PLC技術在電氣自動化中的控制應用分析

劉琛 耿巖

摘 要：20世紀六十年代末期，世界上第一臺PLC控制器——PDP-14在美國誕生，進而取代了傳統的繼電器，七十年代初，微處理器被引入到PLC系統當中，使PLC系統增加了數據處理、數據運算及傳送等功能。經過近半個世紀的發展和演變，現如今PLC技術已廣泛應用于石油、鋼鐵、機械制造、交通運輸、環境保護等領域，標志著自動化、智能化時代的來臨。本文結合PLC控制器的工作原理，針對PLC技術在電氣自動化中的控制應用進行分析論述。

關鍵詞：PLC技術;電氣自動化;應用

PLC（可編程邏輯控制器）具有高可靠性、抗干擾能力強、易學易用、體積小、功能強大、價格低廉等優勢，相比于DCS（分布式控制系統）大約能夠省去40%左右的成本，而且PLC控制器最多可接收8000多個I/O，同時，指令系統也非常豐富，能夠輕而易舉的實現種種開關量以及模擬量的控制，系統內部的內存區還可以存儲控制過程中所有需要保存的信息。因此，PLC技術在社會各個領域的應用價值也日漸突顯。

一、PLC控制器的工作原理

PLC控制器正常運轉時分為三個階段，即輸入采樣階段、用戶程序執行階段、輸出刷新階段，完成這三個階段稱之為一個完整的掃描周期，無論PLC嵌入任何類型的系統當中，其工作原理大致相同，都是重復執行這三個階段的工作內容。PLC控制器的工作原理如圖1所示。

在輸入采樣階段，PLC控制器以掃描的方式依次讀入輸入狀態與數據，這些數據存入I/O映象區相對應的單元內。輸入采樣結合后，轉入用戶程序執行與輸出刷新階段[1]。如果輸入的是脈沖信號，其寬度必須大于一個掃描周期，只有這樣，才能保證輸入均被讀入。在用戶程序執行階段，PLC控制器按照從上至下的順序依次掃描用戶程序，掃描形狀為梯形圖，然后遵循先左后右、先上后下的原則，對控制線路進行邏輯運算，進而確定是否執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，經過輸出電路驅動相對應的外設，此時，PLC控制器才真正完成輸出過程，由圖1可以看出，PLC控制器的一個完整掃描周期等同于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新時間總和。

二、PLC技術在電氣自動化中的控制應用

目前，PLC系統的數據處理能力以及監控技術已經日漸純熟，因此，該技術的應用范圍不斷擴展，同時，在電氣自動化系統中的應用價值也得到切實體現。

（一）電氣自動化中的順序控制

電氣自動化系統中的順序控制是指多臺電動機啟動或停止按照一定的先后順序來完成的控制方式，它是電氣輔助系統中的主要控制方式之一。當PLC系統取代繼電器控制系統后，系統在運行過程中能量消耗較小，工作效率得到大幅提升，這種控制方式在對生產工藝流程進行單獨控制的同時，也可以利用信息模塊與通信總線的連接，對工作流程進行有效控制，進而實現自動化控制的目的。

（二）電氣自動化系統的開關量控制

PLC技術的應用省略了軟繼電器實物元件控制操作的步驟，這就使系統運行的安全穩定性與可靠性得到提升，開關量控制在針對輔助開關數目進行減少處理的同時，可以控制多臺斷路器的信號。PLC系統控制開關量的能力很強，控制的出入點數，少則十幾點、幾十點，多則幾千，甚至上萬點，因為該系統可以與互聯網相連，所以控制點數不受任何外界因素的影響，無論點數多少，都能夠實現有效控制。在開關量控制系統中，PLC的硬件結構是可變的，軟件程序是可編的，根據具體情況，可以臨時編寫多套或多組不同的軟件程序，然后可以則優而用，由此可見，PLC系統的開關量控制可以應用于多工況、多狀態變換的工業生產場所。

（三）電氣自動化系統的閉環控制

PLC技術能夠有效控制泵類電機中自動啟動、現場控制箱手啟動、機旁手啟動等多種啟動方式，在機旁手啟動方式中，只需要調節現場開關即可以使泵機進入到正常運轉狀態。如果系統在運行時出現故障導致PLC系統停止工作，此時，可以用常規的控制系統來取代PLC系統，使正常的生產作業活動不受任何影響。基于PLC技術的電氣自動化控制系統主要包括三個部分，分別是電子調節部分、電液執行部分以及轉速測量部分，這三部分集成一體，相互配合，保障了自動化系統能夠順利完成閉環控制過程[2]。

（四）PLC技術電力系統中的應用

井下提升系統、水處理系統、電梯運行系統的正常運轉都是基于PLC技術而完成順序控制、開關量控制以及閉環控制的工藝流程。近年來，諸多生產制造企業都將PLC控制器作為輔助系統，對生產全過程進行有效控制，對于井下輸煤系統而言，主要由主站層、現場傳感器以及遠程IO站組成，中央集控室內設置主站層，由人機接口以及PLC系統構成，主站層借助于光纖通訊總線與IO站的遠程連接，進行信號傳輸，而集控室多以自動化控制為主，人工操控為輔，終端操作人員只需在控制室內通過計算機顯示屏對設備運行狀態進行全程監控，規避了過去惡劣的工作環境，減少了人工投入成本。操作人員通過監控系統能夠精準觀測到系統實時運行動態信息，如果某一部位或者系統中某一零部件發生故障，系統會第一時間發出預警，操作人員接收到預警信號后，及時將故障信息反饋給維修人員，不但節省了維修時間，而且，單位時間內的生產工作效率也實現了跨越式發展。

（五）PLC技術在數控機床中的應用

在機械制造領域，數控機床是較為常用的關鍵性生產設備，數控機床主要包括點位、直線以及連續控制系統，過去，在應用繼電器控制系統時，機床在實際生產作業中，故障頻發，維修量大，而PLC技術的出現，恰恰解決了這一難題，使數控機床的自動化水平得到大幅提升，并且PLC技術已經在點位控制系統中得到普遍應用。尤其在孔加工機床當中，該技術的應用提高了零件加工的精密度，對于一些小型、微型的零配件，PLC技術的應用價值得到充分體現。目前，在工業制造領域往往采用抗干擾能力強的單板機控制系統，該系統能夠有效解決傳統單片機存在的硬件電路問題、驅動電路問題以及抗干擾問題。此外，PLC具有完善的自診斷功能，如果在機床運行過程中出現系統故障，操作人員能夠及時在CRT上接收到報警信息，并迅速根據應急機制，排查故障原因，制訂針對性的維修方案，以恢復系統的正常運行。

結束語：

PLC技術是時代進步、社會發展的重要標志，這項技術的日漸純熟使工業制造、農業生產等領域逐步朝著自動化、智能化方向發展，在社會各個領域也發揮著越來越重要的作用，它也必將成為引領和推動國民經濟飛速發展的強大技術支撐。

參考文獻：

[1]姜春雨.PLC技術在電氣工程及其自動化控制中的應用分析[J].山東工業技術，2019（12）：143.

[2]付瑞瑞.PLC 技術在電氣自動化控制中的運用[J].建筑工程技術與設計，2019（7）：3496.