撐，經濟上有低成本支撐，嵌入式PLC更容易在我國電氣自動化市場發展中找到落腳點，發揮積極應用價值。同時，隨著我國人民生活水平的提升，人們對于電氣自動化的控制需求也越來越廣，將嵌入式PLC應用到實際的電氣自動化系統開發中，不僅具備一大批技術人才支撐，也有助于將嵌入式PLC技術在我國應用推廣，有廣闊的發展前景。

5 結論

綜上所述，分析電氣自動化中嵌入式PLC應用情況，證實在實際應用中應該從溫度、濕度、震動等方面，提升嵌入式PLC的穩定性，還應該提升嵌入式PLC的抗干擾能力，以確保能夠在實際電氣自動化中應用嵌入式PLC發揮更大的作用，也確保未來嵌入式PLC能夠在電氣自動化中有更遠的發展前景。

參考文獻

[1]臧蕓.電氣自動化中嵌入式PLC的應用發展分析[J].機電信息,2012,(15):43-43,45.

[2]齊海英.PLC技術在煤炭工程電氣自動化中的應用[J].煤炭技術,2013,(11):85-85,86.

[3]王超英.PLC應用于電氣自動化探究[J].價值工程,2012,31(28):24-26.

[4]陳鏡波.PLC技術在電氣自動化中的應用[J].機電信息,2013,(9):106-107.

[5]楊志福.淺談PLC在電氣自動化的應用[J].科技資訊,2014,(36):101-101.

[6]劉興松,楊執中,邊黨偉等.基于軟PLC的電氣控制器設計[J].化工自動化及儀表,2014,(10):1111-1113.

[7]王文征,劉宗輝.PLC技術在機械電氣控制裝置中的應用探討[J].價值工程,2014,(24):27-28.

[8]李軍.論PLC在電氣自動化控制中的應用[J].黑龍江科技信息,2014,(20):43-43.

[9]Adam Milik.On Hardware Synthesis and Implementation of PLC Programs in FPGAs[J].Microprocessors and Microsystems,2016.

[10]Ephrem Ryan Alphonsus,Mohammad Omar Abdullah. A review on the applications of programmable logic controllers (PLCs)[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2016.

[11]Christine Hennig,Klaus Kneupner,David Kinna. Connecting programmable logic controllers (PLC) to control and data acquisition a comparison of the JET and Wendelstein 7-X approach[J].Fusion Engineering and Design,2012,8712.