PLC在電氣自動化控制中的價值及實踐探究

吝銳軍

（廈門TDK有限公司，福建 廈門 361021）

0 引言

PLC技術(shù)的適應(yīng)性非常強，且具有良好的安全可靠性，編程方式不是很復(fù)雜，即便是傳統(tǒng)設(shè)備在運行的過程中存在缺陷，也能夠科學(xué)有效解決，由此使得電氣自動化控制有較高的水平[1]。

1 PLC技術(shù)的分析

1.1 PLC技術(shù)概念分析

PLC技術(shù)為可編程邏輯控制器技術(shù)，在實施技術(shù)操作的同時，還可以控制流程，進行邏輯運算等等，在具體的應(yīng)用中還可以發(fā)揮繼電保護裝置的作用。從硬件結(jié)構(gòu)上來看，PLC與微型計算機有很大的相似度。

1.2 PLC技術(shù)的構(gòu)成及原則

（1）PLC技術(shù)的構(gòu)成。從PLC的結(jié)構(gòu)上來看，主要包括兩種，即固定式模塊和組合式模塊。固定式PLC主要包括電源、I/O板、CPU板等等，這些模塊組合成為一個整體，是不可拆卸的。中央處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。模塊式PLC主要包括機架、內(nèi)存、底板、電源模塊、I/O模塊以及CPU模塊等等。在對模塊進行組合配置的時候可以按照一定的規(guī)則進行。PLC本身就是工業(yè)控制計算機，硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機相同，基本結(jié)構(gòu)包括電源、中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入輸出接口電路（I/O模塊）等。其中，電源是將電能傳輸給PLC各模塊的集成電路，其決定了整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量。在PLC中，中央處理單元(CPU)為控制的中樞，發(fā)揮神經(jīng)中樞的作用，每套PLC都會有一個獨立的CPU。PLC的重要參數(shù)是內(nèi)存容量和CPU速度，對PLC的運行速度、軟件容量以及I/O數(shù)量等等都起到了決定性的作用，所以對控制規(guī)模予以限制。存儲器主要發(fā)揮的功能是存放應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件，前者為系統(tǒng)程序存儲器，后者為用戶程序存儲器。輸入輸出接口電路在信息傳輸中，模塊將PLC的I/O電路整合，輸入暫存器就可以將輸入信號狀態(tài)反映出來，輸出鎖存器狀態(tài)也通過輸出點反映出來。

（2）PLC技術(shù)的原則。電氣自動化控制中應(yīng)用PLC能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率大大提高。對于PLC技術(shù)的應(yīng)用中要明確其原則。具體如下：

其一，選擇PLC的時候不僅對技術(shù)指標(biāo)的各項要求予以滿足，還要對該公司有關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)支持以及售后服務(wù)予以關(guān)注，主流產(chǎn)品是最佳選擇。

其二，對于被控對象的控制要求要最大程度地滿足。

其三，要保證控制系統(tǒng)簡單，運營成本低，而且便于操作和維修。

其四，對于控制系統(tǒng)要保證其安全可靠運行。

其五，由于工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，加之工藝技術(shù)的改進，在PLC容量的選擇過程中要注意留有余量。

2 PLC在電氣自動化控制的優(yōu)勢分析

2.1 電控系統(tǒng)的抗干擾能力有所提高

在控制傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的時候，各種線路結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要的作用，當(dāng)線路通電過后會有電磁感應(yīng)產(chǎn)生，這樣就會干擾電氣控制，使其控制能力被減弱。在電氣控制中將PLC合理應(yīng)用，形成集成電路的線路結(jié)構(gòu)，同時將防干擾技術(shù)充分利用，防止環(huán)境因素干擾電控系統(tǒng)。在電氣控制中應(yīng)用PLC，技術(shù)人員可以從實際環(huán)境出發(fā)分析電氣控制的干擾源，采用編程的方法將干擾源分析結(jié)果寫入到PLC系統(tǒng)當(dāng)中，由此使得抗干擾能力有所提高。

