電氣自動化控制中的PLC應(yīng)用研究

許莎

摘 ? 要：文章以PLC技術(shù)組成、應(yīng)用特點(diǎn)為研究基點(diǎn)，透過PLC在電氣自動化控制中的應(yīng)用原理分析，結(jié)合PLC的設(shè)計(jì)原則，從順序控制、開關(guān)量控制、閉環(huán)控制等幾個(gè)層面，闡釋PLC在電氣自動化控制中的應(yīng)用方法，以此為相關(guān)研究提供理論與實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);電氣自動化控制;順序控制

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）兼容了傳統(tǒng)控制技術(shù)優(yōu)勢，并將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動化控制技術(shù)有效融合，成為電氣設(shè)備自動化控制的重要支撐。PLC作為一個(gè)復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)，可經(jīng)由精準(zhǔn)的邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對相關(guān)程序的智能化編程和控制，并增加電氣設(shè)備數(shù)據(jù)存儲量[1]，可促進(jìn)電氣設(shè)備智能化控制，簡化操作，促進(jìn)自動化控制生產(chǎn)、提升生產(chǎn)效率和安全，在引領(lǐng)電氣工程自動化控制發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的效用。尤其隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷革新發(fā)展，PLC技術(shù)的應(yīng)用成為主流趨勢，將促進(jìn)工業(yè)技術(shù)水平和發(fā)展模式的全面轉(zhuǎn)型。從應(yīng)用優(yōu)勢上分析，PLC在邏輯控制、模擬控制、數(shù)據(jù)存儲等功能上較為凸顯，且具備多功能性、設(shè)計(jì)靈活、操作便捷等應(yīng)用優(yōu)勢，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制技術(shù)的不足，能夠滿足不同電氣設(shè)備閉環(huán)控制、順序控制、開關(guān)量控制等應(yīng)用需求，在電氣工程自動化控制過程中具有廣泛適用性。為此，深入探究PLC技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則，明確其在電氣自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢和策略，對于推進(jìn)和優(yōu)化PLC在各領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ? ?PLC技術(shù)的相關(guān)介紹

1.1 ?PLC技術(shù)特點(diǎn)

PLC是一種依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化控制技術(shù)的可編輯邏輯控制器[2]，在內(nèi)部存儲程序中的應(yīng)用最為廣泛，可通過對順序控制、模擬量控制、開關(guān)量控制等邏輯運(yùn)算、模擬、程序編程等來實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的自動化控制，并可通過數(shù)字化或模擬式輸入/輸出來控制各類電氣設(shè)備和生產(chǎn)過程，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化控制，優(yōu)化生產(chǎn)效率和水平。

從本質(zhì)上來看，PLC技術(shù)是一種電氣設(shè)備自動化控制程序的編制技術(shù)，區(qū)別于一般的計(jì)算機(jī)編程語言，其主要通過繼電器梯形圖指令來編制程序，目前主流的PLC技術(shù)可劃分為箱體式、模式塊兩類，兩者的差異在于構(gòu)成結(jié)構(gòu)上。其中，箱體式PLC技術(shù)主要由顯示板、電源、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）存儲器、輸入輸出單元、通信結(jié)構(gòu)等連接為一體構(gòu)成的，CPU的型號存在多種，在電氣自動化控制的編程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行靈活選擇。而模塊式PCL技術(shù)則由I/O擴(kuò)展、電源、CPU模塊、存儲器、通信結(jié)構(gòu)、輸入輸出等模塊構(gòu)成，I/O模塊可結(jié)合電氣自動化控制的應(yīng)用需求進(jìn)行拓展，CPU是核心構(gòu)成，是連接電源、I/O擴(kuò)展接口、輸入輸出接口等，可對電氣設(shè)備進(jìn)行自動化控制編程、狀態(tài)診斷，CPU處理效率決定著自動化控制的速度和性能，存儲器用于存儲編程、診斷、運(yùn)行等程序，輸入輸出模塊主要負(fù)責(zé)接受電氣設(shè)備信號、向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制信號，電源模塊則用于轉(zhuǎn)換供電能模式。模塊式、箱體式兩種PLC技術(shù)雖在組成結(jié)構(gòu)上存在一定差異，但均屬于總線式的開放結(jié)構(gòu)，各模塊之間通過總線與電氣設(shè)備相連接，通過程序編程便可實(shí)現(xiàn)電氣自動化控制[3]。