2.2 電控系統(tǒng)的技術(shù)維護量降低

在電氣控制中應(yīng)用PLC，可以使得系統(tǒng)環(huán)境得以改善，防止大量線路參與其中[1]。在PLC自動化控制線路中，不再發(fā)揮線路連接的作用，而是運用邏輯功能實施控制，電控系統(tǒng)設(shè)計的過程中減少工作量。PLC有很強的控制能力，防止電氣系統(tǒng)在控制的過程中維持高頻率。在電氣控制中應(yīng)用PLC，由于其自身具備故障自診斷功能，所以維護量會有所降低，確保電控系統(tǒng)對各種類型的應(yīng)用環(huán)境有很強的適應(yīng)性，對系統(tǒng)采用科學(xué)合理的方式進行維護，使得電氣控制有較高的維護能力，獲得良好的控制效果。

2.3 電控系統(tǒng)的操作度有所提高

在編輯程序和數(shù)據(jù)信息存儲的時候應(yīng)用PLC，控制符號以及命令更加簡單，容易理解，做到有效識別，對PLC設(shè)置以及操作合理應(yīng)用，就可以對電氣系統(tǒng)的運行合理控制。當(dāng)前來看，在電控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用PLC，其操作便捷，對人、財、物合理應(yīng)用，減少浪費，所以，對于PLC編寫程序的方法予以掌握，就能夠科學(xué)操作電氣系統(tǒng)并合理控制[2]。

3 PLC技術(shù)的具體實踐分析

3.1 在控制順序方面

當(dāng)順序控制系統(tǒng)處于運行狀態(tài)的時候，最為重要的部分是控制開關(guān)量，需要對繼電器控制元件不斷優(yōu)化，完善控制系統(tǒng)的靈敏度，保證其順序性。當(dāng)控制系統(tǒng)處于運行狀態(tài)的時候，就可以發(fā)揮PLC梯形圖控制作用，確保控制按照順序進行，不會產(chǎn)生錯亂。

3.2 在開關(guān)量（數(shù)字量）控制方面

按照傳統(tǒng)的控制模式，使用的裝置是繼電器，目前應(yīng)用比較廣泛的是NC位置控制單元（以O(shè)MRON PLC為例，如圖1所示），作為PLC的擴展單元使用，使其各項操作任務(wù)有效完成。使用位置控制單元后會簡化布線，提高運行質(zhì)量，充分發(fā)揮系統(tǒng)功能，使操作系統(tǒng)運行效率大大提高。

圖1 NC位置控制單元控制圖

3.3 對模擬量的控制分析

在對空調(diào)或電梯系統(tǒng)的過控制系統(tǒng)中，模擬量是一種連續(xù)變化的量，例如溫度、壓力、濕度、流量、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、扭矩等等。傳感器檢測實際的物理量，然后變送輸出模擬量給PLC，由PLC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再由PLC的程序編程對數(shù)字量進行處理。模擬量變化，實際上就是一個線性轉(zhuǎn)換的過程。

3.4 對數(shù)據(jù)處理的控制分析

當(dāng)前的工業(yè)企業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，在于強大的PLC技術(shù)支撐。數(shù)控技術(shù)包括多種，即連續(xù)型、直線型等等，PLC技術(shù)起到指揮的作用，能夠合理控制運動軌跡，在生產(chǎn)靈活多變的環(huán)境中也能夠滿足需求。PLC技術(shù)的優(yōu)點在于，其具有全面性和穩(wěn)定性，在兩種數(shù)據(jù)裝置中應(yīng)用可以獲得良好的效果。

3.5 對閉環(huán)的控制分析

供水系統(tǒng)，在進行閉控制的時候應(yīng)用PLC技術(shù)，能夠?qū)\轉(zhuǎn)速度的測量有效控制，同時控制好調(diào)節(jié)器。PLC技術(shù)的測量以及操作主要采用的是電子調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)速度的方法，應(yīng)用PLC技術(shù)對于動力泵的運行時間可以準(zhǔn)確測量，并及時反饋給控制系統(tǒng)，促使備用泵與主力泵之間的自由切換，由此提高運行效率。