1.2 ?PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

PLC技術(shù)可基于內(nèi)置的邏輯運(yùn)算、編程操作，以及數(shù)字模擬化量的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)電氣自動化控制，并采用輔助繼電器替代以往的機(jī)械觸電繼電器，從而以應(yīng)用邏輯關(guān)系取代傳統(tǒng)的連接導(dǎo)線，有效簡化傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中復(fù)雜接線，高成本、低效率的操作性，功能多樣，靈活性和通行性較強(qiáng)，能夠滿足不同電氣設(shè)備的自動化控制需求，具體應(yīng)用優(yōu)勢如下分析。

1.2.1 ?提升電氣自動化控制下效率和水平

依托于計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的編程操控一體化的PLC技術(shù)，相比以往的自動化編程系統(tǒng)操作更為便捷，具備多種功能，可適應(yīng)不同電氣設(shè)備的自動化控制編程需求，尤其針對傳統(tǒng)電氣設(shè)備自動化水平低、操控復(fù)雜的問題， PLC技術(shù)利用CPU中央處理器自帶的編程程序、算法，可實(shí)現(xiàn)電氣自動化控制程序的快速編程和運(yùn)行，在簡化編程流程、操作步驟的同時(shí)，降低了電氣設(shè)備控制的能耗，提升了運(yùn)行效率和電氣設(shè)備控智能化水平。

1.2.2 ?優(yōu)化電氣自動化控制的整體性能

PLC技術(shù)作為一種可編輯的程序編制技術(shù)，適應(yīng)性和靈活性較強(qiáng)，使其可以針對不同的電氣設(shè)備進(jìn)行不同類型的控制編程，不僅應(yīng)用廣泛，而且可解決原有機(jī)械式繼電器難以完成的運(yùn)行控制，可有效應(yīng)對電氣設(shè)備控制任務(wù)的實(shí)時(shí)更新。而且，PLC技術(shù)的CPU中央處理器中自帶設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的診斷功能，可及時(shí)診斷電氣設(shè)備的軟硬故障，確保電氣自動化控制的安全、可靠性，具備高效的程序編寫和調(diào)試功能，能夠更快速、準(zhǔn)確地監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障防線的及早防控。同時(shí)，PLC技術(shù)環(huán)境是影響較強(qiáng)，表現(xiàn)出良好的抗電磁干擾、沖擊能力，能夠適應(yīng)電氣設(shè)備不同的操控運(yùn)行環(huán)境，提升了電氣自動化控制的整體應(yīng)用性能，可從根本上拓展和提升其在多領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 ?電氣自動化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用原理及原則

2.1 ?PLC應(yīng)用原理

相對于傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)而言，PLC技術(shù)主要利用繼電器梯形圖指令來編制控制程序，其應(yīng)用原理主要包含輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新3個(gè)步驟，且各步驟中涵蓋了不同的操作流程。在輸入采樣模塊中，PLC技術(shù)通常會采用選擇數(shù)據(jù)掃面的方式，將控制編程存入I/O擴(kuò)展模塊的映像區(qū)內(nèi)，在完成數(shù)據(jù)輸入后，將對輸出刷新進(jìn)行相關(guān)操作，在程序正在進(jìn)行中時(shí)，PLC技術(shù)將依據(jù)由上及下的順序執(zhí)行控制指令。在輸出刷新時(shí)，對于PLC技術(shù)的CPU處理器而言，其將融合I/O影響情況及上一次輸入的數(shù)據(jù)，進(jìn)行電路鎖存操作，而后操控外設(shè)驅(qū)動。根據(jù)上述PLC在電氣自動化控制中的應(yīng)用原理，其可順利實(shí)現(xiàn)對順序、閉環(huán)系統(tǒng)、開關(guān)量等的編程控制，且設(shè)計(jì)簡便、操控更為靈活，對于不同電氣設(shè)備的適用性更強(qiáng)。