3.6 在柔性制造技術(shù)中的應(yīng)用

柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS）、綜合PLC、微型計算機、工業(yè)機器人及自動倉儲自動搬運等技術(shù)，實現(xiàn)機械加工的自動化，倉儲搬運自動化，從而實現(xiàn)節(jié)省人力，提高效率，確保品質(zhì)的目的。在FMS中4臺PLC分別作為局部信息傳輸網(wǎng)絡(luò)控制單元，和加工控制器，構(gòu)成一個局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制系統(tǒng)[3]。

圖2 FMS系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

4 PLC在無塵室空調(diào)控制中的新應(yīng)用分析

醫(yī)用CLASS 1000級無塵室中安裝有潔凈手術(shù)室控制系統(tǒng)，其主要的構(gòu)成是PLC系統(tǒng)、表面式冷卻器、溫濕度傳感器、手術(shù)室控制面板和電加熱、電加濕設(shè)備，壓差傳感器，粉塵過濾裝置。當(dāng)該系統(tǒng)處于運行狀態(tài)的時候，風(fēng)機啟動，之后溫濕度傳感器對回風(fēng)的溫濕度進行測量，壓力傳感器對室內(nèi)外壓力進行測量，風(fēng)速檢測儀器對高效過濾器進入無塵間的風(fēng)速進行測量，PLC對于此與設(shè)定值比較，根據(jù)工況的不同進行運算，并做差異調(diào)整。PLC控制加熱電源、風(fēng)機以及加濕電源的時候，主要發(fā)揮作用的是數(shù)字I/O口，通過模擬輸出接口控制閥門的開度、電加濕以及電加熱情況[4]。

以西門子S7-200PLC為主控制器為例，實現(xiàn)在不同工況下溫濕度的PID控制。S7-200PLC具有強大的性能，最優(yōu)模塊化和開放式通訊，整個的結(jié)構(gòu)緊湊小巧，具有大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器。S7-200PLC的運行結(jié)果表明，該溫濕度控制系統(tǒng)具有較高的抗干擾能力，可靠性高，運行穩(wěn)定，溫濕度控制精確，完全能滿足潔凈手術(shù)室應(yīng)用要求。

PID控制算法是控制算法中的重要算法，自動控制系統(tǒng)應(yīng)用該算法，以西門子S7-200PLC為例，PID回路指令是由S7-224提供的，如此更加容易操作PID算法的編程并實現(xiàn)。輸出PID運算的結(jié)果，對所產(chǎn)生的偏差加以控制，使其趨向于零，由此系統(tǒng)處于穩(wěn)定的狀態(tài)。PID回路指令主要包括積分、比例以及微分回路等等，由S7-200CPU提供，之后進行PID計算。在進行PID回路操作的時候，有9個參數(shù)在36個字節(jié)回路表存儲，這些參數(shù)起到了決定性的作用。通過對參數(shù)值進行調(diào)整，就可以對溫度偏差、濕度偏差以及偏差的變化情況予以改變，由此起到溫濕度控制的作用。

做好變頻器節(jié)能控制工作，將安裝在管道或其他部位的傳感部件充分利用起來，測得溫度、密度、壓力、流量的變化，檢測到變化后，傳感部件就會將模擬信號傳輸給變頻控制器，變頻控制器對電動機的頻率進行調(diào)整，使電動機的運轉(zhuǎn)速度合理，由此可以獲得節(jié)電效果[5]。

5 結(jié)語

通過上面的研究可以明確，電氣自動化控制中對于PLC技術(shù)廣泛應(yīng)用，對該系統(tǒng)的技術(shù)升級起到一定的控制作用。PLC技術(shù)有很多的優(yōu)點，其安全可靠性非常高，技術(shù)應(yīng)用中操作快捷、流程簡單，而且能夠迅速反應(yīng)。相比較于傳統(tǒng)的繼電器，PLC技術(shù)具有很強的抗干擾能力，即便是非常復(fù)雜的環(huán)境中，PLC技術(shù)也不會受到影響工作，并且具有很強的靈活性，可靠性非常高，且有良好的適應(yīng)性。將該技術(shù)應(yīng)用于電氣自動化控制中，有助于提高工業(yè)生產(chǎn)效率，還能夠控制生產(chǎn)成本。為了使PLC快速發(fā)展，還要對該技術(shù)實施改善并不斷提高。