2.2 ?PLC的應(yīng)用原則

上述分析可知，PLC因具有多功能性、通用性等特點(diǎn)，成為電氣自動化控制的應(yīng)用技術(shù)支撐，而為適應(yīng)不同電氣設(shè)備的控制要求，應(yīng)依據(jù)設(shè)備的實(shí)際控制需求進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。實(shí)踐中，隨著智能化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，電氣設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、控制任務(wù)更為負(fù)載，故而，在電氣自動化設(shè)計(jì)之中應(yīng)該秉承安全地域的應(yīng)用原則，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和控制效率，可通過定期或不定期的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，努力提升編程人員的設(shè)計(jì)水平和能力，以靈活、全面的掌控PLC編程操控的原理及流程，同時(shí)還可引入專家設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對PLC技術(shù)自動化控制的編程方案進(jìn)行細(xì)化分析、研究，通過編制預(yù)制方案、修改優(yōu)化，確定最終的編程方案，從源頭上把控電氣自動化設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。

3 ? ?電氣自動化控制中PLC的應(yīng)用表現(xiàn)

3.1 ?順序控制中的應(yīng)用

實(shí)踐中，電氣自動化控制中PLC的應(yīng)用主要集中在順序控制之上，也即用作順序控制器的編程設(shè)計(jì)，PLC技術(shù)的順序控制是影響電氣自動化控制效率的關(guān)鍵所在，而效率是自動化控制生產(chǎn)效益評價(jià)的主要指標(biāo)，而目前在節(jié)能減排的大環(huán)境下，高效、低成本的自動化生產(chǎn)控制成為主流發(fā)展方向，PLC順序控制更彰顯了其重要性，替代了電氣控制系統(tǒng)中機(jī)電控制器的應(yīng)用，能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過程進(jìn)行全程、獨(dú)立的控制，利用通信接口、總線等協(xié)調(diào)流程控制，提升控制的效率。

3.2 ?開關(guān)量控制中的應(yīng)用

從實(shí)踐中看，電氣自動化中PLC技術(shù)的應(yīng)用，是以可編程的存儲器替代虛擬繼電器對電氣設(shè)備進(jìn)行操控，提升了自動化控制水平。尤其電氣自動化控制要求下，以往的虛擬繼電器反應(yīng)時(shí)延較短，甚至可剔除該反應(yīng)時(shí)間不予考慮，很容易引發(fā)觸電故障，影響電氣自動化控制的安全性，而PLC技術(shù)因能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)量的控制，替換了輔助開關(guān)的使用數(shù)量以及繼電器元件，能夠有效彌補(bǔ)機(jī)械斷路器反應(yīng)時(shí)延性較長的問題，規(guī)避了斷路控制不及時(shí)導(dǎo)致的安全危險(xiǎn)。

3.3 ?閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

閉環(huán)系統(tǒng)可補(bǔ)足PLC控制系統(tǒng)，泵類電機(jī)的啟動包含自動、現(xiàn)場控制箱手動、機(jī)旁手動啟動3種方式。利用PLC進(jìn)行自動啟動，在泵機(jī)啟動后，可依據(jù)泵持續(xù)的運(yùn)行時(shí)間選擇適宜主備用泵。而采用機(jī)旁手動啟動方式，應(yīng)調(diào)試現(xiàn)場開關(guān)，并依據(jù)各泵的工作時(shí)間來控制主備用泵的啟停，而后，在實(shí)踐操作中，將開關(guān)調(diào)至“調(diào)速器手動”檔位，便可實(shí)現(xiàn)便捷操作。而結(jié)合實(shí)踐，目前應(yīng)用最頻繁的控制方式是融合PLC控制和一般控制，將PLC控制作為一般控制的補(bǔ)充方式，在泵類電機(jī)上安置一個(gè)安全回路，一旦PLC控制產(chǎn)生故障，將轉(zhuǎn)換至一般控制，繼續(xù)維持電機(jī)的正常操控，以實(shí)現(xiàn)電氣自動化系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 ? ?結(jié)語

PLC作為一種電氣設(shè)備的可編程控制技術(shù)，是融合編程軟件、存儲器及相關(guān)接口的復(fù)雜系統(tǒng)，可通過精準(zhǔn)、可靠的程序編程，提升電氣設(shè)備自動化控制的水平和效率。近年來，隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，PLC技術(shù)整體性能不斷優(yōu)化，應(yīng)用得以拓展，在電氣自動化控制中應(yīng)用優(yōu)勢更為凸顯，能夠滿足低成本、安全、準(zhǔn)確的控制要求。而上述通過對PLC技術(shù)的特點(diǎn)、優(yōu)勢、應(yīng)用原則、方法的系統(tǒng)化分析，能夠?yàn)槠湓陔姎庾詣踊刂浦械臏?zhǔn)確應(yīng)用提供方向。

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